纳米孔长读长测序的市场增长,主要由长读长、实时测序、设备便携、可直接测 RNA四项技术特性所打开的增量应用场景驱动——包括结构变异检测、病原现场测序与农业育种等方向。以 motor 蛋白牵引 DNA 或 RNA 至纳米孔、解成单链后过孔,不同碱基引起不同电流变化,再经模式识别算法确定序列,这一机制使单分子测序(即第三代测序技术)在科研、临床与现场检测中的需求持续扩张,构成市场规模增长的核心动力。
机制决定了它能做什么
纳米孔测序的原理,是将改造后的蛋白纳米孔置于人造膜上,对膜两侧施加电压差,纳米孔产生电流;当 motor 蛋白牵引 DNA 或 RNA 到纳米孔,DNA 会解开成单链,单链通过纳米孔时不同碱基导致不同的电流变化,记录电流变化并用模式识别算法即可确定碱基序列。
这套机制带来几个直接结果:文库制备简单,无需 PCR 扩增或逆转录,可直接对 DNA 或 RNA 测序;可边测序边输出结果,实现实时分析;设备形态简单便携。正是这些特性,把测序从中心实验室推向更广泛的场景。
增量场景从哪来
长读长:单分子测序原则上可检测通过纳米孔的全部核酸序列,因此对测序长度没有限制,目前最长读长可达 2.4 M。二代短读长把 DNA 扩增后切成不超过 200 BP 的片段读取再用算法还原,基因组中常见的重复序列难以精准测出;长读长“从头读到尾”,为复杂结构变异的解析提供了不同路径。
完整基因组与结构变异:端粒到端粒联盟(T2T)利用长读长技术完成了首个真正完整的人类基因组序列,补齐了人类基因组序列最后的 8%,三代测序在其中起到不可替代的作用。这类需求天然指向长读长方案。
临床转化:贝瑞基因持续发力三代测序的临床应用转化,截至 2022 年底累计服务三代测序检测样本量突破 10 万人份,服务终端客户超过 1500 家;其三代地贫检测工作受到检验医学期刊 CLINICAL CHEMISTRY 关注,该刊专门发表编辑部文章,认为三代测序技术为复杂单基因病的分子诊断带来了全新机遇。
现场与时效性场景:目前使用最成熟的 MinION 测序仪可在极地、海洋甚至太空等复杂环境下完成实时测序,可保证对突发疫情处理的时效性。此外,纳米孔测序可直接对各类形式的 RNA 测序,避免 RNA 病毒测序研究时必须逆转录为 DNA 扩增所产生的偏向性及可能引入的突变。
产业端的印证
制造端与资本端的动作,从侧面反映了这条路线受到的关注:illumina 在 2022 年初宣布将推出长读长产品 Infinity,外界普遍猜测其将采用合成长读长方式;Element Biosciences 收购 Loop Genomics 并提示将在原测序仪上提供短读长和长读长功能;Pacific Biosciences 于 2022 年 10 月推出公司史上最高通量 Revio 长读长测序系统;华大智造、Ultima Genomics 也计划或已开始布局长读长领域。投融资方面,专注纳米孔长读长测序的齐碳生物在 2022 年 12 月完成 7 亿元 C 轮融资。2023 年初,Nature Methods 将长读长测序(三代测序)评选为“2022 年度最佳技术”。
需要说明的是,三代测序目前准确率仍只能做到 95%,过去十年市占率不到 10%,应用多局限于基础科学研究,临床商业转化相对有限——增长驱动成立的同时,这一约束同样真实存在。
常见问题
纳米孔测序为什么能实现长读长?
因为它利用碱基穿过纳米孔时电信号的改变实现测序,原则上可检测通过纳米孔的全部核酸序列,因此对测序长度没有限制,目前最长读长可达 2.4 M。
这项技术最直接拉动哪些场景的需求?
主要是需要长读长、实时性和现场部署能力的方向,例如完整基因组与复杂结构变异解析、病原现场测序、复杂单基因病的分子诊断,以及可直接对 RNA 测序的相关研究。
市场规模增长是否意味着三代测序已取代二代?
并非如此。三代测序目前准确率仍只能做到 95%,过去十年市占率不到 10%,应用多集中于基础科研;二代短读长在成本与通量上仍有其位置,两者更多是场景互补关系,具体格局需以第三方公开数据为准。