人类基因组计划未解区域长期空白,根源在于技术局限而非这些区域不重要。人类基因组计划的最初构想,是测定组成人类染色体(指单倍体)中所包含的30亿个碱基对组成的碱基序列,从染色体一端到另一端准确、完整识别每一个碱基。然而,大量并未被识别和阐明的区域,并非由于其不重要而被选择性忽略,而是由于技术的局限性,让人无法洞察它们的全貌。突破这些盲区的核心方向,在于从短读长的NGS向长读长测序技术路线的演进,以更长的读取片段跨越重复序列与结构变异区域,还原基因组的完整图景。
技术路线差异:短读长与长读长的能力分野
传统NGS测序依赖短读长片段,在解析高度重复序列、大片段结构变异等区域时,因读长不足以跨越重复单元,导致序列拼接出现缺口或错误。这正是人类基因组计划遗留未解区域的直接技术原因。相比之下,长读长测序(三代测序)能够产生更长的连续读取片段,直接跨越重复区域和复杂结构变异,从而填补短读长无法覆盖的盲区。这种能力差异决定了:要攻克基因组“黑洞”区域,技术路线必须从短读长转向长读长。
从测序的理想状态来看,作为一种生命底层代码的观察工具,测序应当在不改变 DNA/RNA 分子原始状态下,对碱基序列进行直接、准确识别——这种方式最简单、最直观,而长读长技术正是向这一目标靠近的关键路径。目前,NGS 和三代技术的飞速发展,已经把我们带到了基因时代的门口。
竞争壁垒:国产化与自主可控
在测序仪这一核心硬件环节,竞争壁垒体现在技术自主与监管准入两个层面。测序仪进入国内医疗机构需要国家药监局审批,目前已经获批的仪器设备主要有两类:一类是华大智造自研产品,另一类是与外资 Illumina 等合作研发、类贴牌报证的测序仪,本质上是属于外资品牌的测序仪。Illumina 直接注册的测序仪主要有 NextSeq™ 550Dx(2020 年批准)、MiSeq TMDx(2018 年批准)。
从获批格局看,国内测序仪市场呈现“自研+合作”双轨并行的态势。华大智造自研产品已有多款获批,同时多家企业通过与 Illumina、赛默飞等外资合作完成报证。值得注意的是,国内基因测序行业的国产化率提升,是大概率事件。2019年出台的《人类遗传资源管理条例》和2021年的《生物安全法》提出,基因组等人类遗传资源属于国家安全重要组成部分,基因测序行业意义进一步提高。在基因数据这一涉及国家安全的领域,各国必然选择封闭,这为国产测序技术路线的发展提供了明确的战略支撑。
常见问题
人类基因组计划的未解区域为什么长期空白?
这些区域长期空白并非因为不重要,而是受限于技术。人类基因组计划的目标是完整测定30亿个碱基对的序列,但大量区域因重复序列复杂、结构变异多样,在短读长测序技术下无法被准确拼接和解读,如同“黑洞”一般提示着人类的能力边界。
长读长测序相比短读长测序的核心优势是什么?
长读长测序能够产生更长的连续读取片段,直接跨越短读长无法穿透的重复序列和结构变异区域,从而填补基因组拼接中的缺口。这种技术路线差异,是突破未解区域盲区的关键所在。
国内测序仪市场的竞争格局如何?
国内获批的测序仪主要分为华大智造自研产品和与外资合作研发的贴牌报证产品两类。随着《人类遗传资源管理条例》和《生物安全法》将基因组数据纳入国家安全范畴,国产化率提升是大概率事件,自主可控的技术路线正成为行业竞争的核心壁垒。