长读长基因测序的关键拐点,是一条从技术原型走向产业落地、再走向完整基因组应用的演进路径。2003年Science以封面形式发表零模波导ZMW最初模型,为PacBio单分子实时测序奠定核心单元;2005年Oxford Nanopore(ONT)从牛津大学衍生独立运营,其纳米孔技术原型可追溯至1996年PNAS论文;2010年PacBio首款商业化机型PacBio RS推向市场;2022年4月端粒到端粒联盟(T2T)利用长读长技术完成首个真正完整的人类基因组序列,补齐了最后的8%。 行业普遍共识是,单分子测序技术即第三代测序技术,也就是通常所说的长读长。
从论文到公司:两条技术路线的起点
2000年,PacBio的前身Nanofluidics, Inc.在美国加州成立。2003年,Science杂志以封面形式发表《Zero-Mode Waveguides for Single-Molecule Analysis at High Concentrations》,这是PacBio单分子实时测序核心单元零模波导ZMW的最初模型。
另一条路线起步同样很早。2005年,ONT从英国牛津大学衍生出来,开始独立运营;其纳米孔测序的技术原型可追溯到1996年PNAS发表的文章《用膜通道检测多核苷酸序列》。两条路线分别以荧光信号与电流阻断识别碱基,构成单分子测序的主要技术分支。
商业化落地:从样机到市场
技术原型与商业产品之间存在明显时差。直到2010年,PacBio第一款商业化机型PacBio RS才推向市场;ONT则到2012年AGBT会议才展示第一款掌上测序仪MinION,其后到2015年才开始正式商业化。
这一时期,以illumina为代表的二代测序正处强势地位,密集推出多款机型,凭借测序系统性能迅速攻占科研和临床市场。三代测序则因准确率限制,在过去十年市占率不到10%,应用多局限于基础科学研究。
完整基因组:长读长的里程碑
2022年4月,Science杂志连发6篇文章,报道T2T联盟完成的首个真正完整的人类基因组序列,这是人类基因组计划发起30年后的又一重大里程碑,三代测序在补齐最后8%序列中起到了不可替代的作用。2023年初,Nature Methods将长读长测序评选为“2022年度最佳技术”。
产业端同步升温:illumina宣布推出长读长产品Infinity;Element Biosciences收购Loop Genomics;Pacific Biosciences推出Revio长读长测序系统;齐碳生物完成7亿元C轮融资;贝瑞基因截至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。
常见问题
长读长和短读长的核心区别是什么?
二代测序即短读长,需将DNA扩增后切成不超过200BP的片段读取,再用算法还原;三代测序即长读长,不用扩增,从头读到尾。前者难以精准测出基因组中常见的重复序列,后者则能覆盖这类区域。
为什么说2022年T2T完整基因组是重要拐点?
T2T联盟利用长读长技术完成了首个真正完整的人类基因组序列,补齐了此前未能测定的最后8%。这是人类基因组计划发起30年后的里程碑事件,也直接推动长读长测序在次年获评“2022年度最佳技术”。
三代测序目前的准确率如何?
三代测序无需扩增、读长更长,但当前准确率仍只能做到95%,存在把“嘻唰唰”唱成“喜剧刷”式的错误风险。这也是其过去十年市占率不到10%、应用多集中于基础科研的原因之一。