长读长测序(三代测序)被国际顶级期刊 Nature Methods 评选为“2022 年度最佳技术”后,行业关注度显著提升。在竞争格局中,PacBio 与 ONT 分别代表天然长读长测序的两大技术路线,是这一领域最具代表性的两大路线;而 illumina 则计划以合成长读长技术切入,行业尚未形成单一绝对龙头。
长读长测序之所以备受关注,源于其技术特点解决了二代测序(短读长)的痛点。二代测序需将 DNA 扩增后切成不超过 200BP 的片段读取再还原,对基因组中常见的重复序列难以精准测出;而三代测序无需扩增、从头读到尾,原则上对测序长度没有限制。行业共识是,单分子测序技术即第三代测序技术,其下分为 PacBio 技术(基于荧光信号)与 Nanopore 技术(基于电流阻断)两条路线,后者由 Oxford Nanopore Technologies(ONT)发明,也常被称为“第四代”,但业内普遍认为这属于商业代际概念。
产业端加速布局
长读长测序的临床应用转化正在迎来突破。2022 年 4 月,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,补齐了此前缺失的 8%,三代测序起到不可替代的作用。产业端方面,illumina 在收购 PacBio 失败后,于 2022 年初宣布将推出自己的长读长产品 Infinity,外界普遍猜测其采用合成长读长测序技术。此外,华大智造、Element Biosciences、Ultima Genomics 等也计划或已开始布局该领域。
在投融资与应用端,2022 年资本寒冬下,专注于纳米孔长读长测序的初创公司齐碳生物完成了当年国内生命科学领域一级市场最大的一笔融资,金额高达 7 亿元。测序应用领域老牌选手贝瑞基因持续发力三代测序临床应用转化,截至 2022 年底,其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,相关检测效能还获得检验医学顶级期刊 CLINICAL CHEMISTRY 编辑部文章的专门关注。
竞争格局:路线分化,龙头未定
当前长读长测序的竞争格局呈现“两条天然路线 + 多方入局”的态势:
| 维度 | PacBio 路线 | ONT(Nanopore)路线 | illumina 布局 |
|---|---|---|---|
| 技术原理 | 荧光信号识别碱基 | 电流阻断识别碱基 | 合成长读长(外界普遍猜测) |
| 代表性进展 | 2022 年 10 月推出公司史上最高通量 Revio 系统 | 设备便携,MinION 可在极地、海洋、太空等复杂环境实时测序 | 2022 年初宣布推出长读长产品 Infinity |
从历史沿革看,PacBio 前身 2000 年在美国加州成立,2010 年推出第一款商业化机型;ONT 2005 年从牛津大学衍生,2015 年才开始正式商业化。而 illumina 凭借二代测序的出色性能,已占据最大市场份额。在长读长这一新兴赛道上,各方技术路线差异明显,商业化进度不一,谁能在临床转化与市场份额上真正胜出,仍需以各家后续产品落地情况及第三方实测数据验证。
常见问题
长读长测序和短读长测序的核心区别是什么?
短读长(二代测序)是把 DNA 扩增后切成不超过 200BP 的片段读取再用算法还原,难以精准测出重复序列;长读长(三代测序)无需扩增、从头读到尾,对测序长度没有限制,但准确率方面仍有提升空间。
PacBio 和 ONT 的技术路线有何不同?
PacBio 技术利用荧光标记的碱基与 DNA 聚合酶在纳米孔底部反应,通过荧光信号时间识别碱基;ONT 的 Nanopore 技术则通过蛋白纳米孔对膜两侧施加电压差,记录不同碱基穿过时产生的电流变化来识别序列。
长读长测序目前处于什么发展阶段?
长读长测序已获得科学界高度认可(T2T 完整基因组、Nature Methods 年度最佳技术),产业端融资与临床应用转化均在加速,但整体市占率仍远低于二代测序,临床应用多集中于特定领域,行业格局仍在演变中。