长读长测序产业链中,PacBio与Nanopore两大技术路线正从上游核心部件到下游应用重塑产业格局:PacBio基于零模波导(ZMW)与荧光信号检测构建高通量测序体系,Nanopore则依托蛋白纳米孔与电流变化检测实现实时便携测序,两条路线在核心部件、仪器制造与下游应用上形成差异化布局。行业普遍共识是,单分子测序技术即第三代测序技术,而长读长测序已被国际顶级期刊评为年度最佳技术,正在从科研走向临床转化。

上游核心部件:光学系统与蛋白纳米孔的差异

两大技术路线的上游核心部件完全不同。PacBio 技术的核心是零模波导(ZMW)——每个纳米孔只允许一条 DNA 模板进入,DNA 聚合酶与模板结合后,加入 4 种不同颜色荧光标记的 dNTP,通过荧光信号时间的不同识别碱基序列,因此对光学检测系统要求极高。Nanopore 技术则通过改造蛋白通道形成蛋白纳米孔,将其置于人造膜上,对膜两侧施加电压差产生电流,当 motor 蛋白牵引 DNA 解开成单链通过纳米孔时,不同碱基导致不同电流变化,由模式识别算法确定碱基序列。上游材料与算法公司在两条路线中的受益路径因此截然不同。

仪器制造与下游应用:高通量与便携性并行

在仪器制造端,两大技术路线呈现出互补格局。PacBio 于 2010 年推出第一款商业化机型 PacBio RS,其后在 2022 年宣布推出公司史上最高通量的 Revio 长读长测序系统,主打高通量、长读长。Nanopore 方面,ONT 在 2012 年展示第一款掌上测序仪 MinION,2015 年开始正式商业化,其设备简单便携,可在极地、海洋甚至太空等各种复杂环境下完成实时测序,保证对突发疫情处理的时效性。下游应用上,长读长测序无需 PCR 扩增、可直接对 DNA 或 RNA 测序,在完成完整人类基因组序列、复杂单基因病分子诊断等领域发挥不可替代的作用,同时便携设备也拓展了现场检测场景。

产业链新动向

长读长测序产业链正吸引多方布局。测序行业巨头 illumina 在收购 PacBio 失败后,于 2022 年初宣布推出自己的长读长产品 Infinity。此外,华大智造、Element Biosciences、Ultima Genomics 等均计划或已经开始布局长读长测序领域。在应用端,贝瑞基因持续发力三代测序的临床应用转化,其三代地贫检测效能受到检验医学期刊关注。

常见问题

长读长测序与二代测序的核心区别是什么?

二代测序(短读长)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(长读长)不用扩增,从头读到尾。长读长技术能精准测出基因组中常见的重复序列,这是短读长难以解决的问题,但其当前准确率仍有提升空间。

PacBio 与 Nanopore 技术路线如何选择?

两条路线各有侧重:PacBio 基于荧光信号检测,适合需要高通量、高精度的科研与临床场景;Nanopore 基于电流变化检测,设备便携、可实时测序,适合现场检测与突发疫情响应。具体选择需结合应用场景与成本考量。

长读长测序的临床应用进展如何?

长读长测序在临床转化上正迎来突破。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% 序列;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,检验医学期刊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。

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