Nanopore 技术通过蛋白纳米孔两侧的电压差产生电流，当 motor 蛋白牵引 DNA 或 RNA 解成单链通过纳米孔时，不同碱基会造成不同的电流变化，记录这些电流变化并用模式识别算法即可确定碱基序列。 这一原理带来长读长、实时测序、设备便携、可直接测 RNA 等技术特点，使单分子测序（行业普遍共识即第三代测序技术）从基础科研走向更广阔的应用场景；基因测序市场规模的扩张，正由技术能力外溢带来的科研、临床与病原检测等方向的需求增量共同驱动。

电流阻断如何读出序列

Nanopore 技术使用的是经过改造、可用于核酸检测的蛋白纳米孔。将蛋白纳米孔置于人造膜上，对膜两侧施加不同的电压差，纳米孔会产生电流，不同分子通过时会产生不同的电流干扰。测序时 motor 蛋白将 DNA 或 RNA 牵引至纳米孔，DNA 解开成单链，单链 DNA 或 RNA 通过纳米孔时，不同碱基导致不同的电流变化，再经模式识别算法还原为碱基序列。整个过程无需对样品核酸进行 PCR 扩增或逆转录。

技术特点如何打开需求空间

单分子测序的技术特点主要有四点，也正是需求增量的来源：

  • 较长的测序读长：原则上可检测通过纳米孔的全部核酸序列，对测序长度没有限制，目前最长读长可达 2.4 M。长读长有助于应对基因组中常见重复序列难以精准测出的问题。
  • 可实时测序：文库制备过程简单，无需 PCR 扩增或逆转录，可直接对 DNA 或 RNA 测序，边测序边输出结果，实现实时数据分析。
  • 设备简单便携：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，有助于保证突发疫情处理的时效性。
  • 可直接对 RNA 测序：能避免将 RNA 逆转录为 DNA 扩增所产生的偏向性及可能引入的突变。

这些特性对应科研端对完整基因组信息的需求、临床端对复杂单基因病分子诊断的需求，以及病原检测端对时效性的需求。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，补齐了人类基因组序列最后的 8%；2023 年初，Nature Methods 将长读长测序评选为“2022 年度最佳技术”。

产业端的增长信号

三代测序的临床应用转化正在迎来新突破。据官网信息，截至 2022 年底，贝瑞基因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；检验医学国际期刊 CLINICAL CHEMISTRY 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，拥有巨大价值及广阔前景”。制造端，illumina 于 2022 年初宣布将推出长读长产品 Infinity，华大智造、Element Biosciences、Ultima Genomics 也计划或已开始布局长读长测序领域。投融资端，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。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，临床商业转化仍然有限——这既是现状，也是后续需求释放的空间所在。

常见问题

Nanopore 测序需要先做 PCR 扩增吗？

不需要。Nanopore 技术属于单分子测序，测序时无需对样品中核酸进行 PCR 扩增或逆转录，可直接对 DNA 或 RNA 进行测序，文库制备过程也相对简单。

长读长相比短读长解决了什么问题？

二代测序需将 DNA 扩增后切成不超过 200BP 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；三代测序不用扩增、从头读到尾，原则上对测序长度没有限制，目前最长读长可达 2.4 M。

基因测序市场规模的增长主要看哪些方向？

从技术能力看，长读长、实时测序、设备便携与直接测 RNA 等特点，支撑了基础科研、复杂单基因病分子诊断、病原检测等方向的需求；从产业信号看，测序厂商布局长读长产品、初创企业获得融资、应用端样本量积累，都是需求扩张的观察维度。具体市场规模数据以权威机构公开口径为准。