NGS（下一代测序）读长短、拼接组装难度大，建库过程中PCR扩增富集序列可能错配碱基，且测序流程较为复杂——这些都是高通量测序技术自身的技术局限。 与此同时，以PacBio的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies的纳米孔单分子技术为代表的第三代测序技术自2011年后兴起，其单分子测序、无需PCR扩增、理论上可测定无限长度核酸序列的特点对NGS构成技术路线上的竞争压力；而行业龙头Illumina构建的密集专利网及多次专利诉讼，则持续限制后进入者在测序仪领域的发展。尽管存在上述风险，NGS凭借高通量、高准确性、高灵敏度、自动化程度高、成本低及可用于未知物种和未知基因检测等优势，仍是目前基因测序技术大规模商业化应用普及的主要推动力，并在未来一段时间内仍是主流技术。

NGS的主要技术短板

NGS的优势显著，但其技术局限同样明确：

  • 读长短：这是NGS最常被提及的短板，直接导致拼接组装难度大，对复杂基因组区域的解析构成挑战。
  • 建库PCR扩增可能引入错配：建库过程中需要PCR扩增富集序列，这一环节可能造成碱基错配。以Illumina桥式PCR扩增与边合成边测序结合的技术路线为例，其技术缺点包括PCR扩增技术会导致错误累积，搭配的生化技术会产生标签跳跃（Index Hopping），需使用双接头弥补。Thermo Fisher的乳液PCR扩增与半导体测序结合路线同样存在PCR扩增导致错误累积的问题，且半导体信号读取对连续相同碱基的识别错误率较高。
  • 测序过程较复杂：从建库、扩增、上机测序到生物信息处理（去重和拼接），流程环节多，对集成与制造工艺要求高。

第三代测序技术的冲击

2011年后，以PacBio公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术为代表的新一代测序技术兴起，被称为第三代测序技术。与前两代测序技术相比，其最大特点是单分子测序、测序过程无需进行PCR扩增，并且理论上可以测定无限长度的核酸序列。

不过，第三代测序目前与NGS仍存在差距：测序准备度与NGS略有差异，单条序列的错误率还较高，平均成本也较NGS高。因此短期内尚难撼动NGS的主流地位，但技术路线的分化本身即构成行业不确定性。

专利诉讼与竞争壁垒

测序技术的核心壁垒在于对测序原理的理解以及围绕测序技术构建的专利网。新进入者除需突破原理理解与制造工艺门槛外，在知识产权上也很难绕开行业领先者构建的专利网络。

全球来看，Illumina是基因测序仪领域的领导者，通过数据库检索，其专利数量超12000项，其中在美国2900多项，在欧洲布局1174项，中国布局1065项，澳大利亚布局883项。其专利网极其密集，也多次对同行领域的其他测序仪公司发起专利诉讼：2010—2011年多次诉讼Complete Genomics专利侵权（双方已于2013年和解），2016年对Oxford Nanopore Technologies提起诉讼，2019—2021年多次对华大智造发起针对核酸测序信号放大技术专利的诉讼。这些专利诉讼限制了后进入者在测序仪领域的快速发展。

从竞争格局看，根据华大智造招股书数据，2019年Illumina、Thermo Fisher、华大智造的全球基因测序仪器耗材市占率（以销售额计）分别为74.1%、13.6%、3.5%；中国市场同期Illumina占比61%，华大智造占比24%。上游设备与试剂供应端的毛利率和净利率在产业链中最高，以Illumina为例，2021财年（截至2022年1月2日）其销售毛利率和销售净利率分别为69.69%、16.84%。

常见问题

NGS读长短会带来什么实际问题？

读长短直接导致拼接组装难度大。对于包含大量重复序列或复杂结构变异的基因组区域，短读长在生物信息处理阶段需要更复杂的去重和拼接算法才能还原序列，这增加了数据分析的难度与不确定性。

PCR扩增错配是NGS独有的问题吗？

不是。只要建库环节依赖PCR扩增富集序列，就存在错误累积的可能。Illumina和Thermo Fisher的技术路线在公开资料中均被列明存在PCR扩增导致错误累积的缺点。第三代测序的单分子技术无需PCR扩增，理论上可规避这一环节，但目前其单条序列错误率仍较高。

专利诉讼对新进入者意味着什么？

测序技术的核心壁垒之一就是围绕测序原理构建的专利网。在专利独占期内，新进入者只能通过独创技术，彻底与原有存量玩家不同。Illumina多次对同行发起专利诉讼的案例表明，即使拥有早期技术，也不意味着能直接转化出量产且成功的基因测序仪——前期未被华大收购的CG公司即是例证。