NGS(下一代测序技术)读长短、拼接组装难度大,仅是基因测序行业不确定性风险的起点。更深远的风险还来自PCR扩增引入的碱基错配、围绕核心技术的专利诉讼,以及第三代测序技术商业化成熟后的潜在替代冲击。这些因素共同构成了行业竞争格局与临床应用的深层不确定性。

技术层面的固有短板

NGS 技术虽以高通量、高准确性等优势成为当前基因测序大规模商业化应用的主要推动力,但其技术原理本身存在局限。官方资料明确指出,NGS 读长短,拼接组装难度大;同时,测序建库过程中需要用到 PCR 扩增富集序列,这一过程可能发生碱基错配,且测序过程较为复杂。

以 Illumina 采用的桥式 PCR 扩增与边合成边测序结合的技术路线为例,其技术缺点即包括 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),需要使用双接头弥补。这类技术短板在临床级应用中,可能对检测结果的准确性构成制约。

专利诉讼对竞争格局的扰动

测序技术的核心壁垒不仅在于对测序原理的理解,更在于围绕技术构建的专利网。全球基因测序仪领域的领导者 Illumina 专利布局极为密集,其专利数量超过 12000 项,其中在美国布局 2900 多项,欧洲 1174 项,中国 1065 项,澳大利亚 883 项。

密集的专利网直接转化为对后进入者的诉讼限制。Illumina 曾于 2016 年对 Oxford Nanopore Technologies 提起诉讼,2019—2021 年又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。这类专利诉讼限制了后进入者在测序仪领域的快速发展,也持续扰动着行业竞争格局的走向。

第三代测序技术的替代风险

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。其最大特点是单分子测序,无需 PCR 扩增,理论上可测定无限长度的核酸序列。

不过,官方资料同时指出,目前第三代测序的测序准备度与 NGS 尚有差异,单条序列错误率较高,平均成本也较 NGS 高。因此,NGS 技术仍是当前主流,并在未来一段时间内保持这一地位。但第三代测序技术一旦在错误率与成本上取得突破,对 NGS 主流地位的替代压力将显著上升。

常见问题

为什么 PCR 扩增会导致碱基错配?

NGS 建库过程中需要利用 PCR 扩增富集序列,而 PCR 扩增技术本身会导致错误累积。不同技术路线均面临这一问题,例如 Illumina 的桥式 PCR 扩增路线和 Thermo Fisher 的乳液 PCR 路线都被指出存在 PCR 扩增导致错误累积的缺点。

基因测序行业的专利诉讼主要围绕什么?

专利诉讼主要围绕测序原理的核心技术与专利网络展开。由于测序技术实现需要测序芯片、图像处理系统、算法等集成,先发企业会通过诉讼等方式限制后进入者销售。Illumina 曾对 Oxford Nanopore Technologies 和华大智造发起专利诉讼。

第三代测序技术何时会替代 NGS?

目前第三代测序的测序准备度与 NGS 仍有差异,单条序列错误率较高,平均成本也更高,因此 NGS 在未来一段时间内仍是主流技术。第三代测序能否实现替代,取决于其在错误率和成本上能否取得实质性突破,建议以官方后续公布及第三方实测数据为准。