基因测序行业从诞生到把单例人全基因组测序成本推进到100美元,经历了三个关键拐点:第一代桑格测序法让人类首次读出生命序列;人类基因组计划以30亿美元完成首张序列图;高通量测序带来“超摩尔定律”式的成本下跌,最终由Ultima Genomics与华大智造把成本推至100美元关口。
拐点一:从噬菌体到第一代测序
第一代DNA测序技术由桑格(Sanger)和考尔森开创的链终止法,以及马克西姆和吉尔伯特发明的化学法构成。1977年,桑格测定了第一个基因组序列——噬菌体phiX-174,全长仅5375个碱基。从此人类获得了窥探生命本质的能力,真正步入基因组学时代。第一代测序读长可达1000bp、准确性高达99.999%,但通量低、成本高,难以支撑大规模应用。
拐点二:人类基因组计划的30亿美元
2001年,以改进的桑格法为基础完成的首个人类基因组计划,总费用达30亿美元,其中我国科学家承担了1%的工作量。该计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗计划并称三大科学计划。2003年4月14日,中、美、日、德、法、英6国科学家宣布人类基因组序列图绘制完成,人类基因序列中98%获得测定,精确度为99.99%。
拐点三:超摩尔定律与100美元
人类基因组计划完成后,高通量测序登场,可一次对几百万到几十亿条核酸分子进行测定。此后测序通量及成本以“超摩尔定律”速度发展:据美国国家卫生院数据,人类全基因组测序成本从2001年的9526.3万美元,降至2009年的10万美元左右,2015年约1000美元,2022年降至100美元。最终把成本推进到100美元的,是后来者Ultima Genomics和华大智造。华大智造发布的超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2,每年可完成高达5万例人全基因组测序,单例成本低于100美元。
常见问题
基因测序成本为什么会下降得这么快?
核心驱动力是技术路线的更替。高通量测序可一次并行测定几百万到几十亿条核酸分子,通量与成本以“超摩尔定律”的速度演进,使单例人全基因组测序成本从2001年的9526.3万美元降至2022年的100美元。
Ultima Genomics和华大智造在成本下降中扮演了什么角色?
两者是把基因测序成本最终推进到100美元的推动者。华大智造的超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2单例成本低于100美元,创造了全球基因测序仪通量的新纪录,为行业构筑了一款“超级测序工厂”。
成本降到100美元后,行业重心会转向哪里?
上游成本大幅下降后,中下游应用被认为将迎来增长空间。基因组数据的快速积累,可能使人类基因组的解读超越生物学的范畴,以精密科学为代表的中下游应用企业已开始扩张。