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投资基因测序行业 你应该关注哪些问题?

2017-10-13 11:56:36 来源:
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  基因测序(DNA Sequencing)是什么?基因测序就是基因检测(DNA testing)吗?

  当然不是。基因测序是指通过测序设备对DNA分子的碱基排列顺序进行的测定,即测定和解读DNA分子中腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)四种碱基的排列顺序。基因检测是通过杂交或测序等方法来确定DNA序列中是否含有特定的一段序列,来明确相关的基因某些功能。

  上图是一般人所了解的基因的双螺旋结构。

  这是DNA的分子结构,DNA是由内侧ATCG四种不同的碱基组成,即的腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤四种碱基。

  基因测序目前就是将这四种碱基的排列组合进行还原。下面就是将一段DNA测序后的结果。

  基因是一段DNA,但是一段DNA不一定是基因。遗传讯息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传讯息的表现。发现、解读和分析这些遗传讯息的DNA片段,我们称为基因检测。

  基因测序只是得到DNA的序列,而基因检测最终要跟生命体的功能(比如对遗传性状的控制及稳定生命周期等)和外表的表现建立联系。因此我们可以简单理解为基因测序是基因检测的一个部分,测序完成后对结果的深度解读和分析才可以帮助我们解决问题。

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  基因测序目前的产业链是什么样的?

  基因测序全产业链划分为以下三部分:

  上游 - 测序仪器与试剂耗材市场;

  中游 - 基因测序服务市场;

  下游 - 生物信息学分析市场;

  目前在产业链上游占有垄断地位的有:

  1. Illumina的Solexa和HiSeq技术

  2. Life Tech的Solid技术

  3. Roche的454技术

  其中,Illumina占领了市场大头,约为整个市场份额的75%。在2015年,Illumina Inc., LifeTechnologies以及Pacific Biosciences 在全球基因测序仪市场中合共占据94%份额。

  目前国内也有一些公司在积极探索和自主研发国产测序仪,例如:紫鑫药业002118)、贝瑞基因000710)和华大基因300676)等。目前我国测序仪研发技术与外国领先水平相比还有一定差距,因此我国目前的基因测序服务公司对国外的仪器依赖性较强,需要大量进口。

  产业链的中游就是各类基因测序服务公司。从前文“基因产业链数据分析”图中我们不难发现,中游是市场最大,门槛最低,竞争也最激烈的部分。这些公司直接面向测序服务的使用者,包括医疗机构、科研机构、制药公司和受检者。华大基因就是属于这样的公司,国内的上市公司大部分都属于此类。

  产业链的下游就是生物信息学分析的市场。目前临床上全基因组测序之后的数据容量可高达十几个G。这些首先要经过专业的生物信息技术分析得出检测结果,而后的解读也非常复杂,非专科专家难以胜任。这块市场技术要求高,毛利率可观,但是解读与分析还处在初级阶段。

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  各大基因测序相关的文章和报告中频繁提到的“高通量测序技术”中的“高通量”是什么意思?

  在解释“高通量”之前,先为大家科普一下目前市场上对基因测序平台的四大衡量标准,分别是:读长、通量、 准确度及成本。

  读长指的是测序反应所得到的读段长度,如果用视频剪辑作为例子,读长是剪辑视频中的视频长度;

  通量指的是单次运行或单位时间内所能产生的数据量(以测序读取的碱基数量衡量,可简单理解为测序通量 = Reads 数× 读长),也就是视频剪辑中在一定时间内可以剪辑的帧数;而“高通量”指的是每次测序可以同时对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定,相对于过去的测序方式,每次通过的测序量更大,是过去通量的几百倍,所以称为“高通量测序技术”。 随着时间推移,“高通量测序技术”就成了第二代测序技术的专有名称。

  准确度和成本可以从字面意义上进行理解,通常基因测序的技术性与成本较难同时兼顾,这也将是未来基因测序发展需要纳入考虑的一部分。

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  测序技术已经发展到了第三代,那第一代 、第二代和第三代有什么不同?

  如果还是将一条DNA比作一条视频,第一代技术是将长达一小时的视频中每一秒里的每一帧都进行分析和排列,但是每次只能分析一条视频。

  第二代测序技术是可以同时对多条视频片段中每一秒的每一帧都进行分析和排列,相对第一代可以分析长度为一小时的视频,第二代可以分析的每条视频长度缩短至不到半小时。第二代比第一代处理信息的量大,所以大幅度降低了测序的成本。

  第三代则是将第一代和第二代技术结合,即可以同时处理大量的,每段长度为1小时的视频片段,但是目前处理的准确性有待提高。相对来说第三代比第二代处理信息更加全面。

  目前还有一些人认为测序技术发展到了第四代,第四代与第三代的差别是测序仪器体积更小的方向发展。但由于第三代技术依然没有发展成熟,所以见微研报团队认为现在谈第四代可能为时过早。

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  目前我国基因测序行业是怎么样的现状,未来发展方向是什么?

  见微研究员在国内的上市公司中,找到了17家主板上市的基因测序企业和18家新三板上市的企业。在这些企业中,仅有紫鑫药业、贝瑞基因和华大基因等少数几家涉及到了上游的仪器和试剂的生产,市场占比较小。在生物信息服务领域,也仅有新开源300109)和华大基因等有所涉及。绝大部分企业是在中游的测序服务中,服务的客户主要有医院、研究所、高校和制药厂等等。

  对于基因测序未来的发展方向,华大基因在它招股书中提出:未来基于单个产品的基因测序服务,将逐渐转变为以基因测序为主要技术,覆盖研究方案设计、基因测序、数据解读、功能验证等方面的新型产品组合,并且服务模式更加灵活、市场细分化趋势更加明显。以信息分析和数据挖掘为主要应用的云计算平台的出现,将会促进数据分析市场的快速增长,成为新的市场增长。

  换言之,生物信息技术未来的竞争,将主要集中在如何解决在基因测序结果相同的情况下,不同机构给出的不同解读和分析的问题;以及如何利用这个测序结果帮助检测用户预防和发现早期疾病,治疗疾病症状等。

  要做到这些为真正的基因检测服务,仅具备基因、蛋白等分子层面的检测、观察手段是不够的,还需要长期、大量存储于基因库的样本支撑。数据库中需要至少包含:

  1,基因数据;

  2,表型与基因型关系;

  3,表型与疾病关系;

  4,干预与治疗,以及药物基因组学数据;

  因此早在2011年华大基因就开始承建并运营深圳国家基因库。目前华大基因在与地方政府合作中总计完成27万多个样本检测,包括无创产前、遗传性耳聋、地中海贫血、新生儿遗传代谢病、宫颈癌筛查等。

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  当大家谈到基因测序都会谈到精准医疗,精准医疗是什么,两者有什么关系?

  简单的说,精准医疗是与传统医疗相对的概念。在过去,当一个患者得了癌症,医疗的手法无非是根据病情的不同阶段使用各种大量药物、化疗和移植和切除癌变部分。精准医疗则是用基因测序找出癌症的突变基因,从而迅速确定对症药物,省去患者尝试各种治疗方法的时间,提升治疗效果。

  基因测序是精准医疗实现的一个必要条件。在诊断方面,精准医疗要求对人的了解需要深入到基因多态性的层面,而对病的了解则必须深入到体细胞突变,这些都离不开基因测序。然而,在形成精准的诊断后,还需要精准的对应治疗,比如分子靶向药物、抗体药物和抗体偶联药物等。所以说,精准医疗包含很多层面医疗技术的提高,不仅是“基因测序”这一件事。

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  目前基因测序正在应用与医疗的哪些方面?

  基因测序目前主要应用在生殖健康、遗传病检测、新药研发、肿瘤诊断及治疗、心血管疾病以及医学基础研究,其中生殖健康、肿瘤诊断及治疗、新药研发和医学基础研究是目前最主要的应用领域。市场的发展也正从无创产前检测技术向肿瘤、心脑血管逐渐过渡。

  生殖健康领域产品相对成熟,市场仍有较大发展空间,基因测序技术在生殖健康领域的应用可分为胚胎植入检查、产前检查和新生儿疾病筛查。基因测序技术在生殖健康领域的应用较早,生殖健康基因测序产品已开始逐步成熟。

  肿瘤诊断治疗应用为基因测序最具潜力的应用市场,肿瘤是机体在各种致癌因素作用下,局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的控制增生所形成。 麦肯锡在其有关基因测序报告中曾指出,肿瘤诊断和治疗是基因测序最具发展潜力的应用市场,主要原因有:1、全球癌症发病率逐步攀升,癌症负担正在不断加重,8个死亡病例中就有1个是癌症,特别对中国而言,人口老龄化的不断增加,环境污染和食品安全问题日益恶化,都使癌症的负担尤为突出;2、由于肿瘤具有显著的个体差异性,传统医疗方式在肿瘤治疗上具有非常大的局限性,而基因测序能够提供病患个体差异信息,并为肿瘤治疗提供指导,能够提高用药的安全性和有效性。

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  基因测序应用的市场规模有多大?

  华大基因招股书中引用根据美国研究机构BCC在2016年5月发表的研究显示,基因测序市场飞速发展,全球基因测序产品市场规模2015年达到59亿美元,2020年预计达到138亿美元,这五年的年均复合增长率预计为18.7%。

  因测序技术已在医用和商用领域成熟应用,被广泛应用于个性化医疗、肿瘤和遗传病、微生物、农业、器官 移植等方面。如果整合所有基因检测相关行业产业(产前诊断、干细胞治疗等),该产业的市场规模有望超过万亿。

  本次,见微数据也有幸采访到一位曾就职于华大基因多年的基因行业专家(考虑到个人隐私问题我们将对该专家的个人信息进行保密处理,望大家谅解)来简要与大家分享一下他眼中未来的基因行业(以下为Q&A原文):

  1. 您选择基因行业是出于什么原因?

  我本科学的是光电工程,是一门非常强调物理和数学的学科。但我本人一直对计算机领域非常感兴趣,所以在考研究生的时候选择了计算机专业,进入了中南大学。

  我当时的导师是中南大学长江学者陈建二教授,那个时候陈建二老师的研究方向主要是计算理论和生物信息,选择研究方向的时候我感觉生物信息听上去比较高大上,所以就选择了生物信息,然后就一路从硕士读到博士,期间我还去美国德克萨斯大学医学部访问了一年。

  直到毕业前一年,我都觉我毕业后会去做互联网或者软件之类的,而不会继续生物信息。但毕竟学了这么多年的生物信息,真正到了决定毕业后方向时,觉得完全放弃还是有些不甘心。于是联系了华大基因,还去深圳参加了华大基因举办的ICG会议。大概在2011年底时,拿到了华大基因的offer。在留校当老师和去华大基因工作之间,纠结了半年才回寄了三方协议书,我在生物信息产业界的职业生涯也由此展开。

  2.目前与基因相关的上市公司/新三板公司越来越多,华大基因也曾在其招股书里提出:未来基于单个产品的基因测序服务,将逐渐转变为以基因测序为主要技术,覆盖研究方案设计、基因测序、数据解读、功能验证等方面的新型产品组合,并且服务模式更加灵活、市场细分化趋势更加明显。 那您对于基因测序行业的未来发展怎么看?

  这是一个数据为王的行业,基础研究、产品研发、资质申请、用户体验等等都依赖于数据的积累。从数据的角度来看,各种基因检测所检测的数据差异并不大,DNA,cfDNA,体细胞突变等,很多产品看上去差异很大,目标各不相同,但底层要检测的数据却是一样的。所以我非常同意华大基因招股说明里的说法。

  3. 在您看来华大基因与同行业中的其他基因公司相比,有什么相对的优势?

  在我看来比较重要的优势:1. 可以批量生产的商业化测序仪,上游技术的掌握;2. 大平台对基因检测诸多领域的覆盖,比如临床、农业、健康等;3. 国际化的布局;4. 高管团队,尤其是汪老师,自始自终所坚持的为国为民的情怀。

  4. 最近消费类基因检测越来越流行,您对消费类基因检测未来的发展有什么看法?

  消费类基因检测是普通消费者获得和受益于基因检测最便捷的方式。消费类基因检测并不是临床基因检测的对立面,而是将包括医学相关检测在内的合适的检测内容以最便捷的方式提供给消费者。

  此外,如前所述,这是一个数据为王的领域。任何一个企业或者国家在这个领域的数据积累,都是形成技术优势的基础,所以消费类基因检测也是构建起全民参与、全民分享的基因研究平台的一个好方式。可以看看23andme和Ancestry今年发表的大量论文,已经展现出了这种研究平台的作用。

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  中国在基因测序行业都有哪些龙头企业?

  在目前基因测序的行业环境下,华大基因更具优势。相对于其他公司还在于跑客户,求规模的时候,华大基因已经与这类销售型的服务公司有了一定的距离。

  在产业链方面,华大基因从中游的测序服务,发力生物信息分析和设备制造等领域的技术和产业布局,实现公司自主产品在基因组学应用领域的全面覆盖。

  在市场布局方面,华大基因已经构建出覆盖全国,辐射全球的营销网络。公司目前在中国内地、亚太、欧洲及美洲均设有分支机构,服务网络覆盖全球一百多个国家和地区。

  在基因数据方面,华大基因建立并运营深圳国家基因库。这个基因库将会成为世界领先的生命科学数据库、新型疾病控制服务平台,从而提高核心竞争力,帮助华大基因成为基因科技应用领域的行业领导者。

  在临床研究方面,华大基因积累了丰富的临床研究案例。截至2016年末,华大基因已经完成数百万样本的检测,覆盖四千多种疾病,检出上万例阳性病例。大型科研项目样本的积累,多样化的临床研究案例,丰富的临床检测经验是保障华大基因能够提供优质服务的基础。

  在业务规模方面,华大基因已成为目前世界上最大的医学基因检测中心之一,并且已经与全国上千家医疗机构(美年大健康产业控股股份有限公司,天津市妇女儿童保健中心,中国造血干细胞捐献者资料库管理中心等)开展合作。

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  有了基因测序的新发展,基因检测是不是成了“黑魔法“,是不是可以测出来一切?

  目前市场上有些言论将基因检测“万能”化了,但事实上基因检测并不能所有信息都检测出来。

  基因检测结果的准确性不仅仅需要基因测序技术的发展,更要依靠生物信息。基因测序的发展解决了如何廉价、快捷、准确的将ATCG(分别是DNA的腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤四种碱基)四个字母的排序做出来。但是当这十几个G的数据呈现出来的时候,如何做解读就是生物信息技术要解决的问题。

  目前人类对自身基因组的研究还处于起步阶段,只有部分基因,如产前无创筛查基因、癌症化疗药物的耐药基因等能够得到比较准确的结果,但对于大部分疾病,基因检测只能通过统计学分析其相关性。

  所以,即使基因测序的结果一样,在解读方面各不同的公司/医院会差异很大,取决于它们对比的大数据,这就造成同一个人的基因不同解读的现象。

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  目前市面上诞生了一些消费类基因检测公司,他们所做的基因检测与大型医疗机构的基因检测有什么不同?

  首先给大家科普一下消费类基因检测的概念,消费类基因检测是一种可以不需要经过第三方医疗机构进行直接购买的基因检测服务,用户自己采集基因样本后,并且提供检测及解读等服务。基因样本的采集方式通过用户自身进行采集,然后再将样本寄回所购公司进行检测,结果等待时间大约在1-2个月不等。 其中行业的领先者有美国的23andMe, 国内的WeGene、23魔方、美因基因等。据Credence Research的数据,2015年消费基因检测市场的规模为七千万美元,到2022年将会到达三亿四千万美元,在2016至2022年之间,将有25.1%的年复合增长率。

  如果我们从消费类业务评价模型来看消费类基因检测:

  友好度:消费类基因检测的成本不断降低,便利性不断提高。2001年1亿美元的基因测序,仅用了十几年就演变为今天的数百美元,其大众消费化的速度已经相当惊人。

  深度:随着基因测序和生物信息技术的不断发展,消费类基因检测的可靠性和有效性不断提高。

  广度:基因检测的潜在用户群体规模庞大。技术发展和探索消费类基因检测让应用的场景越来越多,从亲子鉴定、健康管理、防癌抗癌到心血管疾病的防治。甚至于未来挑选运动员和岗位面试的时候,都可能会通过基因检测来了解候选人的基本情况。未来,消费基因检测将不可阻挡地进入更多普通人的生活。

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责任编辑:zwx

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