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基因測序技術(shù)是基因檢測關(guān)鍵技術(shù)之一，在科學(xué)研究、臨床應(yīng)用及其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近50年的發(fā)展，基因測序技術(shù)從第一代的Sanger技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代納米孔測序技術(shù)，其中第二代的NGS技術(shù)是市場上應(yīng)用最廣泛的基因測序技術(shù)，三、四代測序技術(shù)還處于發(fā)展初期�；�因測序儀市場基本被跨國巨頭壟斷，我國基因測序生產(chǎn)企業(yè)主要布局測序儀配套試劑。隨著國內(nèi)企業(yè)不斷研發(fā)與創(chuàng)新，一批基因測序儀自主研發(fā)產(chǎn)品逐漸獲批上市。在市場應(yīng)用方面，我國無創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測（NIPT）市場發(fā)展穩(wěn)定；而隨著國家政策的推動和技術(shù)的進(jìn)步，腫瘤基因診斷和腫瘤早篩有望成為基因測序最有發(fā)展前景的應(yīng)用市場之一。

一、基因測序定義與技術(shù)

（一） 基因測序定義

基因測序是一種新型基因檢測技術(shù)，能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列，預(yù)測罹患多種疾病的可能性，個體的行為特征及行為合理。基因測序技術(shù)能鎖定個人病變基因，提前預(yù)防和治療�；�因測序相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)室研究演變到臨床使用，可以說基因測序技術(shù)是下一個改變世界的技術(shù)。

（二） 基因測序技術(shù)

自1975年桑格（Sanger）和考爾森（Coulson）發(fā)明鏈終止法和1976－1977年馬克西姆（Maxam）和吉爾伯特（Gilbert）發(fā)明化學(xué)降解法，到1986年ABI公司首次成功實(shí)現(xiàn)第一代基因測序技術(shù)的商業(yè)化，再到2014年Oxford Nanopore發(fā)布納米孔單分子測序平臺，基因測序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至第四代測序技術(shù)。

1、第一代基因測序技術(shù)（Sanger）

核心原理：由于雙脫氧核苷三磷酸（ddNTP）的3′位置不含羥基，其在DNA的合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以用來中斷DNA的合成反應(yīng)。在4個DNA合成反應(yīng)體系中分別加入一定比例帶有放射性同位素標(biāo)記的ddNTP（分別為：ddATP、ddCTP、ddGTP和ddTTP），產(chǎn)生A、T、C和G4組不同長度的一系列核苷酸，然后利用凝膠電泳和放射自顯影后可以根據(jù)電泳帶的位置確定待測分子的DNA序列。

傳統(tǒng)第一代基因測序技術(shù)具有準(zhǔn)確性較高、簡單和快捷等優(yōu)點(diǎn)，但在一些方面存在限制：1）測序通量低，僅適用于小樣本遺傳疾病基因的鑒定，難以完成沒有明確候選基因或候選基因數(shù)量較多的大樣本病例篩查；2）測序成本高、耗時長。據(jù)估算，用該法完成人類全基因組的測序，至少需用時3年，花費(fèi)30億美元。因此第一代基因檢測技術(shù)大多數(shù)用于科學(xué)研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高通量、低成本、自動化程度高的第二代測序技術(shù)出現(xiàn)。

2、第二代基因測序技術(shù)（NGS）

第二代基因測序技術(shù)，是利用一系列高通量測序技術(shù)（High－ThroughputSequencing）進(jìn)行大規(guī)模的基因組DNA或RNA測序，能快速準(zhǔn)確地獲得基因組編碼序列，滿足極短時間內(nèi)對基因組進(jìn)行高分辨率檢測的要求。高通量測序技術(shù)是對傳統(tǒng)測序技術(shù)的一次革命性的改變，它又被稱為下一代基因測序技術(shù)（Next GenerationSequencing，NGS）。

核心原理：在熒光或者化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的協(xié)助下，通過讀取DNA聚合酶或DNA連接酶將堿基連接到DNA鏈上的過程中釋放出的光學(xué)信號而間接確定DNA或RNA的序列。NGS測序技術(shù)邊合成邊測序的原理，對比第一代基因測序技術(shù)，大大降低了測序所需時間和成本，解決了第一代技術(shù)通量低、成本高的痛點(diǎn)，使得基因測序?qū)崿F(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，是目前全球及全國市場發(fā)展主流技術(shù)。目前，單人類基因組測序成本已降至1000美元以下。

雖然NGS測序技術(shù)具有高通量、低成本和高低豐度DNA檢測能力的優(yōu)點(diǎn)，同時也存在以下缺點(diǎn)：1）讀長短。第二代測序技術(shù)每個DNA片段的最大測序讀長在400－700bp 左右，遠(yuǎn)低于第一代測序的 900－1000bp。2）測序結(jié)果處理難度大。由于第二代測序讀長大幅縮短，拼接兩個 DNA 片段間所需的重疊的區(qū)域也相應(yīng)減小，導(dǎo)致測序結(jié)果的拼接難度大幅增加。另外，第二代測序由于通量高產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此給處理測序結(jié)果增加了難度。為解決這些難題，以單分子測序?yàn)闃?biāo)志的第三代測序技術(shù)和以納米孔測序?yàn)榇�表的第四代測序技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

3、第三代基因測序技術(shù)（單分子測序）

第三代基因測序技術(shù)（Third－generation sequencing，TGS）是指在單個細(xì)胞、單分子水平上對基因組進(jìn)行測序，測序過程中不需要涉及PCR擴(kuò)增，實(shí)現(xiàn)對每一條DNA分子的單獨(dú)測序。主要包括Helico Bioscience公司的單分子測序技術(shù)和Pacific Bioscience公司的單分子實(shí)時（Singlemoleculereal time，SMRT）測序技術(shù)，并以后者為代表。

區(qū)別于NGS測序技術(shù)，單分子測序技術(shù)可以通過直接讀取反轉(zhuǎn)錄全長cDNA，有效獲取高質(zhì)量的單個RNA分子全部序列，進(jìn)而深入研究可變剪接轉(zhuǎn)錄本。而且測序過程相對連續(xù)，不會因?yàn)橄慈ピ噭┗驒z測等步驟而暫停測序，也不用進(jìn)行DNA擴(kuò)增，操作便捷，測序時間短。因此單分子測序技術(shù)具有長讀長、測序時間短、操作便捷等優(yōu)勢。目前該技術(shù)還處于科學(xué)研究階段，隨著技術(shù)的成熟，未來將廣泛應(yīng)用于臨床。

4、第四代基因測序技術(shù)（納米孔測序）

第四代基因測序技術(shù)，也叫做納米孔測序技術(shù)，是基于電信號測序的技術(shù)，原理是通過電場力驅(qū)動單鏈核酸分子穿過納米尺寸的蛋白孔道，由于不同的堿基通過納米孔道時產(chǎn)生了不同阻斷程度和阻斷時間的電流信號，由此可根據(jù)電流信號識別每條核酸分子上的堿基信息，從而實(shí)現(xiàn)對單鏈核酸分子的測序。

相對于單分子測序技術(shù)，納米孔測序技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)單分子檢測和電子傳導(dǎo)檢測相結(jié)合的測序方法，完全擺脫了洗脫過程、PCR擴(kuò)增過程，具有超長讀長、高通量、更少的測序時間、更為簡單的數(shù)據(jù)分析的優(yōu)點(diǎn)。而相對于第一代、第二代測序技術(shù)，錯誤率高是目前納米孔測序的主要缺點(diǎn)。目前市場上的納米孔測序平臺主要是以O(shè)xford NanoporeTechnologies（ONT）公司的MinION納米孔測序儀為主，該測序儀測序讀長超過150kb，測序速度快，實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測，便捷攜帶。納米孔測序技術(shù)目前還處于初期發(fā)展階段，應(yīng)用場景發(fā)展相對成熟的是感染病病原體檢測。

表1：四代基因測序技術(shù)對比

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

二、基因測序產(chǎn)業(yè)鏈

基因測序產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游基因測序儀等基因測序設(shè)備和配套試劑生產(chǎn)制造商、中游基因測序服務(wù)商和下游應(yīng)有商。

圖1：基因測序產(chǎn)業(yè)鏈

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料繪制

（一） 上游：基因測序儀等基因測序設(shè)備和配套試劑生產(chǎn)制造商

基因測序儀屬于基因測序產(chǎn)業(yè)鏈最核心的環(huán)節(jié)之一，技術(shù)壁壘高，其裝機(jī)量基本被跨國巨頭壟斷。目前，全球基因測序儀裝機(jī)量達(dá)到2萬臺，其中Illumina公司的市場份額占比達(dá)80％，Thermo Fisher公司的市場份額占比達(dá)9－10％左右，Illumina公司和Thermo Fisher公司的基因測序儀裝機(jī)量市場份額占比幾乎接近90％。

我國已上市基因測序儀主要分為三種模式：自主研發(fā)、貼牌和與國際巨頭合作研發(fā)。截至2022年3月，我國已通過NMPA有效獲批上市的基因測序儀產(chǎn)品有15款；其中自主研發(fā)產(chǎn)品有9款，主要是以二代測序儀為主，華大基因與華大制造獲批數(shù)量最多，合計(jì)4款。齊碳科技、真邁生物、孔確基因、迪譜診斷、今是科技等國內(nèi)企業(yè)積極探索布局三代、四代測序儀和相關(guān)配套試劑。

由于基因測序儀技術(shù)壁壘高，因此國內(nèi)企業(yè)大多數(shù)布局檢測試劑盒等測序儀配套試劑。我國已通過NMPA有效獲批上市的檢測試劑盒有近300款，其中基于NGS技術(shù)的試劑盒有200多款，是目前基因測序市場高速成長的細(xì)分賽道；三代、四代配套試劑自主研發(fā)產(chǎn)品還處于發(fā)展初期，尚未有任何三代、四代測序器械獲得醫(yī)療器械注冊證件。

表2：國產(chǎn)基因測序儀獲批上市情況

來源：火石創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心

（二） 中游：基因測序服務(wù)商

基因測序產(chǎn)業(yè)鏈中游主要包括測序服務(wù)、測序數(shù)據(jù)處理和分析，相對于上游技術(shù)門檻高的測序儀產(chǎn)業(yè)，基因測序服務(wù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)門檻相對較低，市場競爭激烈。根據(jù)服務(wù)類型分類，主要個性化消費(fèi)（消費(fèi)級基因檢測）、生殖健康（包括無創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測、胚胎植入前遺傳學(xué)檢測、新生兒單基因遺傳病檢測等）、疾病篩查和伴隨診斷四個大類。

消費(fèi)級基因檢測面向個人消費(fèi)者，消費(fèi)者自行向企業(yè)購買采集器進(jìn)行唾液采集并寄送樣本，然后企業(yè)進(jìn)行基因檢測并出具報(bào)告，主要檢測如祖源分析等常規(guī)項(xiàng)目。我國消費(fèi)級基因檢測市場競爭激烈，龍頭企業(yè)主要有達(dá)安基因、華大基因、美因基于、23andMe和23魔方等。

我國無創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測（NIPT）市場發(fā)展穩(wěn)定。NIPT主要是采集孕婦外周血、提取胎兒游離DNA進(jìn)行高通量測序，并通過生物信息分析技術(shù)來檢測胎兒是否有染色體異常的疾病，國內(nèi)NIPT技術(shù)及商業(yè)化路徑相對成熟，準(zhǔn)確率達(dá)到了99％以上且無流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，已在各大醫(yī)院普及使用。我國NIPT市場呈現(xiàn)壟斷格局，華大基因和貝瑞基因，二者的市場份額占70％左右，競爭格局較為穩(wěn)定，達(dá)安基因、安諾優(yōu)達(dá)、博奧基因、卡尤迪生物等企業(yè)也在市場有所布局。截至2021年，我國NIPT行業(yè)市場規(guī)模不到100億元，整體平均滲透率不足50％。2020年，多個省份已將符合條件的唐式綜合征篩查納入醫(yī)保，符合條件的患者可享受報(bào)銷待遇。隨著醫(yī)保政策的推動以及測序成本的降低等，我國NIPT市場滲透率將有望進(jìn)一步提高。

腫瘤基因診斷和腫瘤早篩有望成為基因測序最有發(fā)展前景的應(yīng)用市場。惡性腫瘤是導(dǎo)致人類死亡的主要疾病之一，根據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）公布的數(shù)據(jù)，2020年，我國有457萬癌癥新發(fā)病例和300萬死亡例，中國癌癥新發(fā)病例和死亡病例均位居全球第一，并呈增長趨勢。我國腫瘤基因診斷和腫瘤早篩還處于早期發(fā)展階段，且以伴隨診斷為主。2017－2020年，我國批準(zhǔn)上市的NGS伴隨診斷試劑盒僅有9個。在提供腫瘤基因診斷的企業(yè)中，主要有華大基因龍頭企業(yè)和吉凱基因、和瑞基因、GENEWIZ、燃石醫(yī)學(xué)、泛生子基因等創(chuàng)新公司。2020年12月，國家衛(wèi)健委出臺《抗腫瘤藥物臨床應(yīng)用管理辦法（試行）》，明確規(guī)定國家衛(wèi)生健康委發(fā)布的診療規(guī)范、臨床診療指南、臨床路徑或藥品說明書規(guī)定需進(jìn)行基因靶點(diǎn)檢測的靶向藥物，臨床醫(yī)師使用前需經(jīng)靶點(diǎn)基因檢測，確認(rèn)患者適用后方可開具。同時我國縣級癌癥篩查和早診早治中心建設(shè)試點(diǎn)工作也于2021年正式啟動。隨著國家政策的推動和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的進(jìn)步，腫瘤基因診斷和腫瘤早篩市場發(fā)展?jié)摿�巨大�?/p>

（三） 下游：基因測序應(yīng)用商

基因測序產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用商主要包括醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研院校、醫(yī)藥企業(yè)和個人，與中游基因測序服務(wù)商緊密連接。

三、中國基因測序行業(yè)情況

（一） 市場規(guī)模

基因測序應(yīng)用非常廣泛，其在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床應(yīng)用及其他領(lǐng)域的應(yīng)用日益普及，行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)增長，是基因檢測行業(yè)增長速度較快的細(xì)分領(lǐng)域。我國基因測序行業(yè)正處于高速成長階段，根據(jù)BCC Research發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年，我國基因測序市場規(guī)模達(dá)到13．39億美元。隨著基因測序產(chǎn)業(yè)化技術(shù)日漸成熟，我國基因測序市場迎來“黃金期”，預(yù)計(jì)到2026年，市場規(guī)模增長至42．35億美元，2021－2026年復(fù)合增長率約為21．6％。

（二） 區(qū)域集中度

截至2022年3月，我國已有基因測序產(chǎn)品通過NMPA批準(zhǔn)上市的基因測序企業(yè)有近一百家，主要分布在北京、廣東、湖南、湖北、江蘇和上海等省市地區(qū)，這6個區(qū)域企業(yè)比重合計(jì)70％。

圖2：中國基因測序行業(yè)區(qū)域集中度情況

注：企業(yè)篩選條件是截至2022年3月已有基因測序產(chǎn)品獲得NMPA批準(zhǔn)上市

來源：火石創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心

四、中國基因測序行業(yè)政策

我國將基因測序列入到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著我國個體化醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，為滿足我國人們?nèi)罕娙找嬖鲩L的診斷需求，我國不斷出臺相關(guān)政策推動基因測序產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，圍繞基因與生物技術(shù)，加快基因組學(xué)研究應(yīng)用，加快體外診斷研發(fā)。《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，推動基因檢測、生物遺傳等先進(jìn)技術(shù)與疾病預(yù)防深度融合，開展遺傳病、出生缺陷、腫瘤、心血管疾病、代謝疾病等重大疾病早期篩查，為個體化治療提供精準(zhǔn)解決方案和決策支持；在早篩和精準(zhǔn)用藥方面，以高通量基因測序、質(zhì)譜、醫(yī)學(xué)影像、生物信息診斷等技術(shù)為主，重點(diǎn)開展腫瘤早期篩查及用藥指導(dǎo)，繼續(xù)推動耳聾、唐氏綜合癥、地中海貧血等出生缺陷基因篩查，推動個體化醫(yī)療實(shí)現(xiàn)突破。

表3：2016－2022年5月中國基因測序行業(yè)相關(guān)政策

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

五、總結(jié)

我國基因測序行業(yè)正處于高速成長階段，部分創(chuàng)新企業(yè)的三、四代測序技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平，越來越多的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的基因測序產(chǎn)品獲批上市實(shí)現(xiàn)商業(yè)量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)基因測序儀進(jìn)口國產(chǎn)化替代。隨著技術(shù)的進(jìn)步、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和利好政策的推動，我國基因測序市場擁有巨大的應(yīng)用前景，我國基因測序行業(yè)迎來“黃金期”。

—END—  

作者 ｜ 火石創(chuàng)造 lily  

審核 ｜ 火石創(chuàng)造 廖義桃、殷莉

       原文標(biāo)題 : 國產(chǎn)正崛起！中國基因測序產(chǎn)業(yè)鏈圖譜與市場分析