分辨率|破译生命密码，让基因“说话”

完成“人类基因组计划”所用的第一代基因测序技术，通量低、成本高、对人力需求大。而第二代基因测序技术可以一次性对几百万到几十亿条核酸分子进行序列测定，终结了漫长、浩大的测序时代，给生命科学研究和生物医学应用带来了全新突破。
在不久前公布的2022年度科学突破奖获奖名单中，开发二代DNA测序技术（NGS）的3位科学家荣获“生命科学突破奖” 。归功于高效率的二代DNA测序技术，科学家们得以在第一时间测定新冠病毒基因序列，为人类对抗新冠病毒赢得了时间。
自1977年第一代DNA测序技术（Sanger法）问世以来，基因测序技术经历了第二代高通量测序技术和第三代单分子测序技术的变革，正在冲刺第四代纳米孔测序技术。目前，凭借高通量、大规模、并行测序以及速度快、成本低等显著优势，高通量测序技术已成为全球主流基因测序技术。
那么，以第二代测序技术为主导的我国基因测序产业现状如何？第三代、第四代基因测序技术距离商用化还有多远？对此，科技日报采访人员采访了著名基因组学专家、中国基因组学研究主要奠基人、中国科学院大学教授于军，以及我国主要基因测序仪生产商华大智造公司高级产品经理张陆琪。
高通量测序为全球主流基因测序技术
“生命密码”是一门语言，解读这门语言需要用到基因测序技术。 “3位科学家在1998年发明的二代DNA测序技术，也被称作大规模并行测序技术，其更为人熟知的名字是高通量测序技术。 ”张陆琪对科技日报采访人员说。自DNA双螺旋结构于1953年被发现，生物学家便认识到， DNA中的A、T、C、G碱基排列信息包含了生物的全部遗传密码。
对于基因测序技术的代际关系，于军打比方说：“一代、二代、三代、四代测序仪并非相互取代的‘改朝换代’关系。就好比小客车、公交车、高铁、飞机都是交通工具，但它们会同时存在，以满足人们不同的出行需求。 ”
作为全球主流基因测序技术，高通量测序技术的主要应用领域包括无创产检（NIPT）、肿瘤、感染和胚胎植入前遗传学诊断和筛查等。据张陆琪介绍，高通量测序技术包含3种主流方式，分别为桥式PCR扩增与边合成边测序结合的测序技术、乳液PCR与半导体合成测序技术、以华大智造为代表的DNA纳米球与联合探针锚定聚合技术结合的测序技术。
【分辨率|破译生命密码，让基因“说话”】“以华大智造高通量测序仪的测序过程为例，首先要建库，将待测的DNA碎片化，并将接头添加到DNA片段两端，环化后得到单链环状DNA；其次是扩增，通过单链环状DNA的滚环扩增，将DNA待测序列进行无损复制并形成DNA纳米球；然后是测序，将DNA纳米球固定在阵列化的测序芯片上，通过每轮与特定的酶和荧光探针反应，可发出不同的荧光信号并被高分辨率成像系统采集和识别，从而获得单个碱基序列。重复以上过程数百次，可获得大量DNA片段的碱基序列；最后，通过生物信息处理去重和拼接，获得待测DNA片段的序列。 ”张陆琪说。
成本下降促进了二代测序技术的普及
基因测序仪是生命科技领域重要的高端设备和底层工具。基因测序仪生产商作为基因测序行业的上游，为行业中下游机构提供核心工具，掌握着基因检测整个行业命脉。
根据《全球及中国生命科学综合解决方案行业报告》数据，全球基因测序仪及耗材市场在过去数年间保持了两位数的增长。预计到2030年，全球基因测序仪及耗材市场将达到245.8亿美元的规模，中国基因测序仪及耗材市场将达到43.4亿美元的规模。