分辨率|破译生命密码，让基因“说话”( 二 )

“基因测序行业上游涉及复杂的多学科交叉及大量精密仪器制造和组装，源头性技术及完整的专利布局会构筑较高的技术壁垒。 ”张陆琪解释道，高通量测序仪是集光学、机械、电子、流体、软件、算法等多个交叉学科于一体的复杂系统，既对单项技术有很高的要求，也对架构设计和系统集成有很高的要求。因此在她看来，高技术壁垒和长期高资金投入，使部分外国企业曾垄断基因测序仪的研发和生产，国内测序仪研发领域一度存在空白。
实现基因测序相关设备及试剂耗材的国产自主可控，转机出现在2013年。于军介绍说，这一年，华大集团收购了美国基因测序仪制造商CG公司，通过大量的研发投入，华大集团将原本极为昂贵且形如“黑铁塔”的大型基因测序仪原型机，变成了多款经济可靠且拥有更高性能的桌面型设备，打破了国外垄断。 “不过，基因测序行业上游集中度高，国外厂商抢先占领的市场份额较大，国产基因测序设备制造商存在较大竞争压力。 ”他直言。
目前行业上游的测序仪生产商主要被Illumina、ThermoFisher、罗氏等跨国巨头垄断，国内基因检测行业头部公司如华大基因、贝瑞基因也有设备和试剂生产。中游为面向终端用户的基因检测服务商，其购买上游公司生产的测序仪器、配套试剂等，为用户提供基因检测服务，从中收取服务费。下游则为基因检测服务使用者，包括医疗机构、科研机构、制药公司和个人用户等。
技术的进步促成了测序成本的下降。华大集团CEO尹烨曾指出， 1990年开始的“人类基因组计划” ，来自6个国家的约8000个科研工作者用时13年，才完成一个人的基因组测序，耗资38亿美元。而今天，在中国，一天就可以为几百人做基因组测序，每人只需要约500美金。 “测序成本下降看似降低了产业市场规模，实则促进了高通量测序技术的普及，从而为基因测序行业快速增长带来机遇。 ”于军说。
张陆琪也认为，成本下降将催生更多的行业中下游应用场景，不断扩大市场规模。此外，精准医疗时代的到来以及肿瘤基因测序服务需求高速增长，将进一步推动行业中下游的发展。随着中游测序服务行业的快速发展，测序服务提供商对测序仪器及试剂耗材的需求也日益提升，有利于扩大行业上游的市场空间。
第三、四代基因测序技术聚焦单细胞
于军指出，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。随着“人类基因组计划”的完成，测序向着更大样本量、更多数据量、更多物种的方向迅速发展。高通量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“工程时代” ，给生命科学相关研究领域和生物医学应用带来了全新突破。 “英国、美国等发达国家已经启动百万人量级的全民基因组测序工程，而千万到亿量级的基因组序列检测也已具备可操作性。 ”他说。
尽管如此，为了完成单分子测序和RNA的直接测序，我们仍需要研发第三代测序仪和第四代测序仪。
关于第三代基因测序技术，尹烨曾撰文指出，要了解生命活动的本质，就需要将测序的“分辨率”提高到“单细胞”水平。他认为，现在大部分的基因测序，还是以某一块组织或者血液中成千上万细胞的平均表达状态为研究对象，分辨率较低。事实上，经过10余年的发展，基于单细胞的基因表达调控研究正逐渐成为主流，有些技术甚至已经开始探索真正的“时空单细胞测序” ，即以单个细胞为单元，在时间（细胞周期）和空间（器官分布）两个维度进行基因测序研究，记录细胞在原组织中基因表达调控的机制细节。