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來源：新絲路資本
基因測序，即通過對生物體的核酸序列進行檢測，從而在分子和基因?qū)用鎸崿F(xiàn)對生物體的進階分析與解讀。對于人類而言，究其根本都含有23對染色體、2.5萬個基因編碼、30億個堿基對組成的bio-data綜合體。通過對基因?qū)用娴慕馕?，我們得以高效的探究自己身體內(nèi)終極密碼。
基因測序最初走進大眾視線，憑借的是名人效應(yīng)。喬布斯曾經(jīng)花費10萬美元進行癌癥全基因組測序技術(shù)，在獲得了個人基因組的信息后，醫(yī)生為他開出相對精準(zhǔn)的抗癌方案，使其面對胰腺癌這個“癌中之王”又帶病生存了近10年。著名影星安吉麗娜朱莉通過基因檢測了解到自己有87%的乳腺癌患病概率后，毅然選擇了預(yù)防性手術(shù)。
現(xiàn)如今，基因測序不再是少數(shù)精英階層的專利，技術(shù)的快速迭代、測序成本的持續(xù)降低將這項技術(shù)帶到普通人的身邊。
全球疫情的元兇SRAS-CoV-2病毒也是通過NGS技術(shù)而被中國科學(xué)家率先確定。在收到最初的病例標(biāo)本后，國內(nèi)幾家病毒專業(yè)研究實驗室平行開展了全基因組測序，均發(fā)現(xiàn)送檢樣本中存在同一種新的未知的冠狀病毒基因組序列，該冠狀病毒序列為主要病毒序列，且該基因組序列在健康人群和其他類型的肺炎患者中不存在，NGS技術(shù)為確定病原邁出了關(guān)鍵的一步。
測序儀器為什么是行業(yè)的“兵家必爭之地”
測序是解開人類生物密碼的基礎(chǔ)，也是生命科學(xué)發(fā)展的基石?，F(xiàn)在的測序技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)療檢測，指導(dǎo)臨床，尋找與疾病相關(guān)的基因突變信息等方面。測序領(lǐng)域發(fā)展迅速，其應(yīng)用前景十分廣闊，市場價值不可小覷。
隨著高通量測序成本快速降低和生命科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，高通量測序越來越多與各個學(xué)科交叉發(fā)揮出特有的作用。
目前產(chǎn)業(yè)下游逐步成熟的應(yīng)用領(lǐng)域包括：多組學(xué)研究、人群隊列基因測序計劃、新藥研發(fā)與創(chuàng)新、微生物檢測、無創(chuàng)產(chǎn)前檢測、腫瘤基因檢測、輔助生殖等。
中國目前的測序應(yīng)用以無創(chuàng)產(chǎn)前檢測、腫瘤伴隨診斷為主，隨著技術(shù)逐步成熟，其余的應(yīng)用方向比如腫瘤早篩、植入前胚胎遺傳學(xué)、遺傳病診斷將為行業(yè)提供持久的增長驅(qū)動力。
但從產(chǎn)業(yè)鏈的角度分析，我們會發(fā)現(xiàn)情況并不樂觀。基因檢測產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下三個環(huán)節(jié)：上游主要負(fù)責(zé)測序儀的研發(fā)，核心技術(shù)掌握在Illumina、華大等少數(shù)幾個大企業(yè)手中，呈現(xiàn)出壟斷的態(tài)勢；在整個基因測序的產(chǎn)業(yè)鏈中，上游技術(shù)要求最高，原因在于上游端測序平臺需要掌握的核心技術(shù)包括 DNA 聚合酶、DNA 提取富集技術(shù)、光電技術(shù)等，因其整體性和復(fù)雜性形成技術(shù)壁壘。因此基因測序產(chǎn)業(yè)鏈上游的企業(yè)相對較少，市場份額集中。
2019 年全球基因測序上游市場份額（%）
中游提供檢測+生物信息分析的測序服務(wù)，如諾禾致源、安諾優(yōu)達(dá)等等一眾公司，提供測序服務(wù)的門檻并不高，目前中游公司數(shù)量最多，競爭激烈，但擁有注冊證產(chǎn)品的公司較少；下游臨床、科研等終端用戶。
目前五花八門的基因測序產(chǎn)品，主要圍繞在產(chǎn)業(yè)鏈中下游，在已有的基因測序儀的應(yīng)用層面展開激烈的市場競爭。而真正的行業(yè)命脈是上游市場，極高的技術(shù)壁壘，成為眾多中下游基因測序企業(yè)的發(fā)展痛點，大家肯定會記得當(dāng)年華大被卡脖子，后來發(fā)憤圖強的往事。
國內(nèi)外基因測序市場正以前所未有的速度增長著，各種基因測序產(chǎn)品和服務(wù)層出不窮。然而基因測序的高度專業(yè)性，決定了技術(shù)壁壘將始終是行業(yè)痛點，缺少核心技術(shù)的國內(nèi)基因檢測企業(yè)，繞不開技術(shù)的引進和同質(zhì)化產(chǎn)品的競爭。
走出基因測序產(chǎn)業(yè)下游的競爭紅海（典型的如諾禾致源，各位看官可自行搜索），引領(lǐng)技術(shù)革新是關(guān)鍵。所以測序儀器是行業(yè)玩家的命脈，想要在未來占據(jù)主動權(quán)，必須要拿下這顆“皇冠上的明珠”。
接下來讓我們簡要回顧一下測序技術(shù)的發(fā)展。
測序技術(shù)的前世今生
近半世紀(jì)以來，基因測序技術(shù)飛速發(fā)展，從一代發(fā)展至四代，發(fā)生了日新月異的變化：
第一代測序
第一代DNA測序技術(shù)用的是1975年由桑格（Sanger）和考爾森（Coulson）開創(chuàng)的鏈終止法或者是1976-1977年由馬克西姆（Maxam）和吉爾伯特（Gilbert）發(fā)明的化學(xué)法（鏈降解），為方便起見，統(tǒng)稱為Sanger法。在1977年，Sanger測定了第一個基因組序列——噬菌體phiX-174，全長只有5,375個堿基。
雖然與今日的技術(shù)比起來根本不算什么，但自此之后，人類獲得了窺探生命本質(zhì)的能力，并以此為開端真正步入了基因組學(xué)時代。Sanger法的核心原理請自我學(xué)習(xí)，本文不再贅述。
總的來說，第一代測序技術(shù)的主要特點是測序讀長可達(dá)1,000bp，準(zhǔn)確性高達(dá)99.999%，但其測序成本偏高（相對基因組大?。?，通量低等方面的缺點，嚴(yán)重影響了其真正大規(guī)模的應(yīng)用。因而第一代測序技術(shù)并不是理想的測序方法。
第二代測序
二代測序技術(shù)在大幅提高了測序速度的同時，還大大地降低了測序成本，并且保持了高準(zhǔn)確性，以前完成一個人類基因組的測序需要3年時間，而使用二代測序技術(shù)則僅僅需要1周，但其序列讀長方面比起第一代測序技術(shù)則要短很多，大多只有100bp-150bp。
目前illumina的測序儀占全球75%以上，以NextSeq、HiSeq、NovaSeq等系列為主。它的機器采用的都是邊合成邊測序的方法，讀長短（50-300bp）；準(zhǔn)確度達(dá)99.9%；通量很高。
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但是第二代基因測序技術(shù)的局限性也顯而易見：一是需要分子擴增，二是使用光學(xué)系統(tǒng)檢測，三是必須有足夠多的樣本才能降低測序成本，這些部分限制了基因測序的推廣，阻礙其走向產(chǎn)品和服務(wù)的基因消費時代。
但其技術(shù)硬傷還在于：1、讀長短的缺點導(dǎo)致測序過程中含量較少的序列信息可能會丟失，且PCR過程中有一定概率會引入錯配堿基；2、想要得到準(zhǔn)確和長度較長的拼接結(jié)果，需要測序的覆蓋率較高，導(dǎo)致結(jié)果錯誤較多和成本增加。
第三代測序
以PacBio公司的SMRT單分子測序技術(shù)為代表。與前兩代相比，最大的特點就是單分子測序，測序過程無需進行PCR擴增，超長讀長，是二代測序技術(shù)的100倍以上。這種納米孔單分子測序儀還有另一大特點，它能夠直接讀取出甲基化的胞嘧啶，而不必像二代測序方法那樣需要事先對基因組進行bisulfite處理。這對于在基因組水平直接研究表觀遺傳相關(guān)現(xiàn)象有極大的幫助。
SMRT技術(shù)的測序速度很快，每秒約10個dNTP。但這么快的測序速度也帶來了一些明顯的缺點——測序錯誤率比較高（這幾乎是目前單分子測序技術(shù)的通病），可以達(dá)到10%-15%，而且以隨機的缺失序列和錯位居多。
總之三代測序設(shè)備在DNA 序列片段讀長上優(yōu)于二代設(shè)備，但在準(zhǔn)確度上較二代設(shè)備差，此外單樣本的測序成本一直居高不下。
第四代測序
以O(shè)xford Nanopore Technologies為代表的納米孔測序技術(shù)與其他測序技術(shù)不同的是，它基于電信號而不是光信號。經(jīng)歷了三個主要的技術(shù)革新：一、單分子DNA從納米孔通過；二、納米孔上的酶對于測序分子在單核苷酸精度的控制；三、單核苷酸的測序精度控制。
將在某一面上含有一對電極的特殊脂質(zhì)雙分子層置于一個微孔之上，該雙分子層中含有很多由α溶血素蛋白組成的納米孔（直徑2.6nm），只能容納一個核苷酸通過，并且每個納米孔會結(jié)合一個核酸外切酶。當(dāng)DNA模板進入孔道時，孔道中的核酸外切酶會“抓住”DNA分子，順序剪切掉穿過納米孔道的DNA堿基，每一個堿基通過納米孔時都會產(chǎn)生一個阻斷，根據(jù)阻斷電流的變化就能檢測出相應(yīng)堿基的種類，從而進行實時測序，最終得到DNA分子的序列。
Oxford Nanopore的特點是單分子測序，測序讀長長（超過150kb），測序速度快，測序數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，機器方便攜帶等，但其單芯片測序成本還是在幾百美金以上。