2017年全球基因测序技术进展及前景展望【组图】

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20 朱茜 • 2017-11-09 17:37:29  来源:前瞻产业研究院 E292G0

2017年全球基因测序技术发展历程

1977年,被后人誉为“基因组学之父”的英国生物化学家Sanger发明了酶测序法(桑格测序法),正式奠定了测序技术的理论基础;九年后,ABI公司基于桑格测序法推出了世界上第一台商用测序仪,自此测序技术进入飞速发展的时代。

根据原理的不同,测序技术的发展大致可划分为第一代测序、第二代测序、第三代测序、第四代测序4个历史阶段。目前第一代测序技术已经非常普及,几乎所有的测序公司都会配备第一代测序仪。虽然第一代测序技术这些年来不断完善,但测序基本原理未改发,因此在许多方面仍存在较大限制。

图表1:全球基因测序技术发展历程

全球基因测序技术发展历程

资料来源:前瞻产业研究院整理

全球第二代基因测序技术发展历程

国际上第一台相对成熟的第二代测序仪是454 Life Sciences 在2005年推出的基于焦磷酸测序法的454 GS 20;454 Life Sciences 后来被罗氏Roche收购,Roche在454 GS 20 的基础上又推出了升级版GS FLX。但由于第二代测序市场竞争的日趋激烈,以及新测序访求的陆续出现,如Illumina的可逆链终止测序技术,焦磷酸测序法逐步被淘汰。因此,2013年Roche宣布关闭454测序业务,并决定于2016年全面终止相关服务,自此454测序仪逐渐退出市场。

2007年,世界上第一个推出商用测序仪的ABI公司也开始进入第二代测序市场,推出基于连接测序法(SOLiD)的测序仪;2008年ABI和Invitrogen合并成立Life Technologies,后又收购了Ion Torrent,开始发展半导体测序,并先后推出了Ion PGM和Ion Proton系列测序仪,SOLiD逐步淡出市场。

Illumina在2006年通过收购Solexa推出Genome Analyer测序平台而进入第二代测序市场,此后近10年的时间里,Illumina测序业务的发展一骑绝尘,其中最成功的是2010年开始陆续推出癿HiSeq系列测序仪,迅速占领了市场,成为测序行业的龙头。

图表2:第二代测序技术发展历程

第二代测序技术发展历程

资料来源:前瞻产业研究院整理

全球第三代基因测序技术发展历程

目前最主要的第三代测序平台是Pacific Biosciences于2011年推出的基于单分子实时测序技术的PacBio RS测序仪和Oxford Nanopore Technologies于2012年发布的基于纳米孔测序技术的MinION测序仪;此外还有多种第三代测序方法处于研发阶段,包括基于FRET的实时DNA测序、基于电子显微镜的DNA合成实时摄像技术、基于扫描隧道显微镜的DNA合成实时摄像技术、基于半导体的DNA测序等。

虽然第三代测序技术目前还不成熟,技术上需要继续改进,尤其是测序准确率方面亟待提高(目前第三代测序技术最大的缺陷是测序准确率不高,均在90%以下),但由于其测序时长长、测序时间短、试剂消耗少、测序信息丰富、测序过程简单等优势明显,第三代测序技术替代空间非常大。

图表3:第三代测序技术发展历程

第三代测序技术发展历程

资料来源:前瞻产业研究院整理

全球基因测序技术前景展

总体来看,由于四代测序技术各有优缺点,应用的领域也不尽相同,因此第一代测序技术仍未被淘汰,目前的测序市场是三代测序技术并存的局面。

以高通量低成本为特征的二代测序技术为目前应用最广泛的测序技术,测序时间相较于一代技术大大降低,缺点是读长(测序时所有读段的平均DNA分子片段长度)较短。

第三代测序技术测序读长有了明显的提升,但准确率较低,而且测序通量也小于二代测序,第四代测序技术相比于第三代技术通量有所提高且准确率也有所上升,仪器更小,第三、四代测序技术目前主要用于科学研究,临床应用还需技术进一步的成熟。

图表4:第一、二、三、四代测序技术的对比

第一、二、三、四代测序技术的对比

资料来源:前瞻产业研究院整理

综上所述,由于二代测序仪在正确率、读长方面具有不可颠覆的优势,所以是短期内二代测序仪是主流。但从IVD的发展趋势看,理想的测序仪应该具备:低成本、高通量、高读长、高精确率的特性,因而,精确度更高、价格更便宜是诊断技术更新换代的确定性趋势,目前三四代测序价格有降低趋势,随着错误率问题的解决,将成为未来极有潜力的主流测序仪器。

根据前瞻产业研究院统计,三四代测序仪共进行了25次融资、累计金额约10.5亿美元,其中,Oxford Nanopore、Genia Corporation、Stratos Genomics的融资额均超过了3亿美元。

图表5:三四代测序仪领域近年投融资情况

三四代测序仪领域近年投融资情况

资料来源:前瞻产业研究院整理

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国第三方医学诊断行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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