中国智造让基因测序技术突破受制于人困境

中国科技网·深圳(记者刘传书)测序仪全球装机量已超过1100台，遍布16个国家及地区，用户超300家。5月9日，华大智造向媒体表示，以累计投入约50亿元研发经费，实现测序技术源头式专利布局，申请技术专利580余项，其中PCT专利80余项。成为中国唯一、全球仅三家能够自主研发并量产临床高通量基因测序仪的企业，让中国突破基因测序核心技术受制于人的困境。专家认为，中国企业的研发能力、国际化能力受到了认可，有助于中国生命科学和产业高端装备制造实现从跟踪到引领的跨越。

基因测序仪是基因测序产业的上游核心，也是基因检测、基因编辑、基因合成产业中的决定性设备。长久以来，基因测序上游技术被少数外国企业把持，并有着严密的专利保护。为打破垄断局面，华大智造通过技术引进与创新，采取不同的技术路线，成功开发了先进的DNBSEQTM测序技术。

据了解，DNBSEQTM测序技术主要包括：DNA单链环化和DNB制备、规则阵列芯片、DNB加载、cPAS、双端测序技术、碱基识别算法等。在DNBSEQTM测序技术中，仪器气液系统会先将DNA纳米球泵入到规则阵列芯片并加以固定，然后泵入测序模板及测序试剂，最终获得待测样本的碱基序列信息。目前，cPAS已经广泛被应用于华大智造开发的BGISEQ-500、BGISEQ-50、MGISEQ-200、MGISEQ-2000以及MGISEQ-T7等型号基因测序仪中。

值得一提的是，与其他现有的测序技术相比，DNBSEQTM测序技术结合了DNB的低错误积累和规则阵列芯片的高信号密度，能够提高检测的准确性并实现更高效的大规模并行测序。如在WGS/WES等具体应用中，该技术产出数据重复序列率低，可减少数据浪费。基于PCR-Free的建库方法，还具有更好的SNP和InDel准确性。此外，BGISEQ/MGISEQ系列测序平台的标签跳跃少，也可有效降低样本错误分配的“张冠李戴”问题。

另外，针对业内测序普遍读长较短的缺点，2018年华大智造还发布了新一代长片段建库技术——stLFR(单管无分隔长片段读取)。目前，基于该技术转化的试剂盒产品已正式上市。相比传统WGS文库和其他同类产品，stLFR文库仅需1ngDNA且无需预扩增即可获得高质量的全基因组测序文库，二倍体定相区块N50值可达10Mb，能够有效检出倒位、异位、删除等结构变异，实现常规手段无法实现的结构变异检测，并达到相同深度的常规全基因组测序文库表现的最佳水平。此外，该产品单管无分隔反应，无需微量移液设备或复杂微流控系统;其全部反应在磁珠上完成，易于高通量自动化建库，因此大幅降低了长片段文库构建的复杂程度和成本。

从最初收购美国CompleteGenomics公司获取核心技术，实现基因测序工具的自主可控，到真正拥有自己的核心专利，华大智造正逐步在基因测序产业上游打破外企的市场垄断。华大智造推出的MGISEQ-2000全面型基因测序仪在双芯片独立运行平台的基础上，可同时支持两种不同规格的芯片。其单次运行能够完成最大1080Gb的下机数据，在PE100读长模式下满负荷运行仅需48小时，一年的运行通量相当于1000个以上人全基因组数据量。与之同期发布的MGISEQ-200特点则更为方便灵活，在PE100读长模式下满负荷运行可产生60Gb的下机数据，仅需不到48小时，平均一天能完成24个肿瘤样本的快速检测。除此之外，他们研发的MGISEQ-T7还是目前全球日生产能力最强的基因测序仪，单日数据产量可达6Tb，PE150测序仅需24小时，且每Gb测序费用仅为5美元，这也是目前全球最低的测序成本。华大智造还联合中国中医科学院中药研究所研制并发布了中草药DNA条形码高通量基因测序一体机。该仪器是全球首创中草药基因测序智能鉴定仪，可精准、快速、简易、稳定鉴定中草药样品。这一举措也进一步激发了国内其他细分市场的产品定制需求。

在布局全系列测序仪产品的同时，华大智造还成功研发与之相匹配的测序试剂、材料、生化反应体系等一系列的核心技术，布局全系列产品。除stLFR建库试剂盒外，华大智造还自主开发了碱基识别算法Sub-pixelRegistration，使图像配准精确度达到了亚像素级别，大大提高了碱基识别的准确度。通过GPU加速的方法，在更高精度的算法条件下实现了200倍以上的加速。在提高识别准确率的同时实现了图像处理和碱基识别的实时化，数据处理速度处于领先水平。此外，华大智造还发明了荧光与碱基结合的新方法——用抗体作为媒介，进一步提高读长及测序的准确性。

业内人士表示，以华大智造为代表的中国企业在技术产品原创方面正在赶超行业巨头。在测序技术实现弯道超车后，再接再厉，依靠强大的研发团队成功开发与之配套的自动化设备及耗材。从技术受国外企业掣肘，到实现全系列产品布局，在测序仪等上游技术产品的研制生产上，中国企业开始崭露头角，实现了我国基因科技布局产业上游的突破。在未来的基因测序市场，将会有越来越多中国智造的基因测序技术和产品。同时，一个开放共赢的产业生态圈，将助力中国基因产业通过协同创新，更快进入全球市场，加速实现由参与、接轨、同步到引领的跨越发展。