作為精準(zhǔn)醫(yī)療的重要環(huán)節(jié)，基因產(chǎn)業(yè)是我國(guó)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，因而備受國(guó)家和市場(chǎng)關(guān)注。許多大型的基因組項(xiàng)目都蓄勢(shì)待發(fā)，紛紛預(yù)示著2017年會(huì)是基因科學(xué)收獲頗豐的一年。

那么，什么是基因測(cè)序技術(shù)？剛剛過去的2016年在基因組學(xué)領(lǐng)域有哪些前沿技術(shù)進(jìn)展？基因測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用會(huì)帶來哪些改變？近日，由中國(guó)科技網(wǎng)獨(dú)家策劃的“科技創(chuàng)新百人談”系列報(bào)道，邀請(qǐng)到北京諾禾致源科技股份有限公司副總裁兼科技服務(wù)總經(jīng)理吳俊，讓我們一同揭開基因測(cè)序技術(shù)的神秘面紗。

吳俊，現(xiàn)任北京諾禾致源科技股份有限公司副總裁兼科技服務(wù)總經(jīng)理，曾就職于北京生命科學(xué)研究所，美國(guó)LC Sciences公司，擔(dān)任助理研究員。加入諾禾致源先后擔(dān)任信息分析主管、總監(jiān)、科技服務(wù)副總經(jīng)理；目前領(lǐng)導(dǎo)了諾禾致源基于高通量測(cè)序平臺(tái)科研技術(shù)服務(wù)，有團(tuán)隊(duì)九百余人，該業(yè)務(wù)已占國(guó)內(nèi)最大市場(chǎng)份額并在進(jìn)行海外拓展。以通訊作者以及第一作者身份在Nature子刊，Plant Cell， Nucleic Acids Research等國(guó)際頂尖雜志發(fā)表論文。

?行業(yè)觀察

基因測(cè)序技術(shù)加速生命科學(xué)研究

從1977年第一代DNA測(cè)序技術(shù)（Sanger法）發(fā)展至今三十多年時(shí)間，測(cè)序技術(shù)已取得了相當(dāng)大的發(fā)展，從第一代到第三代乃至第四代，測(cè)序讀長(zhǎng)從長(zhǎng)到短，再?gòu)亩痰介L(zhǎng)。測(cè)序技術(shù)的每一次變革，都對(duì)基因組學(xué)研究、疾病醫(yī)療研究、藥物研發(fā)、分子育種等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

“基因測(cè)序主要分三個(gè)步驟，先有樣本制備建庫，然后到測(cè)序，最后是基因組信息的分析解讀，按照業(yè)務(wù)流程來說是這樣?！眳强≡诮邮懿稍L時(shí)表示，雖然就當(dāng)前形勢(shì)來看，二代測(cè)序技術(shù)在全球測(cè)序市場(chǎng)上仍然占據(jù)絕對(duì)的市場(chǎng)份額，但以Pacbio為首的單分子測(cè)序技術(shù)在最近一兩年快速發(fā)展。目前，除了基因測(cè)序技術(shù)的日新月異，樣本制備及測(cè)序配套技術(shù)也在快速發(fā)展，如去年被廣泛關(guān)注的10X Genomics公司的Chromium建庫平臺(tái)。此外，基因組信息分析手段同樣受到廣泛關(guān)注，未來趨勢(shì)是逐漸與硬件加速，云計(jì)算及人工智能等交叉領(lǐng)域快速融合。

實(shí)際上，基因測(cè)序也在國(guó)際上得到高度重視。據(jù)美國(guó)知名生物技術(shù)網(wǎng)站enengnews.com預(yù)測(cè)，基因技術(shù)將大放異彩，對(duì)醫(yī)療、生命科學(xué)市場(chǎng)產(chǎn)生巨大影響。未來幾年，全世界很多有待解決的生命科學(xué)難題都有望基于基因技術(shù)去解決。

科技服務(wù)

諾禾致源做科研機(jī)構(gòu)與市場(chǎng)間的橋梁紐帶

記者了解到，諾禾致源注冊(cè)成立于2011年3月，最初以科技服務(wù)為主。2012年，諾禾致源開始拓展腫瘤基因檢測(cè)服務(wù)。發(fā)展至今，諾禾致源業(yè)務(wù)已經(jīng)覆蓋科技服務(wù)、腫瘤基因檢測(cè)及遺傳檢測(cè)三大領(lǐng)域。

“我們主要是做中間應(yīng)用環(huán)節(jié)，前期的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括后期對(duì)測(cè)序結(jié)果的解讀都由科研人員來決定?！眳强〗榻B，諾禾致源是一家從事科技服務(wù)的公司，一般從科研機(jī)構(gòu)拿到需求的樣本，進(jìn)行后期的測(cè)序和數(shù)據(jù)處理服務(wù)，提供給科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行最后的結(jié)果分析，再進(jìn)一步用于后續(xù)的研究和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。目前國(guó)內(nèi)基因測(cè)序科研客戶中每?jī)蓚€(gè)諾禾致源就占一個(gè)，而大部分的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科研人員都會(huì)用到諾禾致源的技術(shù)和方法。

科技服務(wù)型公司除了服務(wù)外，更重要的還有精確化的管理手段，吳俊告訴記者，諾禾致源一直致力于為科技服務(wù)型企業(yè)提供精細(xì)化的基因測(cè)序及管理服務(wù)，也只有這樣才能發(fā)揮好科研機(jī)構(gòu)與市場(chǎng)間的橋梁紐帶作用。

據(jù)吳俊介紹2014年和2016年，諾禾致源兩次購(gòu)買Illumina HiSeq X Ten。諾禾致源已經(jīng)是目前唯一一家擁有兩套HiSeq X Ten的公司，還擁有1臺(tái)HiSeq 4000、10臺(tái)HiSeq 2500／2000、4臺(tái)MiSeq、4臺(tái)NextSeq 500 和 5臺(tái)Life Ion Proton（DA8600）等最先進(jìn)的基因測(cè)序儀，建立了亞洲通量規(guī)模最大的基因測(cè)序平臺(tái)。2017年1月16日，諾禾致源宣布采購(gòu)10臺(tái)Sequel?系統(tǒng)用于全基因組測(cè)序，全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（Iso-Seq?）以及靶向測(cè)序服務(wù)。

精準(zhǔn)醫(yī)療

搭建國(guó)內(nèi)首個(gè)中國(guó)人群基因組數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

什么是基因組數(shù)據(jù)庫？自基因測(cè)序技術(shù)被發(fā)明以來，建設(shè)人類基因組數(shù)據(jù)庫一直是各國(guó)基因組研究中心的核心內(nèi)容之一，人類基因組數(shù)據(jù)庫包含了不同的基因?qū)?yīng)的疾病風(fēng)險(xiǎn)。

“Novo-Zhonghua Genomes 數(shù)據(jù)庫是諾禾自建數(shù)據(jù)庫，所有樣本均來自正常人群 ”。吳俊表示，目前諾禾正借此數(shù)據(jù)庫幫助客戶進(jìn)行變異信息（SNP/InDel）的頻率注釋。一些位點(diǎn)的突變可能在千人基因組中或在歐美人群中屬于低頻突變，但是對(duì)于中國(guó)人群來說卻是常見突變。Novo-Zhonghua Genomes能夠作為中國(guó)人群疾病研究的參考基因組，幫助科研人員更好地排除無害突變，圈定潛在的致病位點(diǎn)。

為什么要建中國(guó)人種的基因數(shù)據(jù)庫平臺(tái)？吳俊認(rèn)為，以現(xiàn)在日趨流行的個(gè)人基因測(cè)序?yàn)槔?，你只需提供唾液，基因測(cè)序公司便可以對(duì)你進(jìn)行基因測(cè)序，并給出可能患各種疾病的可能。這種判斷的準(zhǔn)確性，強(qiáng)烈依賴于基因組數(shù)據(jù)庫。但現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)科研和醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的數(shù)據(jù)庫均為國(guó)際通用數(shù)據(jù)庫，而這部分?jǐn)?shù)據(jù)的來源，大多是西方白種人。

還據(jù)介紹，諾禾致源的NovoGenolyzer平臺(tái)基于人種針對(duì)性數(shù)據(jù)庫和變異致病性分析，能夠依據(jù)基因型、表型等各方面的特異性，幫助科研工作者和臨床醫(yī)生研究及制定個(gè)性化的精準(zhǔn)醫(yī)療方案。

戰(zhàn)略布局

諾禾致源成為“全球最大測(cè)序服務(wù)中心”

2017年摩根年會(huì)Illumina公司發(fā)布了NovaSeq系列測(cè)序平臺(tái)，并表示該系統(tǒng)有望在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)100美元的基因組測(cè)序。NovaSeq是Illumina有史以來推出的最強(qiáng)大的測(cè)序儀，它將為對(duì)深度有極高要求的罕見基因變異檢測(cè)開啟全新市場(chǎng)，諾禾致源后續(xù)將戰(zhàn)略性引進(jìn)這一新平臺(tái)。

此外，吳俊表示，2017年諾禾致源將引進(jìn)10臺(tái) Pacbio Sequel三代測(cè)序系統(tǒng)，建設(shè)成為全球最大的測(cè)序服務(wù)中心。該技術(shù)將幫助科學(xué)家破解更復(fù)雜的基因組，得到更完美的基因組信息，使許多極富挑戰(zhàn)性的基因組學(xué)研究成為可能。

據(jù)吳俊介紹，諾禾致源未來除了基因組測(cè)序業(yè)務(wù)，也將開拓其他基因組研究領(lǐng)域。CRISPR/Cas9是第三代基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)，其成本低、制作簡(jiǎn)便、快捷高效的優(yōu)點(diǎn)，讓它迅速風(fēng)靡于世界各地的實(shí)驗(yàn)室，成為科研、醫(yī)療等領(lǐng)域的有效工具?；蚓庉嬙陂_發(fā)疾病治療方案和農(nóng)業(yè)分子育種中應(yīng)用的增加是其市場(chǎng)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一，2017年諾禾致源建了基因編輯業(yè)務(wù)線專注于這一新興市場(chǎng)。

截止目前，諾禾致源的專利數(shù)到達(dá)43項(xiàng)、與合作客戶共發(fā)表文章數(shù)達(dá)到240篇。對(duì)于整個(gè)基因測(cè)序行業(yè)來說，諾禾算是朝氣蓬勃，而對(duì)于一個(gè)快速發(fā)展的科技型服務(wù)公司而言，諾禾所從事的基因測(cè)序工作也將成為下一個(gè)風(fēng)口。

諾禾致源

諾禾致源創(chuàng)立于2011年3月，專注于開拓生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)在動(dòng)植物研究以及人類健康領(lǐng)域的應(yīng)用。公司總部位于北京，在天津和美國(guó)設(shè)有實(shí)驗(yàn)基地，并在香港，美國(guó)、英國(guó)和新加坡設(shè)有子公司或合資公司。諾禾致源英文名為Novogene，其中novo是拉丁語“新”的意思，同時(shí)這也來源于基因檢測(cè)里的de novo。為公司取名Novogene，創(chuàng)始人李瑞強(qiáng)希望在新的行業(yè)里做出創(chuàng)新。

吳俊

北京諾禾致源科技股份有限公司副總裁兼科技服務(wù)總經(jīng)理

吳總，2016年剛剛過去，在基因組學(xué)領(lǐng)域您所關(guān)注的前沿技術(shù)進(jìn)展有哪些？

基因技術(shù)按我們的業(yè)務(wù)流程來說，指從樣本制備，到建庫，再到測(cè)序，最后分析和解讀。諾禾致源2014年作為全球首批用戶引入了世界上最先進(jìn)的Illumina HiSeq X系統(tǒng)，一直在通過項(xiàng)目實(shí)踐優(yōu)化著各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)，積累了大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；2016年諾禾致源又購(gòu)入了第二套HiSeq X，用自身的優(yōu)勢(shì)積極的響應(yīng)著國(guó)家精準(zhǔn)醫(yī)療戰(zhàn)略。

2016年測(cè)序技術(shù)方面的話，整體的突破不是特別大；但像Pacbio公司的Sequel 平臺(tái)通量增加和成本降低，優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，10X genomics公司的Chromium增加單細(xì)胞應(yīng)用、在基因組拼接組裝軟件上作了更新，這些技術(shù)的升級(jí)我們都在關(guān)注，我們認(rèn)為測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步不斷地提高測(cè)序相關(guān)應(yīng)用的質(zhì)量和效率。而拿到測(cè)序結(jié)果后，怎么快速的處理數(shù)據(jù)結(jié)果，也是我們關(guān)注的問題。目前大家主要是希望通過一些硬件加速、算法來加速，諾禾致源2016年也與intel等公司展開了合作，并在數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面開展一些工作。

諾禾致源科技服務(wù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新精神體現(xiàn)在哪里？

我們是服務(wù)型公司，一般從老師那拿到樣本，進(jìn)行建庫測(cè)序和分析服務(wù)，我們?cè)偬峁┙o老師最后的分析結(jié)果。本身試驗(yàn)設(shè)計(jì)，后面老師對(duì)自己的結(jié)果解讀是他們作為科研人員要做事情，我們要做的事情是把建庫測(cè)序、數(shù)據(jù)分析服務(wù)做好、做高效，把技術(shù)指標(biāo)做的穩(wěn)定，所以我想我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于成體系、經(jīng)驗(yàn)豐富。

關(guān)于創(chuàng)新精神，一方面，我們?cè)谔貏e是基因組組裝實(shí)驗(yàn)和算法作一些創(chuàng)新，已經(jīng)擁有一些專利；一方面我們把有效創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為獲得市場(chǎng)成功的創(chuàng)新，比如2016年的全轉(zhuǎn)錄組產(chǎn)品，成功協(xié)助科研人員制定整體解決方案，也獲得了產(chǎn)品的市場(chǎng)。同時(shí)，我們相信那些能夠最有效使用新技術(shù)和產(chǎn)品的人才能獲得巨大的價(jià)值，在諾禾我們給有創(chuàng)新精神的人足夠的空間。

您和您的團(tuán)隊(duì)最突出的貢獻(xiàn)是什么？這為科研人員帶來了哪些便捷？

在中國(guó)做基因測(cè)序的大部分客戶都在與我們合作，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室這些科學(xué)家都會(huì)用到我們的技術(shù)和方法，這算是貢獻(xiàn)吧。具體來說，我們?cè)谧龅墓ぷ?，有很大一部分?span style="color:#007AAA;">優(yōu)化數(shù)據(jù)分析方法。諾禾致源開發(fā)了SOAPdenovo 和 Novoheter 組裝軟件，建成的組裝策略模型，為世界各地很多的科研工作者提供了便利。

我們?cè)?span style="color:#007AAA;">引入世界上新的技術(shù)上也作了一些貢獻(xiàn)。諾禾致源很早的引入了De novo ，目前已經(jīng)是De novo測(cè)序及組裝的全球領(lǐng)導(dǎo)者。我們?cè)趧?dòng)植物領(lǐng)域也第一個(gè)提出了泛基因概念的應(yīng)用。在植物方面，2014年9月，諾禾致源協(xié)助客戶發(fā)表了一篇在Nature Biotechnology上的關(guān)于大豆泛基因組的文章轟動(dòng)了大豆界，文章主要針對(duì)不同亞種/個(gè)體材料進(jìn)行文庫構(gòu)建及低深度測(cè)序，并進(jìn)行泛組裝，構(gòu)建泛基因組圖譜，獲得物種完整的遺傳信息。在動(dòng)物方面，2016年9月，諾禾致源與客戶合作對(duì)9只歐亞豬進(jìn)行基因組測(cè)序，文章見刊于Genome Research，數(shù)據(jù)分析方面首次基于個(gè)體進(jìn)行選擇消除分析的方法，解析了以單個(gè)個(gè)體為代表的品種特異性狀機(jī)制。

另外，我們?cè)?span style="color:#007AAA;">積累人種數(shù)據(jù)庫，我們也在參與一些人種隊(duì)列建設(shè)的工作。

諾禾致源搭建了國(guó)內(nèi)首個(gè)中國(guó)人種數(shù)據(jù)庫Novo-zhonghua，并結(jié)合權(quán)威遺傳分類學(xué)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了NovoGenolyzer疾病精準(zhǔn)解讀平臺(tái)，您能介紹一下這些工作的價(jià)值嗎？

Novo-Zhonghua Genomes是諾禾自建的數(shù)據(jù)庫，有些科學(xué)家愿意分享他們的數(shù)據(jù)，于是我們?cè)诜e攢數(shù)據(jù)，目前累積有上萬個(gè)樣本信息了。2016年中國(guó)提出了百萬自然人群隊(duì)列測(cè)序項(xiàng)目，我們也在積極的參與中，希望公司的參與能夠提高效率。目前正在運(yùn)用的位點(diǎn)的突變數(shù)據(jù)可能來源于千人基因組，可能在歐美人群中屬于低頻突變，但是可能對(duì)于中國(guó)人群來說卻是常見突變；Novo-Zhonghua Genomes能夠作為中國(guó)人群疾病研究的參考基因組，幫助科研人員更好地排除無害突變，圈定潛在的致病位點(diǎn)。

精準(zhǔn)醫(yī)療基于大樣本研究所獲得的疾病分子機(jī)制，且依據(jù)基因型等各方面的特異性，制定個(gè)性化的精準(zhǔn)預(yù)防、診斷和治療方案。諾禾致源NovoGenolyzer平臺(tái)便基于人種針對(duì)性數(shù)據(jù)庫和變異致病性分析，探索疾病分子遺傳機(jī)理，依據(jù)基因型、表型等各方面的特異性；利用大規(guī)模人群特異性的基因組數(shù)據(jù)和全面、嚴(yán)格的分析方法更高效、精準(zhǔn)地揭示人類基因組信息的相似與差異。

能介紹一下分子育種的意義嗎？測(cè)序公司在分子育種工作方面正在做什么工作？

分子設(shè)計(jì)育種是一項(xiàng)前瞻性、戰(zhàn)略性的研究，是生命科學(xué)前沿科學(xué)問題與育種實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合的一種手段；該技術(shù)綜合運(yùn)用分子生物學(xué)、基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等前沿生物學(xué)研究的最新成果，對(duì)控制農(nóng)業(yè)生物復(fù)雜性狀的重要基因及其等位變異進(jìn)行功能研究，從而能夠有效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性狀的定向改良。目前先進(jìn)的測(cè)序公司能夠用簡(jiǎn)化基因組的方式，低成本的輔助植物分子育種篩選。分子標(biāo)記檢測(cè)方面的技術(shù)諾禾致源也作在做研發(fā)；以后我們還希望能夠在表型方面做到自動(dòng)化，能夠通過表型和基因組進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

您提到了基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，而2016年，諾禾致源在美國(guó)建立了測(cè)序中心，在新加坡也建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以迅猛之勢(shì)進(jìn)行了國(guó)際化擴(kuò)張。諾禾致源在全球基因測(cè)序領(lǐng)域的定位和價(jià)值是什么？

北美目前是最大的NGS市場(chǎng)，而亞太地區(qū)是NGS發(fā)展速度最快的地區(qū)，中國(guó)測(cè)序市場(chǎng)的速度更是全球領(lǐng)先。很多產(chǎn)業(yè)是全球分工的，而基因測(cè)序儀世界能做的國(guó)家很少。諾禾致源正在擴(kuò)大規(guī)模和加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化，我希望可以在科研領(lǐng)域作為標(biāo)桿，引領(lǐng)基因測(cè)序服務(wù)。

2017年，基因組學(xué)領(lǐng)域還有哪些重要的事值得關(guān)注？

2017年摩根年會(huì)Illumina公司發(fā)布NovaSeq系列，應(yīng)該近幾年能夠?qū)崿F(xiàn)100美元的基因組測(cè)序。NovaSeq是Illumina有史以來推出的最強(qiáng)大的測(cè)序儀，它將為對(duì)深度有極高要求的罕見基因變異檢測(cè)開啟更高性能的全新市場(chǎng)。諾禾致源已經(jīng)確定引進(jìn)的Pacbio Sequel能更好的適用人全基因組測(cè)序，該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于超長(zhǎng)的測(cè)序讀長(zhǎng)、超高的準(zhǔn)確度、均一的覆蓋度、可直接檢測(cè)堿基修飾，檢測(cè)效率也提高了。

另外一項(xiàng)技術(shù)叫 CRISPR/Cas9，它是第三代“基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)”。其成本低、制作簡(jiǎn)便、快捷高效的優(yōu)點(diǎn)，讓它迅速風(fēng)靡于世界各地的實(shí)驗(yàn)室，成為科研、醫(yī)療等領(lǐng)域的有效工具。諾禾致源也針對(duì)該技術(shù)組織了新的業(yè)務(wù)線。隨著新應(yīng)用的發(fā)展以及相關(guān)項(xiàng)目的增加，這一市場(chǎng)在未來5年預(yù)計(jì)將持續(xù)快速增長(zhǎng)，而在開發(fā)疾病治療方案和農(nóng)業(yè)中應(yīng)用是其市場(chǎng)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一。