抢滩NGS下一个主战场，太古语科技打造低微通量基因检测解决方案

2024-01-02 00:01

凭借高通量、大规模、并行测序、速度快等显著优势，第二代高通量测序技术（Next Generation Sequencing，NGS）已经成为全球主流的基因测序技术。

但NGS仍然存在开机成本高、数据处理难度大、操作复杂门槛高等痛难点，严重影响了基因测序的进一步推广和应用。“目前基因检测的主要应用场景被圈定在科研领域。要挖掘科研之外的更多应用方向，并提供有针对性的技术服务产品，必须兼顾好性能、需求和成本之间的平衡。”太古语科技创始人&CEO孙宇鹏说。

NGS的成本包括仪器、耗材、开机成本等。随着NGS的不断革新，测定全基因组数据的成本，也由原来动辄上亿美金，快速下降到1000美元以下。但依然不够。2023年JPM医疗大会上，基因测序龙头企业illumina预计NGS在肿瘤应用将在2027年达到780亿美元，2022年整体渗透率不足2%。按细分应用划分，肿瘤早筛和持续监测目前渗透率不足1%。

“另一方面来说，应用场景越多、越广泛能够使得基因检测捕获的数据丰度更高，从而反哺科研段，进一步使临床获益，形成闭环。因此，基因检测的应用场景不仅要从科研到临床，还要从中心化的医疗中心推广模式向更弥漫、更广阔的去中心化模式不断转化。低微通量的基因测序能够更快、更广触达更多场景。”孙宇鹏补充。

近年来， Illumina、华大智造、Element Biosciences等多家测序企业开始布局测序技术的低微通量市场，在以成本为核心的多因素驱动下，低微通量市场或有潜力成为NGS下一个主战场。

打破“不可能三角”，

开拓去中心化的增量市场

基因测序的费用以“超摩尔定律”的速度不断下降。National Human Genome Research Institute的数据显示，2001年，人类基因组测序成本高达9526.3万美元。近几年，基因测序的成本已经被降低至1000美元之下。不过，在1000美元这个成本区间已经徘徊多年，始终没能得到突破。

低成本基因测序有多重要？深度、质量、成本是基因测序中的三大核心要点，也是基因测序的“不可能三角”。深度越深，质量越高，就要付出越高昂的成本，研究成员或临床医生不得不因为成本问题瞻前顾后，对科研研究、临床诊断的市场渗透造成了极大的阻碍。

尤其是在临床板块，测序成本的下降对癌症早筛早诊、精准诊断、新药研发、个性化医疗等板块具有重要意义。比如，在癌症早筛市场，就已经有多位业内人士将“价格将至百元级”作为早筛产品大规模普及的重要条件。

“提高通量、降低开机成本、提高自动化程度是目前行业中普遍使用的降本方式，但这种方式无疑会提高市场集中度。在市场集中度的提高背后，往往就是拼运营成本、效率以及存量市场的竞争和搏杀。”孙宇鹏说。目前，基因测序企业多在中高通量领域布局，以提高单次通量来降低开机成本，从而降低基因检测的成本。然而，这种方法路径一是难度较高、操作难度大，需要专业的试验人员、生信分析人员等，二是对仪器、耗材、场地有极高的标准和要求，成本较高，因此应用模式会随着通量的提高而逐渐中心化，进一步来说，可能难以渗透到区县级等医疗机构。

去中心化缘何重要？从临床角度来说，高通量测序同样存在局限性，无法覆盖所有未知突变，而检出的未知突变可能给基层临床咨询带来难题，过度解读可能造成受检者不必要的担忧。从科研角度来说，渗透得越深入，收获的数据样本越丰富，就越容易从中提炼出疾病相关性等研究。“因此，通过降低基因检测的门槛，推动临床的普及和应用，让大家用得起、用得好、用得快，积累更多数据反哺科研，最终形成闭环来推动行业良性发展。”孙宇鹏说。

只有通过系统的创新才能打破“不可能三角”，并以低微通量开拓去中心化的存量市场。“以降本为核心思路，在仪器、耗材、芯片等各个方面做技术方案创新，从而降低基因检测的使用门槛，包括成本、技术人员、样本量或是场地等。”太古语科技CTO隋相坤博士说。

基于这样的思路，太古语打造出适合低微通量客户的三叶虫系列方案，解决市场需求与产品设计间“不可能三角”矛盾。通过三叶虫系列方案，较普遍的基因检测成本而言，在实现完全国产替代时，量产仪器成本降低1/2，SE100下的单G数据成本与芯片使用成本至少降低一半。

技术+产业核心团队加持，

以底层设计创新降本

“降低开机成本与操作门槛是打入去中心化的增量市场极其必要的一环。”孙宇鹏说。在以县域医疗机构为代表的去中心化市场，样本量不足以覆盖开机成本，高昂的开机成本促使开机率大幅降低，进而难以提高渗透率。面对这样的难题，太古语给出的解决方案是，通过降低通量、技术创新、产品重定义从而降低单次开机成本，实现小样本就地开机，从而提高渗透率，实现以去中心化为特征的小样本市场的装机数提升。

另外，测序仪市场应用场景广泛，从目前装机数量及增速看，中心实验室中高通量市场已经初现红海端倪，而更小的低微通量则较多应用在科研场景，存在以去中心化为核心特征的下沉市场需求，但目前尚无合适的产品和商业模式能有效触达。

目前，太古语已具备芯片、分子酶、合成生物化学、光学、硬件工程等测序所需要的5大自主研发平台，并通过减少试剂耗量降低芯片制造成本的底层设计，提高设备的试剂兼容性，有效触达下沉市场。

如何在降低成本的同时兼顾准确率和速率？在二代测序中，扩增阶段主要以桥式PCR扩增和DNB滚环扩增为主，但从技术来看，前者因环化问题造成Duplicate错误高，后者受限于在载量难以实现自动化，而自动化又是解决操作难度的关键。据隋相坤博士介绍，为了兼顾成本与效率，太古语打造了“Geneknot扩增方案”，结合“在载”和“环化”的双重优势，能够逐步实现接头模版扩增错误率低、扩增快速、样本进结果出。

“我们花了两年时间来搭建一套崭新、全面的、适应市场需求的解决方案，包括重新设计相匹配的一些表原化学技术、系统流体、仪器结构等硬件。目前我们的仪器能够兼容桥式扩增和滚环扩增两种不同的建库技术，用户可以根据需求进行自主选择。”隋相坤博士说。

同时，太古语科技还对于测序酶进行定向优化，设计研发了新的无疤痕测序方案，力求在实现较长读长的同时提高碱基准确率。

在这些解决方案的创新背后，是太古语科技围基因测序产业链八大方向组建起的核心团队。其中包括，日本三重大学病理学硕士、拥有医疗器械和IVD行业多年国内外市场合作经验的CEO孙宇鹏；中科院博士、在高通量测序研发领域研发与项目管理超10年、参与推出多台BGISeq-500、BGISeq-50、DNBSEQ-T7等多台测序仪研发的CTO隋相坤；以及担任光学负责人的中国地质大学副教授涂鑫等。此外，太古语科技还招募了多位海内外知名高校优秀人才，打造出一支极具技术和产业积淀的成熟系统化团队。目前，太古语科技研发团队硕博比达到75%，在分子及测序行业研发经验平均超过8年。

多模块专利布局，

新品Trilobite-100实现即开即用

目前，秉持着“精耕小设备，调优大设备”的理念，太古语科技针对不同场景的差异化需求打造了不同的配套解决方案，包括三叶虫系列中低通量测序仪、适合 CDMO的中高通量“鹦鹉螺”系列等。据隋相坤博士介绍，目前太古语正在全力推进三叶虫系列的市场化进程。

近期，针对区域分散、样本量小、操作人员基础差的县域医疗领域，太古语科技推出首款自主研发的产品低通量三叶虫Trilobite-100。Trilobite-100测序通量为1G-4G，支持环状和线性两种文库类型，Q30达到90%（SE50），错误率小于0.15%，基因测序程序流程仅需24小时。

同时，Trilobite-100还能够在成本端实现就地测序，即开即用。成本相较于常规二代测序流程大幅下降。