作為精準(zhǔn)醫(yī)療的重要環(huán)節(jié)，基因產(chǎn)業(yè)是我國“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，因而備受國家和市場關(guān)注。許多大型的基因組項(xiàng)目都蓄勢待發(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？基因測序技術(shù)的應(yīng)用會(huì)帶來哪些改變？近日，由中國科技網(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)已占國內(nèi)最大市場份額并在進(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等國際頂尖雜志發(fā)表論文。

?行業(yè)觀察

基因測序技術(shù)加速生命科學(xué)研究

從1977年第一代DNA測序技術(shù)（Sanger法）發(fā)展至今三十多年時(shí)間，測序技術(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，測序讀長從長到短，再從短到長。測序技術(shù)的每一次變革，都對基因組學(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。

“基因測序主要分三個(gè)步驟，先有樣本制備建庫，然后到測序，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)前形勢來看，二代測序技術(shù)在全球測序市場上仍然占據(jù)絕對的市場份額，但以Pacbio為首的單分子測序技術(shù)在最近一兩年快速發(fā)展。目前，除了基因測序技術(shù)的日新月異，樣本制備及測序配套技術(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，基因測序也在國際上得到高度重視。據(jù)美國知名生物技術(shù)網(wǎng)站enengnews.com預(yù)測，基因技術(shù)將大放異彩，對醫(yī)療、生命科學(xué)市場產(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)與市場間的橋梁紐帶

記者了解到，諾禾致源注冊成立于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)、腫瘤基因檢測及遺傳檢測三大領(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)，包括后期對測序結(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。目前國內(nèi)基因測序科研客戶中每兩個(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)的基因測序儀，建立了亞洲通量規(guī)模最大的基因測序平臺(tái)。2017年1月16日，諾禾致源宣布采購10臺(tái)Sequel?系統(tǒng)用于全基因組測序，全長轉(zhuǎn)錄組測序（Iso-Seq?）以及靶向測序服務(wù)。

精準(zhǔn)醫(yī)療

搭建國內(nèi)首個(gè)中國人群基因組數(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，但是對于中國人群來說卻是常見突變。Novo-Zhonghua Genomes能夠作為中國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)人基因測序?yàn)槔阒恍杼峁┩僖?，基因測序公司便可以對你進(jìn)行基因測序，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，國內(nèi)科研和醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的數(shù)據(jù)庫均為國際通用數(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“全球最大測序服務(wù)中心”

2017年摩根年會(huì)Illumina公司發(fā)布了NovaSeq系列測序平臺(tái)，并表示該系統(tǒng)有望在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)100美元的基因組測序。NovaSeq是Illumina有史以來推出的最強(qiáng)大的測序儀，它將為對深度有極高要求的罕見基因變異檢測開啟全新市場，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三代測序系統(tǒng)，建設(shè)成為全球最大的測序服務(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。基因編輯在開發(fā)疾病治療方案和農(nóng)業(yè)分子育種中應(yīng)用的增加是其市場增長的驅(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。

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。對于整個(gè)基因測序行業(yè)來說，諾禾算是朝氣蓬勃，而對于一個(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，在天津和美國設(shè)有實(shí)驗(yàn)基地，并在香港，美國、英國和新加坡設(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年諾禾致源又購入了第二套HiSeq X，用自身的優(yōu)勢積極的響應(yīng)著國家精準(zhǔn)醫(yī)療戰(zhàn)略。

2016年測序技術(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)的升級我們都在關(guān)注，我們認(rèn)為測序技術(shù)的進(jìn)步不斷地提高測序相關(guān)應(yīng)用的質(zhì)量和效率。而拿到測序結(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)行建庫測序和分析服務(wù)，我們再提供給老師最后的分析結(jié)果。本身試驗(yàn)設(shè)計(jì)，后面老師對自己的結(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)勢在于成體系、經(jīng)驗(yàn)豐富。

關(guān)于創(chuàng)新精神，一方面，我們在特別是基因組組裝實(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。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？

在中國做基因測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，我們在做的工作，有很大一部分是優(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。

我們在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測序及組裝的全球領(lǐng)導(dǎo)者。我們在動(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，文章主要針對不同亞種/個(gè)體材料進(jìn)行文庫構(gòu)建及低深度測序，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9只歐亞豬進(jìn)行基因組測序，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，我們在積累人種數(shù)據(jù)庫，我們也在參與一些人種隊(duì)列建設(shè)的工作。

諾禾致源搭建了國內(nèi)首個(gè)中國人種數(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)，于是我們在積攢數(shù)據(jù)，目前累積有上萬個(gè)樣本信息了。2016年中國提出了百萬自然人群隊(duì)列測序項(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，但是可能對于中國人群來說卻是常見突變；Novo-Zhonghua Genomes能夠作為中國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)的測序公司能夠用簡化基因組的方式，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。

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

北美目前是最大的NGS市場，而亞太地區(qū)是NGS發(fā)展速度最快的地區(qū)，中國測序市場的速度更是全球領(lǐng)先。很多產(chǎn)業(yè)是全球分工的，而基因測序儀世界能做的國家很少。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美元的基因組測序。NovaSeq是Illumina有史以來推出的最強(qiáng)大的測序儀，它將為對深度有極高要求的罕見基因變異檢測開啟更高性能的全新市場。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序，該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于超長的測序讀長、超高的準(zhǔn)確度、均一的覆蓋度、可直接檢測堿基修飾，檢測效率也提高了。

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，這一市場在未來5年預(yù)計(jì)將持續(xù)快速增長，而在開發(fā)疾病治療方案和農(nóng)業(yè)中應(yīng)用是其市場增長的驅(qū)動(dòng)力之一。