2023年02月04日 星期六
基因测序,跑步进入“人人时代”
第11版:封面报道 2022-11-21

基因测序,跑步进入“人人时代”

黄祺

因美纳基因测序系统。

2022年诺贝尔奖得主瑞典科学家斯万特·帕博。

1998年,于军教授为中国争取到“人类基因组计划”。

复旦大学附属华山医院院长毛颖在手术中。

因美纳大中华区高级市场产品经理刘方芳介绍新产品NovaSeq™ X Plus。

因美纳在上海建立中国生产制造基地。

南京江北新区科技投资集团负责人朱旨昂。

从当年科学家实验室里用来科研攻关,到如今应用于疾病诊断,基因测序技术迭代后的成本下降,是决定性的因素。

记者|黄祺

“1996年的某个深夜,我刚在床上睡下,电话就响了。那是我在慕尼黑大学动物学研究所实验室的研究生马蒂亚斯·克林斯打来的。他就说了一句话:‘那不是人类的’。”

“‘我马上过来’。我嘟囔着,套上衣服,开车穿过整座城市来到实验室。那天下午,马蒂亚斯启动了我们的DNA测序仪,放入他之前提取和扩增好的DNA,这些DNA取自收藏在伯恩莱茵博物馆的尼安德特人上的一小块肩胛骨……”

以上两段话,是《尼安德特人》第一章展现的第一幅画面。2022年诺贝尔奖宣布后,这本书突然热销,也有不少人从自己的书架上重新取出“奇书”回味。

文中深夜从床上爬起来的“我”,是作者、瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo),而他正是2022年诺贝尔生理学或医学奖获得者,获奖理由是“在已灭绝的人类基因组和人类进化方面的发现”。帕博从古代骨骼中提取并测序了第一个尼安德特人基因组,他和同事还在2010年3月证明了一种名为杰尼索瓦人(Denisovans)的未知人类物种的存在。

帕博是个瘦高个,腿长到无处安放,获奖后第一天上班,帕博警惕地左看右看,生怕受到“惊吓”,最终他还是被同事们扔进水池以示庆祝。

帕博的主要贡献是开创了一门全新的科学学科:古基因组学。这门学科通过分析比较现代人和已经灭绝的人类之间的基因差异,为探索人类的进化历史、研究人之所以为人奠定了科学基础。

一千多年前哲学家柏拉图提出三个终极问题:我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?如今,哲学拷问在科学层面上获得了部分答案。

和大家的想象不同,今年诺贝尔奖所借助的核心技术——基因测序并不“高冷”,它已经来到了我们身边。

如果家里有怀孕的准妈妈,医院会推荐孕妇接受产前基因筛查排除唐氏综合征等遗传性疾病;如果家里有癌症病人,医生会建议先做基因检测用来精准诊断或者寻求靶向治疗的机会;如果家族中某种疾病的患病风险比较高,那么市场上已经有多种通过基因检测进行疾病早筛的产品用来“预知”患病风险。这些都是基因测序技术的医学应用。

过去的30年,单个人类全基因组测序的成本从数亿美元下降到200美元,耗时从几年到一天之内。基因测序技术迭代的速度可能已经超过了人类现有的所有其他科技领域。技术迭代带来的费用下降,让基因检测迅速地深入与生命体有关的产业。

基因测序的广泛应用,才刚刚拉开帷幕。未来不仅在疾病诊断、疾病早筛领域,在动植物育种、生态环境保护等等面向未来的产业中,基因测序都将得到更多应用。

第五届进博会上,全球领先的基因测序企业因美纳以5天达成近30个意向签约与战略合作再次成为进博会明星,反映出基因检测产业在中国的火热氛围。

基因测序的“人人时代”,正在走来。

用三十年时间冲出实验室

触摸屏、流线型的机身、触碰式柜门开关、柜门透出紫蓝色的光……这不是某款概念汽车,也不是新一代冰箱,它是因美纳最新产品新一代测序系统NovaSeq™X Plus。

机器被摆放在第五届进博会因美纳展台的C位,每天围着机器咨询的观众络绎不绝,在首日的展出中,解码DNA、序祯达、诺禾致源、贝瑞基因、安诺优达、南京江北新区生物医药公共服务平台、诺辉健康成为首批签约用户。他们也是国内基因产业领域里的领军企业。

上海亮相的这台NovaSeq™X Plus新机,是目前因美纳在全球展示的四台新机之一,还有三台分别在美国和欧洲。新的系统突破了基因组学的极限,实现了更快、更高效、更可持续的测序,每年可以测序超过20000个标准人类基因组,测序通量是上一代测序仪的2.5倍。它不仅是功能强大,关键还实现了“傻瓜式”操作,对操作人员的要求大幅度降低。

基因测序新品首秀如此的轰动效应,反映出的是基因检测如今在全球医疗健康等产业中举足轻重的影响力——无论是肿瘤、遗传性疾病的诊断,还是靶向药物的开发,没有基因检测就是空谈。

当这一幕来到大家眼前时,很多人感到疑惑:过去的三十年到底发生了什么?基因测序为何成了人人热议的话题?没错,三十年前,基因测序深藏在科学家的实验室里,它用三十年时间冲出了实验室,来到你我身边。

时间回到1990年,宏大的“人类基因组计划”启动了,这个计划发动全世界的科研机构攻关,最终花费13年才完成对人体2.5万个基因的30亿个碱基对的测序。如今再看,那是基因测序的“农耕时代”,但却点燃了基因测序产业的火种。

1998年,中国基因组学奠基人于军教授在他的博士后导师、人类基因组计划的设计和领导者之一梅纳·欧森的全力支持下,回国促成了中国科学家参与“人类基因组计划”,承担了1%的测序任务,使中国成为参加该计划的六个国家之一,也为中国的基因组学的起步、发展和国际化奠定了基础。

接受《新民周刊》采访时,于军教授回顾了“人类基因组计划”的由来:“上世纪70年代,美国政府喊出向癌症开战的口号,但当时科学家对癌症与基因的关系知之甚少。十年后,细胞生物学和分子生物学逐渐成熟,第一代基因测序技术诞生,又过了十年,基因测序的规模化逐步实现,科学家们萌生了通过全基因组测序打开癌症治疗大门的想法。”

“人类基因组计划”来到中国后,于军教授和杨焕明、汪建等人共同发起并创立了中国科学院遗传研究所人类基因组研究中心。2003年后于军教授出任中国科学院北京基因组研究所创所副所长。“人类基因组计划”培养了中国基因测序第一代从业者,后来国内众多从事科研工作或是创业成立基因测序公司的领军人物,都是于军教授亲自培养的学生。

中国国内的基因测序、基因检测产业也在此时萌芽,后来诞生了华大制造、真迈生物等本土企业。

于军教授介绍,随着新一代测序技术NGS出现,美国在2014年推出了“精准医学计划”,后来又发展成“全民测序工程”,英国也启动了类似的全民基因组测序工程,目标人群数以百万计。这些测序工程的实施为精准医学研究和健康保障体系提供了空前的数据支撑。

“人类基因组计划”事实上推动了基因测序从科学家的实验室走向更广阔的舞台——疾病治疗与健康保障。2000年以后,美国的新药研发速度明显加快,新药上市达到高峰,这就与基因测序在药物研发上应用有关。目前制药企业的研发总投入已经攀升到两倍于联邦政府的总投入,成为实际的医药研发的主力军。

于军教授表示,接下来基因测序的大工程会更多地与医学关联,与大众的健康关联。

从当年科学家实验室里用来科研攻关,到如今应用于疾病诊断,基因测序技术迭代后的成本下降,是决定性的因素。

因美纳全球高级副总裁兼大中华区总经理李庆介绍,2001年以来,单位人类基因组DNA测序成本已经降低至原来十万分之一,从原来的1亿美元下降到2020年的不到600美元,如今已经进入200美元的水平。

故事再回到诺贝尔奖得主帕博。

2016年中国媒体记者曾到帕博位于德国的研究所采访,帕博的研究生斯隆当时介绍说:“如今大部分工作都是在计算机上完成的,就连测序工作也都交给机器了。”“它们才是真正的明星,大部分DNA数据都是由它们生产出来的。”

这位研究人员所指的机器,是因美纳早期的产品MiSeq和HiSeq。“MiSeq一次可以测出2000万个核苷酸顺序,HiSeq一次可以测出2亿个核苷酸顺序,这就大大降低了测序成本。”

因美纳公司也从为科学家提供产品,发展到为更广泛的医疗应用、疾病筛查应用提供产品。帕博获奖的消息公布时,李庆正在美国参加首届因美纳基因组学论坛,很多同行都在讨论帕博。“很荣幸诺贝尔奖获得者是因美纳的‘铁粉’。”李庆说。

医疗内涵被改写,纳入医保在路上

胶质瘤,一种最常见的脑内原发性肿瘤。胶质瘤的可怕很多人也许都听说过,患者如果被诊断为晚期胶质瘤,那么存活时间有限。多年来,胶质瘤治疗效果的进展不明显,科学上对这种恶性肿瘤的了解还太少。

复旦大学附属华山医院院长毛颖教授是脑部肿瘤专家,近年来他和团队发表多篇临床研究论文,借助基因测序技术试图更多地揭开包括胶质瘤在内的脑部肿瘤的秘密,为患者找到更好的治疗方法。毛颖教授团队与基因测序企业泛生子合作的一个研究项目,发现胶质瘤的多个分子靶标组合可以预测患者的预后。

谈起对基因检测技术的认识过程,毛颖教授先讲了一个小故事:“多年前一个会议上,我说:基因检测相当于科学算命,没什么用。那时别人都笑我。现在,我们医生在给病人做诊断的时候,基因检测已经是不可缺少的工具。”

比如胶质瘤诊断,“我会对病人说,你的分子病理诊断对我来说是至关重要的,我要借助基因检测的结果帮你做决策,需要放疗,还是用化疗,或者化疗里面用哪些药物,这完全取决于你的分子检测。”

毛颖教授介绍,不仅是诊断,基因检测确定的肿瘤分子分型,会直接影响到医生的手术策略。他认为,从基因层面而言,每一个肿瘤患者的病情都是不一样的,在基因检测应用之前,医生只能“千人一策”,但精准医疗希望实现“千人千策”,医生给每个病人的治疗方案都是不一样的,是优质化的诊疗方案。

基因检测在肿瘤诊断上的应用,走到了其他疾病的前面,特别是肺癌、乳腺癌等大癌种上,基于基因检测的分子分型已经比较成熟,如今肺癌、乳腺癌患者在诊断过程中基本都建议先做基因检测。在这些研究比较深入的癌种上,医药企业对相对应的靶向药物研发也非常积极,产品不断问世,让患者获得了更多的治疗机会。

如果从传染病的角度去看基因测序发挥的作用,那就更容易理解。

2003年非典疫情出现后,科学家们曾把衣原体、支原体、细菌、病毒等病原体作为怀疑对象,花了几个月时间才找出SARS病毒这一真凶。而十多年后的2020年,新冠疫情发生,依靠基因测序技术,不到一个月新冠病毒就被锁定,明确病原体后,全世界迅速开始研发核酸检测试剂、开展病毒溯源、研发疫苗和特效药。现在,如果某地发生疫情,我们不仅能通过流行病学调查追溯传染路径,还能通过基因测序清楚地根据毒株亚型找到传播链条。两次疫情,正好比照出基因测序技术的迅猛发展。

当然,一种技术要能够真正服务于患者或者普通人,除了技术本身的进步,还有很多障碍需要跨越。

毛颖教授认为,基于新一代基因测序技术的基因检测的普及仍然有一定的门槛。在他的专业范畴内,一个患者在基因检测上的费用,对于一些普通家庭而言是尚有负担。另外,他认为目前市场上企业提供给患者的基因检测服务不够精准,有的患者一次检测得到很多结果,但临床医生需要的只是其中的一部分,这也变相为患者增加了整体负担。他认为基因检测企业在患者做检测之前,应该向患者进行详细的解读,让患者明确地知道他需要做哪些检测,获得怎样的结果。

毛颖教授表示,在实现精准医疗的道路上有很多现实的问题需要解决。围绕疾病治疗有三种思维角度:一种是临床医生思维,医生希望精准获取每一个病人个体化的生物信息;一种是科学家思维,科学家希望建立一个模型去解决问题;还有一种是企业家思维,企业家看到的是一片蓝海,看到中国这么大的市场,这么多的病人需要做基因的精准检测。“我认为这三种思维应该都要围绕着一个目标来做,就是以患者为中心。

在中国,目前肿瘤的基因检测由第三方企业提供服务,医院由于没有开设这一医疗服务项目,所以无法在医院内完成。近年来,国内基因检测产业界呼吁,用LDT的方式减少临床应用障碍。所谓LDT,意思是“新一代测序”临床实验室自建项目。

除此之外,基因检测是否进入医保也是眼下被热议的话题。

此前有媒体报道,部分城市将肿瘤基因测序检测纳入医保。10月12日,国家医保局发布《对十三届全国人大五次会议第4221号建议的答复》,对肿瘤基因检测项目纳入医保给予正式回应。

在答复中,国家医保局称:有些地区已将部分基因检测项目纳入医保支付范围。对于“安全有效、费用适宜且收费标准明确”的基因检测项目,也将有望纳入医保。

国家医保局表示,目前,国家层面采取排除法规定了基本医疗保险不予支付费用和支付部分费用的医疗服务项目范围,未将基因检测相关的医疗服务排除在外。也就是说,基因检测项目纳入医保仍在医保体系规划范围内。

国家医保局还表示,下一步,将密切关注相关医疗技术的发展,在卫健部门加强行业管理的基础上,指导地方将安全有效、费用适宜且收费标准明确的基因检测项目按程序纳入当地医保支付范围,更好满足人民群众的需求。

技术在飞速进步、成本有望更大幅度地下降,如果再纳入医保,相信基因检测人人可及的时代,很快就要到来。

基因检测产业生态圈欣欣向荣

2022年11月9日,在举办第五届进博会的国家会展中心旁,一场基因行业盛会也正在举行。全球基因测序和芯片技术的领导者因美纳主办的第二届“NGS(新一代基因测序)行业峰会”,吸引了线上线下4万多人参与。本届峰会以“聚星芒·因你浩瀚”为主题,国内权威的基因组学领域学者、临床专家,生命科技领域创新企业代表、投资人,行业观察者等嘉宾,围绕行业发展的最热话题展开了讨论。

2010年后,测序设备的价格和测序本身的成本都迅速地下降,中国迎来基因检测创业热潮。十多年来,基因检测行业蒸蒸日上。

2005年,因美纳进入中国,带来了当时最先进的基因测序技术,因美纳也参与和见证了中国基因测序产业从无到有,从弱小到百花齐放的过程。

2011年,贝瑞基因与因美纳正式建立长期合作,推动无创产前检测产品应用。贝瑞基因成立于2010年5月,2017年在A股主板上市。作为国内基因检测行业的先创企业,贝瑞基因把无创DNA产前检测(NIPT)引入中国并成功实现商业化,迄今已经有超500万人次得到了由这家公司提供的无创产前诊断服务。这种技术借助于孕妇的外周血检测胎儿DNA,由此筛查胎儿是否存在染色体异常风险。

2015年,燃石医学与因美纳建立战略合作,2018年,燃石医学基于合作开发的产品获批成为中国首个NGS多基因肿瘤临床检测产品。2020年6月,燃石医学登陆美国纳斯达克,成为中国赴美上市的肿瘤NGS检测第一股。

贝瑞基因、燃石医学等基因检测企业,如今已经是中国基因检测行业中的标志性企业,在他们的带动下,一大批基因检测初创企业如雨后春笋般建立,并在各自的领域研发出具有竞争力的产品。比如以感染性疾病领域诊断产品为特色的杰毅生物,目前已经与北京协和医院、复旦大学附属华山医院、广州呼吸健康研究院等顶级医疗机构和科研单位建立了战略合作关系,在十多个临床方向开展全国多中心的临床研究,参与起草了相关产品的国家行业规范。

为了支持中国初创企业的成长,2021年11月,因美纳与红杉中国共同宣布红杉中国智能医疗基因组学孵化器(因美纳技术驱动)正式启动。

在基因测序能力上大力投入的不只企业,还有更大规模的产业平台。

第五届进博会首日,NovaSeq™ X Plus首批签约用户中有南京江北新区生物医药公共服务平台。南京江北新区科技投资集团有限公司(简称江北科投)副总经理朱旨昂向《新民周刊》记者介绍,江北科投围绕江北新区生命健康类和集成电路类这两个方向企业为主要投资目标,做好企业发展过程中的科技金融服务。

围绕生物医药产业的发展,江北科投布局一系列生命健康相关的科技平台,成立了以国资为引导的专项基金。“我们建成了亚洲最大的基因测序中心、行业排名首位的存储与超算中心、全球领先的质谱检测与分析中心、华东规模最大的临床前药物检测中心、国内首个位于自贸区的人类遗传区域创新中心及千万级自动化生物样本库、专业化的医学检验所等六大专业技术中心。由以上六大技术中心为引领,实现从样本的汇交,到数据的发掘,以及数据的演练,最终服务于新药创制和精准医疗产业的发展。”

朱旨昂说,作为国内生物医药大型产业平台,非常乐见因美纳推出更加先进的基因测序仪器。“在生命科学这个领域,必须要开放创新才能有所突破。我们非常愿意与国际最顶尖的科学家团队、最顶尖的设备企业合作,通过合作来创造更多的生物医药创新产品。”

“因美纳是一个提供底层基因测序工具的企业,我们的发展有赖于整个生态系统。”因美纳全球高级副总裁兼大中华区总经理李庆表示:因美纳与中国合作伙伴一起拥抱中国基因产业的黄金时代,中国市场也成为因美纳最重要的全球布局。

2021年,基因检测全球市场规模达157亿美元,中国市场占据全球市场份额的10.1%。在如此重要的市场上,因美纳不断增加投资和产业规划。2019年,全新因美纳大中华区总部落户上海漕河泾,同年在上海自由贸易区设立全新中国分拨中心;2022年8月,因美纳中国生产制造基地正式启用。

因美纳上海生产制造基地是因美纳全球第三个区域生产中心,未来五年将逐步实现高端基因测序仪及耗材全面本土化生产。项目一期总投资额近5000万元人民币,公司计划未来5年将投资超4.5亿元建设在华生产制造能力。

产业的繁荣必定会带来规模增长和成本的降低,产品研发也会受到激发,一个正向循环的生态正在形成。基因测序技术接下来一定会在促进人类健康和社会发展上发挥更加重要的作用。

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