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Nature:中国对测序的押宝

摘要 : 六年前,中国成为了DNA测序的全球领袖——当时都归功于一家企业,华大基因(BGI)。

 六年前,中国成为了DNA测序的全球领袖——当时都归功于一家企业,华大基因(BGI)。在那时,这家位于深圳的公司刚采购了128台全世界最快的基因测序仪,据称拥有全世界DNA解码能力的一半以上。华大基因组织了一支初出茅庐的青年生物信息学家大军,与全世界顶尖研究人员合作,发表了从远古人类到大熊猫等各种生物的基因测序结果。这家公司迅速得到了基因组暴力测序工厂的名声;一些人认为他们的成就更多来自蛮力,而不是智力。

六年后的今天,情况已经大不一样。华大基因最著名的科学家和富有远见的领袖王俊在去年七月离职。曾经赋予了这家公司称霸市场能力的机器都已经过时。而华大基因尝试开发自己的工业级全基因组测序仪在去年十一月遇到了障碍,使其不得不裁掉美国子公司的员工。与此同时,他们的竞争对手——Illumina公司的X系列——销售紧俏,提高了测序的速度,在全球范围内降低了测序价格。

华大基因的竞争对手开始出现,纷纷装备着最新的测序仪。其中最突出的一家是位于北京的诺禾致源,由华大基因的前副总裁李瑞强在2011年成立。虽然华大基因或许已经失去了曾经无可争议的统治地位,但它仍然宣称拥有世界最强大的测序能力,以及远大的科学抱负——包括为一百万个人、一百万种动植物和一百万个微生物生态系统的基因组测序。今天,中国作为一个范围更广的测序大国正在经历复兴。

推进这一切的,是中国在今年三月公布的一个为期十五年的精准医疗计划,这一计划预算高达数十亿美元,足以匹敌美国的同类计划。如果这些努力达成目标,医生们便可有望根据患者的基因组和生理机能,选择对其病症最有效的治疗。现在,测序公司的目标就是把丰富的基因组数据转化成医疗优势。

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测序巨头BGI在深圳的科学家正在寻求把他们的遗传专业知识应用于医学。

为了实现这一目标,只有测序数据是不够的。因此,许多中国企业正在超越暴力测序,进一步探究生活方式因素,比如饮食在理解疾病风险和寻找治疗方法中的重要作用。“中国的特点在于,他们对精准医疗项目的雄心比美国大几个数量级。” 明码生物科技公司的首席运营官和联合创始人汉尼斯•斯马拉松(Hannes Smárason)说。这是一家位于马萨诸塞州剑桥市的基因组学公司,是总部位于上海的药明康德公司的一部分。“他们生机勃勃,而且接受能力很强。在那里,将基因组学研究和医疗卫生结合起来的想法非常现实。”

机器的崛起

基因测序背后的新动力在很大程度上来自一台仪器:Illumina公司的HiSeq X Ten,取这个名字是因为它一般是以一套十台的形式出售的。在2014年出现在市场上时,一套十台仪器可以用近1000美元测序一份人类基因组,每年可完成约18000份人类基因组测序。想要成为华大基因竞争者的公司们看到了机遇,并且抓住了它。

诺禾致源是第一家抓住机遇的公司。追随华大基因的模式,李瑞强已经打造了一支由许多生物信息学家组成的大型团队来产出和分析测序数据, 作为涉及仰鼻猴(Rhinopithecus roxellana)、棉花(Gossypium hirsutum)和其它动植物的基础研究合作项目的一部分。其他几家企业也使用了同一种仪器,包括位于上海的药明康德和云健康,它们将力量更多地集中在了为制药或私人基因组学公司提供测序服务上。

增长越来越快。诺禾致源在四月购置了第二套X Ten,而云健康的总裁金刚表示他们公司会在今年再购置两套X Ten。到今年底,中国可能将会拥有至少7套设备(截至去年底,Illumina表示它们一共销售了30套设备)。

华大基因也一直在试图跟上步伐。2013年,华大基因收购了位于加利福尼亚州山景城的Complete Genomics公司,试图生产出属于自己的先进测序仪器,用于自用和外销。去年六月,公司发布了名为Revolocity的测序系统,试图匹敌HiSeq X,但在同年十一月突然暂停了销售,仅仅接受过三个订单。现在,华大基因还拥有128台落后的Illumina HiSeq 2000仪器,和一个测序设备大杂烩——来自多家公司的新一些的测序设备,包括自家生产的设备。

如今中国占全世界测序能力的比重大约在20%至30%之间——依旧低于华大基因的顶峰时期,但预计将会快速提升。DNAnexus公司的总裁理查德•达利(Richard Daly)说:“世界各地的测序能力都在快速上升,但是中国比其他任何地方都上升得更快。” DNAnexus公司位于山景城,为大型基因组学提供云平台。

华大基因的秘密武器是另一台仪器。BGISEQ-500是一台更偏向实验室使用的台式设备。它同样基于Complete Genomics的技术,并计划于今年开始送货。华大基因的新任全球研究主管何亦武表示,这一系统能以1000美元的价格完成一份人类基因组测序,与此同时,由于体型更小、操作更灵活,它还能满足中国日渐凸显的医疗测序需求。何亦武说:“在未来,会有更多的测序工作在研究机构之外,在医院里完成。”他大胆预测,在未来几年内,华大基因会将一份人类基因组测序的价格降至200美元。“在生物医学研究方面,中国是最激动人心的地方。”

全体基因组

精准医疗计划的发布在中国的基因测序巨头们中掀起了一波兴奋的浪潮。这笔资金会被用在改进技术,改进测序,以及分享并分析超过一百万份人类基因组上,还会被用于根据数据开发药物和诊断方法,利用这些新发现实现个性化医疗上。医院和临床医生们也想分得一杯羹,他们与基因测序公司联手,共同提出项目方案。

一百万份人类基因组的任务会被拆散在一系列研究中,其中包括每组50000人,分别都患有代谢性疾病、乳腺癌、胃癌或其他病症的多个分组。研究中还会有代表中国北方、中部和南方的不同分组,“以分析各个亚族群的不同基因背景。”李瑞强说。

类似的项目在其他地区也存在,包括英国的一个正在测序十万份基因组的项目,还有美国的一个拥有2.15亿美元预算,旨在覆盖一百万份基因组的项目。但观察者称,中国仍会占据一些优势,其中之一无疑是政府的坚定支持和投入。在未来的五年中,中国政府已经承诺在国家医疗保险药品目录中增加几种精准药物和分子诊断产品,以保证如果公司研发出了这样的产品,能够收回研究成本。在美国,拥有新产品的生物技术公司们需要费很大劲说服保险公司或政府为这些药买单。达利说:“中国对基因测序接受程度更高,而且有更强的投资意愿。”

今年九月,华大基因将开始运营中国国家基因库(China National Genebank),一个位于深圳占地5公顷的机构,将会存放数以百万计来自人类,动物,植物和微生物的样本。中央政府委托华大基因管理这一基因库,并将向世界各地的研究者们开放一些样本和数据。现在,公司正在汇集属于自己的一百万份人类基因组数据库,这在一定程度上会与国家项目有所重叠。何亦武预测,华大基因会在所有人之前达成这一目标。他说:“我们能更快做到,因为我们与政府、医院和大学的合作,因为我们动作比大型科研联盟更快,在一定程度上也因为我们拥有属于自己的基因测序仪。这是一个巨大的优势。”

但想要理解这一百万份人类基因组却是一个重大挑战,王俊表示。在离开华大基因后,他在深圳成立了一家名为碳云智能的公司。王俊说作为起步,碳云智能将会收集超过一百万人的基因测序数据以及其他生物信息,包括蛋白质和代谢物水平的变化,脑成像,检测血糖水平等数据的生物传感器,甚至使用智能马桶来完成对尿液和粪便的实时监控。王俊将此称之为“数字化的你”。王俊计划使用人工智能将所有数据整合起来,他的终极目标是提供适应每个人基因和生理状态的医疗保健。不到一年内,王俊已经吸引了超过1亿美元的投资,包括来在总部设在深圳的腾讯公司的一大笔资金。腾讯是社交应用“微信”背后的公司,王俊称,微信会帮助碳云智能打造数据收集平台。

中国已经在开拓利用基因组学造福健康的其他方法了。今年三月,华大基因庆祝了它们第一百万例无创产前基因检测(NIFTY)的完成:通过对母亲血液中游离的胎儿DNA进行测序筛查,来检查胚胎是否存在诸如唐氏综合征之类的染色体异常。中国从独生子女向二孩政策的转变预计将加速人们对这类检查的需求。癌症基因学研究也正在进行中。去年,云健康为一百多家中国基因公司提供了来自约15000份肿瘤样本的基因组数据,以协助诊断,确保患者得到正确的化疗药物。各种昂贵的基因组测试的市场正在与这个国家的中产阶级一同增长。达利说:“现在,中国已经有1亿人的年收入超过五万美元了。”

对王俊来说,只做基因测序已经过时了。“基因组学很重要,但是它只是大局的一部分”,他说。“所有的复杂性征;所有的神经退行性疾病,癌症和糖尿病——都不仅限于基因组。如果我们只谈基因组,只谈大数据而不谈临床信息,那是远远不够的。”

原文链接:

China’s bid to be a DNA superpower

原文摘要:

Six years ago, China became the global leader in DNA sequencing — and it was all down to one company, BGI. The Shenzen-based firm had just purchased 128 of the world's fastest sequencing machines and was said to have more than half the world's capacity for decoding DNA. It was assembling an army of upstart young bioinformaticians, collaborating with leading researchers worldwide and publishing the sequences of creatures ranging from ancient humans to the giant panda. The firm was quickly gaining a reputation as a brute-force genome factory — more brawn than brains, said some.

来源: Nature 浏览次数:1

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