治疗白癜风权威的医院 http://hunan.ifeng.com/a/20170705/5797804_0.shtml一、基因测序技术
地球上的生物是富有层次的生命系统，从个体以下水平的细胞，到组织、器官、系统，到生命个体，再由不同生命个体组成种群、群落，并与环境相互作用，形成生态系统和地球生物圈，构成了生命系统丰富的结构层次。
其中，DNA作为遗传物质，是遗传信息的承载者，在“DNA—RNA—蛋白质”的中心法则下，与外界环境共同决定了生命系统。DNA又称为脱氧核糖核酸，在空间结构上呈双螺旋结构，是由脱氧核糖和磷酸交替连接外列在外侧构成骨架，碱基排列在内侧，两条链上的碱基连接成碱基对。DNA正是通过四种碱基序列腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）的排列顺序携带遗传信息，在生物体遗传、变异和蛋白质合成中有重要作用，是生命密码。
DNA分子结构模式图
基因是由一段DNA构成的具有一定功能的基本遗传单位，一部分基因用于指导蛋白质合成；还有一部分非编码DNA并不编码蛋白质，而是用于基因表达调节。以人类为例，人类DNA约有30亿个碱基对，组成了2万-2.5万个基因，每个基因片段大小从数百个碱基到超过万个碱基不等。
RNA是另外一种核酸，分子结构与DNA很相似，也包含4种碱基，同样可以携带遗传信息。DNA上携带的遗传信息正是通过RNA传递给蛋白质的。
蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的大分子，是生命活动的主要承担者。自然界中的蛋白质有多达10^10-10^12种，参与组成生物体和细胞的各种结构，执行多种多样的功能，例如构成肌肉、羽毛、头发的结构蛋白、运输氧气的血红蛋白、用于信息传递调节生命活动的胰岛素、具有免疫功能的抗体、催化体内生化反应的酶等。
基因表达是将其所携带的遗传信息传递至蛋白质的过程，需要经过转录和翻译两大步骤，分别为DNA转录成RNA、RNA翻译成蛋白质。而在基因序列即遗传信息不变的情况下，蛋白质的表达却也不尽相同，这是因为机体可通过DNA甲基化、非编码基因、染色体重塑等多种方式对转录和翻译过程做出调控，从而调控基因表达的水平，这便是表观遗传学的研究范畴。
二、基因测序技术的发展历史
基因测序指通过测序设备分析生物样本（组织、细胞、血液样本等）的DNA碱基序列信息，并解读这些信息应用于生命调控机制研究、疾病发病机理研究、临床医学诊断、个体化用药指导等领域。
基因测序技术的发展历史，是效率、通量和成本的变革历史，促进了基因测序的普及，对生命科学和医学研究起到重大推动作用，也使得大规模商业化的应用变为可能。
基因测序的发展大致历经三个发展阶段：
1第一发展阶段
年Sanger发明了双脱氧核糖核酸链末端终止法。自上世纪90年代起，大量基因测序均采用半自动化毛细管电泳Sanger测序法。该测序方法的主要步骤和原理如下：
DNA片段扩增：将碎片化的DNA连接到质粒载体中，跟随质粒进行自我复制；循环测序：加入一定比例带有荧光标记的、可以用来中断DNA合成反应的反应物，DNA复制过程中在任一位置都有可能终止，经历大量循环合成后将形成长短不同的、带末端标记的DNA链；凝胶电泳：通过凝胶电泳，DNA链将根据长短次序依次排开，利用放射自显影各链末端的荧光标记，实现DNA序列读取。
Sanger测序流程图
该技术的突出优势是长读长及高准确性，一次读取DNA片段长度可达1,bp，准确率可到99.99%；但测序通量低，耗时长，成本高，因此应用范围有限。
目前该技术主要用于单基因病多外显子的测序或者少量基因多位点的检测，以及验证高通量测序中出现的阳性结果。
虽然其他测序技术有很大的通量，但基于Sanger原理的毛细管电泳测序仍是超高精度测序的金标准，目前其他新发展的测序技术结果都必须应用Sanger测序技术对其结果进行认证。因此，该测序技术尚未完全被取代。
2第二发展阶段
第二发展阶段的代表性测序技术主要是高通量测序技术，又称下一代测序技术，是目前也是未来较长时间内的主流基因测序技术。
高通量测序流程图
高通量测序技术的核心思想是边合成边测序，即通过捕捉新合成的末端的标记来确定DNA的序列。该测序方法的主要步骤和原理如下：
建库：DNA碎片化，并添加接头到DNA片段两端；桥式扩增并形成DNA簇：携带引物的DNA两端固定在测序芯片上，通过桥式PCR反应实现DNA扩增，以实现信号放大，DNA在各自的位置解链后形成DNA簇，该DNA簇内的DNA完全相同；边合成边测序：反应体系内的4种碱基用不同的荧光标记分别标记，DNA簇中的各DNA链同步复制，每延伸一个碱基读取一次信号，实现边合成边测序，且各DNA簇同时读取，实现高通量。高通量测序大幅降低了测序成本、缩短了测序时间，同时保持了较高的准确性，目前是基因测序主流技术，也是基因测序技术商业化应用普及的主要推动力。以人类基因组测序为例，高通量测序将一人份基因组测序的时间从数年缩短至一周，测序成本由上亿美金降低到数千美金甚至更低。
行业上游所涉及的高通量测序技术的技术平台主要由美国公司Illumina和ThermoFisher提供，其中Illumina凭借其超高通量和相对较长读长的优势，占有超过70%的市场份额。
3第三发展阶段
测序技术第三个发展阶段的代表性技术是单分子测序技术，主要依靠现代光学、高分子、纳米技术等手段来区分碱基信号差异的原理，直接在单分子水平读取序列信息，测序前无需进行PCR扩增，读长增加、数据分析难度降低，但准确率较低、技术待完善，目前作为补充满足科研机构的一些特殊研究需求。
近二十年来，基因测序技术得到了长足的发展，根本性地改变了生命科学及医学研究的方法与范畴，由以往局限于对宏观现象的描述到从微观分子等层面探究决定各类生物现象的科学机理，探寻生命系统的终极奥秘。从获知DNA所承载的遗传信息开始，确定基因和非编码DNA的功能，探明蛋白质的三维结构及其功能，探究DNA和蛋白质如何相互作用并和环境共同创造出复杂的生命系统；发现不同个体间的基因序列差异，并以此更好地帮助在个体水平上预测疾病风险、用药效果，开发疾病早期检测、诊断和治疗手段；超越个体水平，比较不同种属之间的基因组差异，比较种属间的基因异同。同时，不断开发基因研究和数据储存的新技术，以推动生命系统研究的发展。
三、基因测序产业发展情况
在第二代测序技术的推动下，基因测序的应用领域迅速拓宽，市场规模快速增长。根据BCCResearch，全球基因测序市场于年达到亿美元，预计未来几年依旧会保持快速增长，年将达到亿美元，-年复合增长率为18%；其中，基因测序服务市场规模将由年的55亿美元增长到年的亿美元，复合增长率为20.4%。
年，中国基因测序市场规模于达到12亿美元，预计年将达到29亿美元，复合增长率为19%；其中基因测序服务市场规模将于年的6.18亿美元增长到年的18亿美元，复合增长率为24.4%。
四、基因测序产业链
基因测序产业的上游为测序设备及其试剂生产商，主要竞争者为跨国企业，包括Illumina、ThermoFisher等。中游为测序服务提供商，主要包括华大基因、诺禾致源等。下游为应用场景，包括基础科研、临床应用及个人消费级产品。
基因测序产业链
中游企业通过搭建整合的测序平台为下游科研应用等提供测序技术服务，在产业链上主要承载如下功能：
通过强大而完善的实验操作技术及生物信息分析技术，使得标准化的测序仪器可广泛适用于不同物种、不同组织部位样本、不同形态（如保存方式、保存时间差异等）等场景，以及DNA、RNA、转录组、宏基因组、单细胞基因组、三维染色体等不同微观类型，并最终对序列信息作解读。基于自身的技术和平台的全面性优势与规模优势，在基础测序技术变革的基础上，进一步降低基因测序的成本、缩短测序周期，降低基因测序的门槛，成为基因测序技术在基础科研和商业化应用的大规模普及的重要推动力。进一步整合基因组学、蛋白质组学、代谢组学等技术，结合生物信息分析能力，以最新的技术和综合性解决方案，助力科学家探索前沿未知领域。下游应用包括科研、临床和个人消费三大类别。基础科研又可分为生命科学基础研究、医学及临床应用研究两方面，客户包括科研院所、药品研发企业、医院等。临床应用主要包括基因测序诊断试剂等医疗器械类产品，如NIPT产品、肿瘤基因检测试剂盒等。个人消费级产品尚处于初期发展阶段，有赖于生命科学基础研究的深入发展。
五、基因测序产业竞争情况
全球基因测序行业的市场规模巨大，随着基因测序相关技术的持续革新和应用领域的深入发展，行业竞争格局也在不断演化。基因测序的产业链上游为测序仪器、设备和试剂供应商，在二代测序领域，仪器与试剂主要由Illumina、ThermoFisher等国外厂商提供；中游为基因测序服务提供商；下游为使用者，包括医疗机构、科研机构、制药公司。诺禾致源主要面对来自基因测序服务提供商的竞争。
基因测序服务提供商根据客户类别的不同，主要分为两大类，一是面向基础研究的基因测序服务提供商；二是面向终端用户的临床、医疗类的基因检测服务提供商，服务内容以无创产前基因检测为主，还包括药物靶向治疗检测、遗传缺陷基因检测、肿瘤基因检测、病原微生物检测、疾病风险评估等。
第一类服务提供商包括国内的诺禾致源、百迈克以及韩国的Macrogen等，第二类服务提供商包括艾德生物、燃石医学、世和基因等。两种服务均有所涉及的公司包括华大基因、贝瑞基因、安诺优达等。
六、基因测序未来发展趋势
1二代测序技术在较长时间内仍将为主流技术
二代测序技术由于其通量大、精度高、价格相对低廉等优势，成为一种革命性的测序技术，打开了基因测序大规模商业化的市场空间，成为目前主流测序技术。由于单分子测序技术仍面临测序成本高和结果准确度相对较低的商业化瓶颈，而纳米孔检测技术尚处于理论阶段，因此二代测序在较长时间内仍将保持主流测序技术的地位。
2基因测序临床应用发展空间广阔
目前高通量测序技术的临床应用主要为NIPT、遗传病诊断、植入前胚胎遗传学诊断和肿瘤诊断与治疗四个专业方向。目前NIPT市场已较为成熟，市场正从NIPT向肿瘤、遗传病诊断、心脑血管等方面过渡。虽然基因测序在临床应用上的规模还不大，但是目前由于临床证据不断增加、患者和医生认可程度的不断加强、测序技术及生物信息分析技术的不断提高、行业逐步规范和标准不断完善，基因测序在临床应用方面增长迅速。
3测序服务规模效应强，未来将以集中化外包为主要模式
基因测序仪器平台价格昂贵、技术发展较快、运维成本高、通量大、操作专业的特点，使得基因测序的规模化效应较强，在测序量不饱和的情况下，购买设备和测序的成本都很高，科研机构、医疗机构等购买测序仪自行测序不具有经济性，因此将测序服务外包给第三方测序服务提供商系最优选择。
在这一模式下，测序服务行业将不断向中心化发展，呈现逐步集中的格局，大型测序服务商的业务市场占有率将不断攀升。
4数据分析能力决定基因测序企业核心竞争力
随着二代测序技术的数据产出量越来越大且越来越复杂，对测序结果的分析是目前基因测序行业最重要的环节。在数据分析过程中，首先需对测序仪器得出的原始序列文件进行质量剔除、序列匹配等一系列分析的基础工作，其后通过测序数据与数据库的对比，将原始数据转换为可读的基因及基因变异信息，再经过专业解读将基因信息转变为最终能被大众理解的医学知识，提供健康、医疗指导，不同环节涉及到计算机、生物、医学等多领域的复合性专业知识，需要较长时间的经验积累，体现了基因测序企业的核心竞争力。
5多组学研究技术是未来生命科学和医学研究的重要手段
生命系统是多组分互相联系的有机体，是高度复杂的庞大系统，单一组分、单一层次的研究无法满足复杂生物过程研究的需求，需要从多层次和多因素相互作用的全局性角度进行整合研究，才能完整地认识和揭示生命的复杂生理和病理活动。
美国国家研究理事会发布关于《迈向精准医学——构建生物医学研究的知识网络和新的疾病分类法》的战略研究报告，认为精准医学的核心内涵是将个体的临床信息和分子特征来构建一个涵盖个体的基因组、蛋白质组以及代谢组等各种分子数据与临床信息、社会行为和环境等不同层级、不同维度的数巨大的疾病知识网络，并通过该知识网络来支持精确诊断和个体化治疗。
随着基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等研究技术的进步，以及生物信息分析技术的发展，高通量的组学（Omics）技术应运而生。组学技术整合了基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等研究技术，为系统生物学提供了海量的实验数据和先进的技术方法，是系统生物学和精准医学研究发展的必要基础。
想要了解更多行业信息，请
