一二三四代測序如何分類。本文揭曉答案

　　作為生命科學及醫療產業“皇冠上的明珠”，基因測序儀的重要性不言而喻，其廣泛運用于與健康相關的各類場景中，如孕產前篩查及遺傳病檢測、病原微生物診斷及溯源、腫瘤防治等領域都有廣闊的應用場景，極大地助力了全民健康。

　　隨著測序技術的不斷變革，基于不同技術原理的測序技術也脫穎而出，孰強孰弱成為了行業熱議的話題之一。

5G比4G強？但測序技術可不能這么比

　　這其中，有一些人將基因測序技術劃分為區隔明顯的四代：

　　第一代測序，雙脫氧末端測序（Sanger法）；第二代測序，高通量測序技術（NGS）；第三代測序，主要原理為單分子熒光測序，以PacBio公司為代表；第四代測序，主要原理為單分子納米孔測序，主要以Oxford Nanopore為代表。

　　在這種劃分之下，很容易讓人聯想到通信技術上。在通信領域，人們直觀感受到4G比3G好，5G比4G強。如果將這種認知代入到基因測序上，就會產生四代測序技術比二代、三代測序技術強的錯覺。

　　對此，有業內人士表示，“通信領域的這一套認知，在基因測序行業并不適用，測序只有技術原理和適用場景的不同。那些刻意去強調第三四代測序的，多是新入局的選手，基本上有融資壓力，不排除刻意以代際之分來吸引資本的注意。”

　　就目前而言，應用最廣的還是利用大規模并行測序技術（Massive Parallel Sequencing）的NGS。在NGS領域，歷史上不同技術路線和背后的商業公司有很多，既有現在的領頭羊Illumina、我國測序界龍頭MGI華大智造，也有如流星閃過的Roche 454和ABI SOLiD。

　　該業內人士進一步指出，將一二三四這樣的代際稱謂強加到不同測序技術上，其實問題比較大，還不如直接按照一般學術名稱來分類。如把幾十到幾百讀長的測序技術歸于短讀長測序（Short Read Sequencing，SRS），把能測上KB級甚至MB級的測序技術歸為長讀長測序（Long Read Sequencing，LRS）。

　　“舉個例子，長短讀長兩個測序技術路徑就好像打靶：長讀長模式下，好比在1000米的距離按照直線布置10個靶子，用狙擊槍一槍解決10個靶子不成問題，但是萬一這10個靶子不在一條直線上，那就會出現錯誤；短讀長模式，好比在100米的距離上也布置了10個靶子，不過是橫向布置的，用沖鋒槍突突突來他一個彈夾（甚至是一群人同時進行），也是射擊了1000米，也照樣都中靶。”

應用場景為王 長短測序技術組合是常態

　　自測序技術誕生以來，各家測序企業和客戶都在不斷追求更高的質量、更快的速度和更低的價格。這在推動著行業保持長久的生命力的同時，也給不同技術原理的測序企業帶來了不小的挑戰。而在具體的應用中，客戶一般會利用各個技術的優勢進行組合運用。

　　如近期中國水產科學研究院黃海水產研究所（下簡稱“黃海水產研究所”）海水養殖生物育種與可持續產出全國重點實驗室在南極磷蝦超大基因組組裝、極端環境適應和群體歷史演化研究方面取得突破性進展，并將相關成果于3月2日發表在國際頂級期刊CELL（《細胞》）。

　　據悉，黃海水產研究所在研究中既使用了PacBio的長讀長測序技術，也使用了MGI華大智造的短讀長測序技術。此前，在De novo測序領域，也普遍采用NGS+Sanger測序的方式來組裝基因組。

　　反觀PacBio此前尋求的是專屬應用場景的探索，比如說在高GC區域、大的SNV測序、De novo測序等方面的市場開拓就比較艱難，這是因為這種應用場景是偏少的，并不能夠占據主流，且還面臨著要跟NGS搭配分走一杯羹。

應用邊界不斷拓寬 NGS仍然充滿想象

　　不難發現，在各項單一應用和組合應用中，NGS技術的出鏡率最高，仍屬于目前的絕對主流。這一點在營收上也有所體現：

　　從2022年全年的營收上來看，ONT不到2億英鎊（還有5000萬的新冠應用）的總營收確實離稱王制霸差點距離；成立了快20年的PacBio，其營收也只能占不到Illumina 1/30。

　　那么NGS技術是如何牢牢占據各個應用場景，稱王稱霸呢？

　　首先是成本。自2007年開始，測序成本在NGS技術的帶領下，開始以超摩爾定律的速度下降。這其中，就不得不提國內的MGI華大智造。2023年華大智造DNBSEQ-T20x2發布，這代表了目前NGS對成本追求的極致水平，成功將人類基因組測序技術壓到了100美元以下。

　　其次是NGS的應用邊界仍在不斷拓寬。僅在人類健康領域，從無創產前篩查、單基因遺傳病篩查、腫瘤早篩、用藥檢測、藥物基因組學、mNGS等等，每一個領域NGS目前都成為了主流。

　　在疾病防控領域，最為知名的一戰恐怕是COVID-19的基因組測序，在2019年12月COVID-19的基因組就是用華大智造DNBSEQ-T7完成，這是來自NGS；分子育種領域，國內的龍頭企業影子基因和博瑞迪的研究工作均在DNBSEQ-T7上完成，也是來自NGS；登上CNS（Cell，Nature，Science）贏得大滿貫的華大時空組學Stereo-seq技術，同樣來自NGS；在科研、臨床應用火的一塌糊涂的Olink蛋白組學技術，還是以NGS技術為基礎。

　　最后，NGS技術仍在不斷演進。時至今日，NGS企業仍然在不斷優化、創新技術，試圖在測序速度、成本和精度上將NGS技術推向新的高度。如在測序速度上，華大智造的DNBSEQ-G99，在SE50的測序模式下僅需3小時即可完成測序工作，這對mNGS之類的時間敏感型應用場景來說可謂至關重要。

　　相比之下，相對偏狹的應用場景在制約著長讀長測序技術的發展，并且面臨NGS技術邊界拓寬的擠壓和先入者的專利挑戰。

　　“在專利上，長讀長、納米孔測序技術要推向市場，必然會面對應用場景、專利壁壘等多重挑戰，這是不爭的事實。掌握NGS技術的華大智造在同Illumina多年的硬碰硬中終于解決了專利問題，還獲得了一筆巨額的補償，如今才能在歐美暢通無阻，開啟了‘全球通’模式。這足以說明專利壁壘對于后進者的挑戰。”該業內人士補充道。

　　總而言之，四種測序技術之間不僅沒有代際關系，還存在著長短搭配的組合優勢。摒棄掉簡單的一二三四代際劃分，以應用場景的視角來審視不同測序方法這才是正解。

　　而目前，我們必須承認NGS既占據了絕大多數的應用場景，還在不斷開拓新應用、拓展新邊界。NGS的想象空間還很巨大。