测序市场或发生重大变革？Illumina能否保持主导地位？
2022年，华大智造成功上市。同一年，Element Biosciences、Singular Genomics和Ultima genomics等新兴测序公司陆续发布测序仪器，雄心勃勃旨在夺得测序市场的一杯羹。那么，被Illumina公司主导的测序仪市场是否会发生革命性的变化？
今天，我们共同关注测序仪。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
测序市场结构转型？
如果你现在想要购买下一代测序（next-generation sequencing，NGS）仪器，那么你可能会听到像推销二手车式的推销语：“你想要短读长吗？当然，我们有。长读长？是的，这只是一个简单的附加功能。我来给你报价！……你去年才买了一台？别烦恼！我们有特别的折扣。此外，我们在试剂上也有很大的折扣。你想看看仪器吗？走到这边来……外观是不是很时髦？太大了吗？它还没有冰箱大！什么，你不喜欢这个颜色？但黑色现在很流行。你想知道精确度吗？我有图表展示给你！到我办公室来。……”
如今，研究人员拥有了前所未有的选择。NGS行业在一年之内从少数玩家发展到一个拥挤的领域。过去10年里，世界各地的大部分测序工作都是在Illumina公司生产的仪器上完成的。这家总部位于圣地亚哥的公司在测序市场上占据主导地位。其他公司，如太平洋生物科学公司（PacBio）和牛津纳米孔技术公司（ONT），已经在这一市场赢得了一席之地。另外还有一些公司试图进入这个游戏，但并未能通过第一轮。
但在2022年，随着该行业出现新进入者以及老牌公司推出新产品，这一状况可能会被改变。阿斯利康公司（AstraZeneca）肿瘤学与转化医学、表观基因组学高级总监James Hadfield博士表示，2022年是自2006年以来NGS发展最好的一年。
这一领域的结构转变意味着什么？基因组学顾问Shawn Baker博士表示，这意味着“客户将不得不再次习惯要做出艰难的选择，而供应商也将必须记住如何为销售而战。”
图. 总部位于圣地亚哥的Singular Genomics公司于2021年上市并发布了G4测序仪。
几年前有传言说，Illumina公司的资深员工Molly He博士将成立一家新的NGS公司。直到2022年3月，当他的新公司Element Biosciences发布了台式AVITI平台，并宣传其具有精确度高，可选择合成长读长测序、价格低的特点，这一传言才终于得到了证实。
另一家位于圣地亚哥的公司——Singular Genomics公司，推出了一款新的台式仪器，被称为G4。根据Singular公司的说法，它提供了高灵活性（有四个独立的流动槽）和高速的运行速度等优势。
两款中通量测序仪器（AVITI和G4）都对标Illumina公司的NextSeq测序仪。
去年6月，当基因组学界正准备参加在佛罗里达州奥兰多举行的基因组生物学与技术进展大会（Advances in Genome Biology and Technology，AGBT）时，Ultima genomics公司推出了一款高通量测序仪器UG-100，有望与Illumina公司的NovaSeq相竞争，这让所有人都大吃一惊。关于UG-100的一切都是惊人的：模块，通量，标价，以及围绕它的声明。
苏黎世功能基因组中心（Functional Genomics Center Zurich）、苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和苏黎世大学（University of Zurich）的基因组学分析小组负责人Catharine Aquino表示，她在考虑是否要购买一台UG-100测序仪。此外，她表示她所在的测序中心的一个目标是为该中心的用户提供最新的技术。该中心一直运行着两台NovaSeq，并对探索更低成本的技术感兴趣。测序成本越低，该中心能处理的项目就越大。
但Aquino对新技术持谨慎态度。例如，尽管Ultima公司公布了每个基因组的目标价格，但该公司一直对其仪器的价格和实际规格含糊其辞。
此外，在AGBT大会上，该公司只展示了内部生成的数据或与布罗德研究所（Broad Institute）合作生成的数据，而不是客户生成的数据。其中一些公开的数据招致了加州理工学院（California Institute of Technology）计算生物学教授Lior Pachter博士实验室的批评。
Aquino也几乎没有听说过该测序仪的基础设备信息——测序文库的制备，机器的自动化程度，以及Ultima公司将提供的支持。
她说：“对于任何一项新技术，所有东西都必须发挥作用，所有东西都必须优化，要有创造性。”新的NGS技术可能很酷，但如果只有少数几个实验室能让它工作，或者如果需要大量的支持，那么它就不会成功。她强调，根据她的经验，Illumina公司的工程和支持团队近乎完美。
时机也很重要。Aquino说，她的团队的目标是找到一个采用新技术的最佳时间点。她说：“我们不能太迟，也不能太早，因为我们需要已经可以投入使用的设备。不过，我们宁愿早一点，也不愿晚一点。”
总的来说，Aquino对NGS领域的发展感到兴奋。由于Ultima、Element和Singular等新公司的出现，这一领域变得更加活跃。她表示，现在正是“NGS技术形成”的时候。
图. 2017年，Element Biosciences公司在加州大学圣地亚哥分校图书馆成立。
在经历了一个相对平静的夏季之后，老牌公司在秋季做出了回应。2022年9月，Illumina公司举办了首届Illumina基因组学论坛，在论坛上，首席执行官Francis deSouza宣布了新平台的进展。
在引人注目的头条新闻中，Illumina公司展示了NovaSeq X系列测序仪器，其中包括一组新仪器——NovaSeq X和NovaSeq X plus，旨在巩固Illumina作为NGS领导者的地位。
虽然新平台可能与旧平台的名字相同，但德州农工大学农业生命研究中心（Texas A&M AgriLife Research）基因组学和生物信息学服务主任Charlie Johnson博士说，但是其他方面却存在很大不同。事实上，他断言，新仪器与旧仪器唯一的共同点是Illumina的标志。
NovaSeq X采用了一种新的化学技术XLEAP-SBS。Johnson说，虽然XLEAP-SBS仍然是边合成边测序（sequencing-by-synthesis，SBS）——该测序技术的化学基础是由英国Solexa公司开发的，该公司于2007年被Illumina收购——但它使用了新的聚合酶、阻断剂、连接剂和染料。Illumina还强调了其试剂和运输计划的可持续性。
尽管该公司的公告很及时，但重大进展要到2023年底甚至2024年才能真正实现。例如，XLEAP-SBS在2024年P4流动槽问世之前将无法在NextSeq上使用。尽管Illumina公司宣布每千兆字节的成本将为2美元（与目前的NovaSeq 6000 S4相比，每千兆字节的成本降低了59%），但这一目标要到2023年下半年推出25B（250亿个簇）流动槽后才能实现。
Baker指出，这些新平台的上市时机可能是影响竞争结果的一个重要因素。例如，Ultima UG-100仪器，价格为1美元/Gb，可能会比Illumina公司的新产品更早推出。如果这种情况发生，客户在可以买到UG-100的前提下，可能就会选择它，包括那些原先可能会选择Illumina平台的客户。
同样，客户有一年多的时间来问自己，“既然现在我可以用更少的钱、更低的样品成本买到Element公司的AVITI，为什么还要买尚未兑现承诺的NextSeq呢？”
就在Illumina大会举办后的一个月，PacBio公司在洛杉矶举行的美国人类遗传学学会（American Society of Human Genetics，ASHG）上再次引起了基因组学界的轰动。该公司首席执行官Christian Henry表示，PacBio将借此机会纪念“公司历史上最大的飞跃”。
PacBio公司宣布推出两款新仪器，其中一款是名为“Onso”的短读长仪器。它为该公司目前的长读长产品增加了一个新的维度（这一故事始于2021年，当时PacBio公司收购了Omniome公司及其短读长技术。）
为什么客户会购买Onso而不是Element的AVITI、Singular的G40或Illumina的NextSeq呢？传统上，PacBio的客户有两个需求：高准确度和更长的读长。而且他们愿意为此买单。但Onso可能会改变这种看法。该平台不仅价格非常有竞争力，而且更精确的测序意味着更少的测序次数——这是具有成本效益的。
“Onso的性能看起来非常出色。” Johnson指出。他补充说，他渴望看到更多的数据来证实这一想法。话虽如此，但他不明白为什么PacBio公司要在短读长测序市场上挑战Illumina。
去年11月，PacBio公司在纽约举行的“投资者日”（investor day）上谈到了这一点。该公司表示：“客户虽然会倾向于某一种测序技术，但其实他们两种都想要。”Johnson认为，一些实验室也可能倾向于只使用一种品牌的测序仪，而不是使用PacBio进行长测序，使用Illumina进行短测序。
除了Onso，PacBio还推出了一款新的长读平台Revio，它将取代该公司的主力产品Sequel IIe。尽管Revio使用了相同高精度的Hi-Fi化学技术，可以直接进行甲基化和结构变异检测，但该公司表示，Revio的性能比目前的Sequel IIe系统功能强大15倍。新的平台使PacBio以低于1000美元的测序成本进入了群体规模的基因组学。
Aquino表示，在PacBio发布后的第二天，“我们立即收到了很多来自用户社区的咨询，询问我们什么时候能买到Revio。”公布的Revio规格允许研究人员从事过去因为成本太高或通量要求太高而无法实现的项目。
“现在，我们可以获得与当前Illumina Novaseq价格相似的Hi-Fi技术，所以我们可以看到更多的项目会选择Hi-Fi测序，”Aquino表示，“他们将从Hi-Fi提供的读长中收集到更多的信息。”
使用Revio的容易程度取决于他们之前使用长读长测序的经验。对于没有经验的用户来说，在Revio上制备文库可能是一个挑战。Aquino预测：“这将是一条学习曲线。”
Johnson表示，就测序成本和容量而言，Revio听起来像是“一次巨大的飞跃”，而且它与PacBio公司经过长久验证的长读技术能很好地结合起来。尽管每年1300个人类基因组表明PacBio的吞吐量有所提高，但新的Illumina NovaSeq X的设计目标是每年处理2万个人类基因组。Johnson表示，如果考虑到机器的成本，很明显，“在临床规模上，Illumina仍然是一种成本低得多的对人类基因组进行基因分型的方法。”
在美国之外，其他NGS公司也希望抢占更多的市场份额。对Johnson而言，ONT公司的新产品PromethION 2 Solo（P2 Solo）“看起来很有意思”。P2 Solo是一款台式纳米孔测序仪，提供直接甲基化检测，使用Pore-C捕获染色质构象，直接进行RNA测序，并获得从短（20个碱基）到超长（400万个碱基）的读取长度。Johnson感兴趣的原因之一是成本——只需要1万美元。
还有一家总部位于中国的测序公司华大智造（MGI），到目前为止，该公司一直以相对集中的方式部署其系统（主要在中国）。去年，华大智造解决了它在美国与Illumina有关的所有未决诉讼。因此，华大智造在2022年开始销售其CoolMPS平台，并计划在2023年初开始销售其他产品。
Baker指出，华大智造公司很有趣，因为它和Illumina一样，拥有从非常低到非常高通量的广泛测序产品组合。华大智造并不是在追求Illumina错失的某个特定领域或利基市场——华大智造想要全部。
Baker表示有一些亟待明确的问题，比如，华大智造有多大的能力来支持其平台实现全球范围的发布？还有目前存在的一些政治因素是否会影响其在美国获得真正的市场份额？
展望2023
Hadfield坚持认为，有足够的客户来支持许多新的测序选择。医学测序将继续稳步增长——也许是指数级增长。在非医学测序领域，有许多用户在呼唤更便宜的全基因组测序。
Hadfield说，如果再加上制药公司的雄心壮志，我们可能会进入一个时代，在这个时代，临床试验中的测序默认是全基因组测序。他建议，如果1000美元可以实现300×全基因组测序，研究人员可能不再会为是否要选择800美元的全外显子组测序而烦恼。
测序领域的新选择不仅包括新技术，还包括新公司。从历史上看，在测序领域，初创公司一直在争夺客户和市场份额。此外，许多有前途的NGS技术已经爆发出来，只是消失在黑夜中。
新一波的NGS公司不会止步于2022年的重大公告。PacBio表示，它正在开发一种超高通量仪器，“将使Revio看起来像中等通量。”
图像、数字、化学反应、半导体——关于这些新技术的一切都令人兴奋。但它们只有在有效的情况下才是好的。正如Aquino所说，“如果一种仪器承诺提高通量，但它没有实现，那就没有多大帮助。”
原文链接：
https://www.genengnews.com/topics/omics/the-ngs-race-is-on-souped-up-sequencers-vie-for-frontrunner-status/
作者｜Julianna LeMieux
编译｜ZQ
审校｜617
编辑｜豫小鱼