齐碳科技探路国产第四代基因测序仪丨BV Family

基因测序技术作为生命科学工程中一个重要分支，自诞生之日起，就成为临床诊断和医学研究的重点，也是生物研究领域发展的重要标志，甚至被称为改变世界的技术，有巨大的应用和市场价值。

随着基因测序技术的不断发展，第四代测序仪即将问世。BV百度风投被投企业齐碳科技运用创新的纳米孔测序原理，已成功做出国内第一款具有自主知识产权的纳米孔测序仪原理样机，将引领国产第四代基因测序，探路基因测序的移动新时代。

齐碳科技的负责人白净卫和胡庚希望，齐碳科技不仅可以让测序技术和基因信息为人类的健康服务，还可以在开发我国自主可控的基因测序设备的同时，提供信息数据安全的保障。

基因测序技术的飞速发展，离不开上游测序技术。“我从事的就是基因测序上游技术的开发。”日前，在中关村生物医药园的实验室里，清华大学药学院研究员、齐碳科技创始人白净卫说到：“我们团队正在采用纳米孔基因测序技术，开发快速、低成本、小型化的第四代基因测序设备。第一台国产纳米孔基因测序仪有望在2019年年底面世。”

白净卫（左一）介绍国内第一款具有自主知识产权的纳米孔测序仪原理样机

回国创业 从零开始

随着科学技术的发展，人类已进入精密医学和精准医疗的时代。白净卫表示，基因测序是精准医疗的核心技术之一，被广泛应用在早期无创产前检查、试管婴儿、新生儿检查、遗传病罕见病研究、肿瘤分型等医学领域，有望成为下一个改变世界的技术。

尽管已经发展数年，我国基因测序市场仍然缺乏新兴力量。这一切的背后，是基因测序产业链条的不平衡。基因检测产业链分为上中下游三个环节：上游是测序仪、试剂、耗材，被Illumina、Thermo Fisher等少数几个公司垄断，中游提供检测+生物信息分析的测序服务，下游是临床、科研等终端用户。我国最早的一批创业公司大多选择布局基因测序中下游环节，这也导致了中游市场过度饱和，产品严重同质化。

白净卫说：“基因测序产业链上游的基因测序仪及配套试剂是整个产业链壁垒最高的部分，它对产业化和工程化的要求极高。”

2013年，白净卫在illumina负责化学线业务，主要研究NGS（新一代基因测序技术）在测序过程所需的蛋白酶。2016年，白净卫选择回国，希望能打开中国的新一代基因测序市场。

“二代测序每一次核酸测定都是一次化学循环，循环本身就会带来问题。”白净卫说，尽管目前研究的重点放在了成本下降上，但NGS没有解决的问题还有很多。“测序领域还需要一种连续的测序方法，使得测序敏感检测点沿着DNA不间断。”

最早符合这一标准的是美国Pacific Biosciences 公司于2011年发售的第三代基因测序系统PacBio，其采用零维光导单分子荧光法。在这之后，英国的Oxford Nanopore公司研发纳米孔测序系统，让单个DNA从纳米孔中通过，并通过微电流的变化测定出DNA序列。

但是在国内纳米孔测序市场仍然一片空白。“要从零开始实现纳米孔测序也并非易事，Oxford Nanopore花了十多年。”回国后，白净卫着手组建起团队，创建齐碳科技，开始尝试开发纳米孔测序技术设备。

破译生命 填补空白

“鉴于成本和技术难度等问题，国内进行测序设备研发的企业数量较少，最大的短板是测序仪和试剂。”白净卫告诉记者，截至2017年，国内进行纳米孔测序设备研发的企业仅有两三家。

所有生命的DNA语言，都可以用A、T、C、G四个“字母”，即碱基对来表达。齐碳科技研发的纳米孔基因测序仪的技术原理是，在电流和减速蛋白的联合作用下，单个DNA分子的碱基顺序穿过纳米孔，由于A、T、C、G四种碱基的化学结构对纳米孔穿孔电流产生不同的阻碍，相邻的微电流放大器通过检测时序变化的电流信号快速鉴定每一个碱基，就可以得到基因序列。

“虽然这种技术目前还处于研发阶段，但是在某些领域已经表现出了很强的应用优势。”白净卫表示，“由于纳米孔基因测序技术具有读长非常长、读取速度快、操作简单等优势，所以可应用于物种快速鉴定、基因组装、病原体快速检测、基于基因结构变异的肿瘤研究、肠道菌群的检测等，更重要的是纳米孔测序技术可以直接检测DNA、RNA、肽链等多种线性大分子以及核酸表观遗传修饰、肽链翻译后修饰等信息，有广阔的应用空间。”

另外，纳米孔基因测序仪利用大量纳米孔通道并行测序，实现高通量，使其测序速度提高了近十倍以上，将过去十几、二十个小时的读取时长缩短至如今最快15分钟就可以获取数据。白净卫表示，他们研发的纳米孔基因测序仪是一个微型仪器，体积小到可直接连接手机使用，为即时检验（POCT）提供便携性。

“然而，研发一台纳米孔基因测序仪，涉及蛋白工程、半导体加工、电路芯片设计、生物信息等多个交叉领域，研发难度之大可想而知。”白净卫坦言，他们遇到了相当多的“挑战”，如由于基因测序仪所需的蛋白在市面上难以购买，必须自己构建蛋白融合系统，研究它的结构并进行表达测序；基因测序中用到的微流体芯片也需团队亲自设计、组装、焊接电路。

经过两年的努力，齐碳科技做出了国内第一款具有自主知识产权的纳米孔测序仪原理样机。凭借自主研发的“纳米孔基因测序仪”曾获得2018年中关村国际前沿科技创新大赛总决赛一等奖，现已开发出中国目前唯一的能够稳定获得测序信号的纳米孔基因测序仪工程样机，拥有读长超长、实时测序、小型便捷、单次运行成本低、性价比高等优势。白净卫认为，市场的认可推动了公司的发展。

不忘初心 降低门槛

“我们要做的是解决人类最基本的生存健康需求，而不是将纳米孔基因测序仪做成一款‘奢侈品’。”白净卫告诉记者。为此，他们希望齐碳科技不忘初心，致力于在基因测序技术上做更多创新的同时，降低整个领域的成本和门槛，让这项技术可以进入“寻常百姓家”。

“齐碳科技虽不是全球唯一一家研发基因测序技术的公司，但我们会对纳米孔基因测序技术逐步演进和优化，用以拓展更大的产品应用市场。”齐碳科技总经理胡庚说到。

与白净卫不同，胡庚拥有8年的仪器仪表产品开发经验，此前曾担任西门子中国研究院高级项目经理。他告诉记者，他有信心让测序技术和基因信息服务于每一个人的健康。

随着公司快速发展，齐碳科技一直在寻找志同道合、意气相投的投资人。“我们拒绝急功近利的投资人，因为基因测序的研发需要的是目光长远、能够陪伴我们‘长跑’的投资人。”胡庚坦言。

2017年2月，齐碳科技获得千万级天使轮融资。从第一轮300万元的融资，到第二轮2000万元的融资，齐碳科技将大部分资金都用于纳米孔基因测序仪的技术研发。

白净卫也表示：“在回国之初，并没有考虑创建齐碳科技，因为基因测序仪的研发需要多个跨领域的人才通力合作方可实现。”4个创始人——白净卫、胡庚、谢丹和陈呈尧的相遇，促成了创业的想法。“我们4个人分别精通流体芯片、放大器电路、生物信息学以及DNA测序技术相关的蛋白工程。”

未来，白净卫和胡庚希望，齐碳科技不仅可以让测序技术和基因信息为人类的健康服务，还可以在开发我国自主可控的基因测序设备的同时，提供信息数据安全的保障。

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