NGS这几年，骤起狂欢到冷秋，是潮起潮落后的本质回归
从2014年到2019年，NGS创新开发者大会已经连续6年。从消费基因市场初起，到NIPT试点正式取消，到两家龙头企业先后上市，再到NGS肿瘤检测产品获批，基因治疗市场热潮初现，NGS创新开发者大会见证了行业的迅速发展。
从读到写，NGS开发者们已经从最初懵懂的商业试探逐步走上正轨。自2014年开始，每一次成本的下降都被形容为测序市场爆发的一个新的历史节点。而当此次NGS开发者大会闭幕后，我们认为2019年才是泡沫和迷雾后，NGS行业大发展的真正历史元年。
“NIPT、肿瘤液体活检、遗传病，还有消费级基因检测，基因测序很多商业化的应用都已经到了瓜熟蒂落的状态。”NGS创新开发者大会主席、基云惠康创始人郝向稳在开幕致辞中这样说道。
NGS创新开发者大会主席、基云惠康创始人郝向稳
过往，我们对NGS的狭义认知仅仅是停留在第二代高通量测序上，而随着单分子测序、纳米孔测序技术的市场化，我们逐渐意识到，NGS远不止第二代高通量测序，接下来的第三代、第四代、单细胞测序，甚至基因编辑与基因合成，NGS一词包括了所有在未来的基因技术应用的所有可能。而NGS开发者们，则是每一个NGS时代到来前的先行者。
冷场还是冷静
如2018-2019年的多数会议一样，这场开发者盛会中还是不可避免的提到了“资本寒冬”。作为一名行业观察者，动脉新医药也有明显的感触，基因行业的投融氛围不如前两年那么火热了，无论是一级市场还是二级市场，都经历了急速冷却的过程。
从热捧到冷场，对创业者而言这一过程必然伴随着落差与痛苦。但随着时间的推移，我们其实可以看到大浪淘沙出真金。
最明显的是，行业领头羊跑出来了，燃石医学率先拿到肿瘤检测注册证，融资金额一路创新高；第一个拿到粪便DNA肠癌检测试剂盒批件，使得康立明在市场上取得先机；通过贴近用户的市场策略，消费市场诞生了23魔方和微基因两座大山......毫无疑问，资本寒冬给所有的企业都带来了冲击，但对有的企业而言，大浪淘沙实则是一个优胜劣汰的过程。
没有不好的时代，只有不够强的企业。熬过别人熬不过的，也就脱颖而出了。
在资本寒流的冲击下，很明显的感触是创业者们开始趋于冷静。“估值相比之前受到了影响，但是我们不过多的追求估值，而是要把事情做好。”这是许多在近期完成融资的创业者的回答。
“这么一个冷却的态势，让创业者开始冷静，去思考自己创业的本质是什么。”郝向稳这样解释。
创业选择的多元化
相比前两年一窝蜂堵在科研、肿瘤和无创产前的创业者，新一波创业者有了更多的赛道选择。在前几届的NGS开发者大会上，大部分嘉宾的内容都集中在液体活检、数据分析上，而在2019年，我们看到了更多的元素：病原体诊断、基因检测标准品，以及基因编辑、生物合成学的临床应用等。
基因编辑入场
“过去几年我们的整体内容都是围绕基因测序来的，测序仪、测序技术、数据分析等。”郝向稳继续说道，“但测序之后呢？以前经常有人问我，如果测序发现了一个遗传病位点，我们能做什么。”很明显，基因之于疾病，仅仅检测是不够的。
要问时下什么基因技术最热门，首当其冲的当数基因治疗。Spark公司Luxturna上市后，基因疗法正式登上舞台。诸如先天性黑蒙、重症免疫缺陷等多基因遗传病很难通过传统的药物来治疗，但基因疗法的进步给这些患者带来了治愈的希望。
经过近40年的发展，基因治疗终于在近两年迎来突破。3款基因疗法的获批也进一步刺激了创业者的神经，根据国际顶级智库Jain PharmaBiotech的《2018全球基因治疗研究报告》，全球有超过183家公司正在从事基因治疗研究，数量是1995年的4倍多，并且有超过2000个临床项目。
国内的基因治疗虽不比国外火热，但在Spark公司Luxturna上市后，我们陆陆续续也看到行业内出现了不少基因治疗的初创企业。NGS领域的两家龙头企业先后通过投资的方式布局了基因治疗产业。
当然，除了基因治疗，基于基因编辑的应用还有很多，比如异种移植、疾病模型、病毒研究等。不仅如此，博德研究所张锋开发的SHERLOCK （Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）技术实现了基于CRISPR基因编辑的病毒诊断方案。
此工具可实现一次性多重核酸检测，同时检测4种靶标分子。这项技术在RNA病毒的检测上已经有了不少成功经验，如登革热病毒和寨卡病毒，以及人体液样本检测的检测。在国内，杰毅生物也正在尝试类似技术的商业化。
时代发展与底层技术密不可分
而这些应用的发扩展，都与作为底层技术的基因编辑的发展密不可分。
经过几十年的探索，基因编辑技术也在不断革新。第一代聚合酶技术相对局限，尽管它可以对DNA进行切割，但可识别的位点仅占少数，对绝大多数疾病没有任何作用。2005年，锌指核酸酶技术诞生，这是真正意义上的第一代基因编辑技术。第一代技术操作复杂，CRISPR技术的出现则让基因编辑技术得以在每一个实验室普及。
“CRISPR技术非常高效，识别和切割功能可以一分为二。”中国科学院神经科学研究所研究员杨辉这样表示。CRISPR技术可以简单高效的完成剪切工作，并且能够在多位点进行作用。该技术也极大的推动了基于基因编辑的应用研究发展，其中就包括基因治疗、异种移植等。但CRISPR技术的剪切过程仍然需要将DNA双链断裂，这就可能导致大片段的缺失、染色体异位。“这是比较危险的。”杨辉表示。
中国科学院神经科学研究所研究员杨辉
在本次会议中，杨辉向大家介绍的则是第四代基因编辑技术。这项技术在2016年由哈佛大学博德研究所David Liu教授发明，叫做单碱基编辑技术。相比之下，单碱基编辑能够在不需要DNA双链断裂，也不需要修复模板的情况下非常高效的完成精准剪切。
伦理讨论
但基因编辑技术的发展也一直伴随着伦理的争议，2018年“基因编辑婴儿”事件再次将关于基因编辑的伦理讨论推向了风口浪尖。而在本次会议中，关于伦理的讨论同样不可避免。
自人们发现DNA的双螺旋结构后，就一直在寻找能够对单个碱基进行修复的工具。但遗憾的是，这个工具一直没有被找到，当对一个碱基修复后，其他碱基是否会受到影响，这是目前科学上面临的挑战。“对单个基因的编辑是非常简单的，但是在编辑之后，其他部位是否受到影响，这是很难检测到的。”杨辉表示。人类内有30亿个碱基对，基因细小的差别就会引起巨大的影响。因此，基于人类生殖细胞的基因编辑一直以来都受到几乎全球所有科学家和政府的抵制。
一个月前，62位科学家再次致信美国卫生及公共服务部，呼吁将针对生殖细胞基因编辑临床应用全球暂停。而在不久之前，18位基因编辑领域著名科学家和伦理学家也在《Nature》共同发文，呼吁生殖细胞基因编辑应当全球暂停。
但另一方面，我们也不得不承认基于体细胞编辑的基因治疗在疾病治疗中的未来潜力。针对体细胞的基因编辑已经在许多遗传病的治疗上初露锋芒，比如镰状细胞贫血、β-地中海贫血、先天性黑蒙、血友病以及癌症等许多疾病。
此外，20世纪70年代以来，器官移植已经成为肾功能衰竭和其他器官疾病患者的切实选择。然而，器官短缺的问题一直存在。过去几十年里，随着器官需求呈指数级增长，这个局面只会变得更糟。异种移植的可能无疑给了许多等待器官移植的患者以生的希望。
尽管这些研究还需要进一步临床验证，但科学家们相信现有的科学方法可以在安全有效的前提下进行。
生物合成学或是下一个市场爆点
另一项正在预热的基因应用则是合成生物学。科学狂人Craig Venter团队曾先后两次成功合成新的生命体，它们以前从未在地球上出现过。相比之下，工业界则更希望通过基因合成得到新的微生物，再通过这些微生物的代谢来得到新的化合物、材料、蛋白等等。
合成生物学属于基因工程学，是基因测序的下游技术。从上世纪80年代开始，传统的基因工程概念就已经出现，无论是胰岛素还是调味料，我们生活中接触的许多东西都是基因工程的产物。
“许多调味料、香味其实都是用基因工程改造过的微生物产生的。”蓝晶微生物创始人张浩千这样解释，“即便基因工程的产物在日常中已经随处可见，但人们对基因工程的发掘深度还是很浅。”他认为，在天然生物资源中，还有大量的生物资源等待发掘。
蓝晶微生物创始人张浩千
自然界中99%的微生物都不能被培养，尽管能够通过测序大致预测它们能够合成的化学物质，但这些微生物的基因组通常都比较大，在几十K到上百K之间，涉及数十个基因。“除了合成的难度以外，几十个基因之间复杂的调控网络就成为了生物技术前沿难以突破的问题。”张浩千表示。
解决方案是什么？应对复杂问题的解决方案，人类文明有非常好的解决方案：工程化。如果将工程化的概念带入，那么生物系统就是以基因为元件组装起来的工程系统。测序得到的海量生物数据为基因工程带来了巨大的机遇。
“通过测序和组学分析，我们可以得到海量的生物数据和各种各样的设计原理。基于这些信息，我们可以从各种各样的生物中获取基因片段，从而合成一个全新的微生物。”张浩千表示。从细菌到老鼠，自然界的各种各样生物都可以成为开源生物。
当然，这种针对细胞的改造也需要充满理性和可预测性。在合成生物学领域中，有三个层次的分工：工具层是各种材料的工业、DNA或者RNA的合成，以及功能元件库和基因编辑的工具服务和开发；在上层是软硬件的支持，合成生物学的操作通量非常大，需要强大的算法与软件支持；最上层则是应用层，由于基因工程改造出来的各种生物应用场景非常多，应用层覆盖的垂直领域也非常丰富。“总的来说，越靠近应用层，市场越大。”他补充道。
在不同的垂直领域，合成生物学赋能的企业则有别于传统派，他们是强势的入局者。除已经公开上市的Calyxt和Codexis ，Synthorx在2018年11月也进入了IPO程序，另外Impossible Foods估值也逼近独角兽级别。无论在医疗还是食品、材料领域，合成生物学都正在获得越来越多人的关注，或许会成为下一个市场爆点。
成本效应带来测序市场的变革
以上我们描述了由于基因测序发展带来的基因科技发展。那么，在第一波创业潮之后，基因测序本身又在发生什么样的变革呢？最明显的变化或许当属测序成本的下降。
2014年，测序成本的巨大突破引发了海内外的NGS创业潮。而在此之后，除了Illumina 推出的NOVASEQ以外，各大测序仪制造商也在这几年相继推出了重磅产品，这些新仪器中，最受国内创业者关注的当属华大智造的几款产品，在Complete Genomics技术的基础上，华大智造对测序仪进行了进一步的改造与升级，其中MGISEQ-2000及MGISEQ-200两款测序仪已经取得了NMPA的批准，正式投产。
测序成本以突破摩尔定律的速度在下降的同时，也促生了新的市场机遇，全基因组/全外显子测序市场化成为可能。
始于无创（产前）、兴于肿瘤（检测），鼎盛于全基因组测序。在可预见的未来里，全基因组或者全外显子组的普及是必然趋势。但全基因组或者全外显子组的数据解读一直面临瓶颈，如果单纯依靠人力，一位生物信息工程师一天可能只能出具一份到两份报告——这样的速度几乎不可能实现产品的规模化。因此，全基因组和全外显子组测序要大规模市场化，人工智能是必选项。
而对于企业个体而言，人工智能的意义或许是让强者恒强的工具。人工智能的助力将进一步提升基因数据解读的效率和精准度，同时从侧面降低基因应用的成本。而这些正是企业市场竞争力的体现。而对整个行业而言，人工智能的意义则好比指南针和加速器，它让基因技术能够以更精准的角度、更快的速度进入市场并得到普及。
从Sanger法测序到Illunima的边合成边测序，再到三代单分子纳米孔测序技术的市场化，NGS技术早已不再是二代测序本身，而是代表了基因技术发展的下一代潮流。作为观察者的我们将静候下一个时代的到来，NGS开发者们，无疑将是每一个时代的弄潮儿。
*封面图片来源：https://pixabay.com/
文 | 周梦亚
微信 | rencontre_my
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愿你清风明月，笑看世事沧桑