全球DNA測序

全球DNA測序行業定義及分類

全球DNA測序行業定義

DNA是一種長鏈聚合物，組成單位稱為脫氧核苷酸（即A-腺嘌呤、G-鳥嘌呤、C-胞嘧啶、T-胸腺嘧啶），而糖類與磷酸分子借由酯鍵相連，組成其長鏈骨架。每個糖分子都與四種堿基里的其中一種相接，這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，是蛋白質氨基酸序列合成的依據。

DNA測序是對DNA分子的核苷酸排列順序的測定，也就是測定組成DNA分子的核苷酸A、T、G、C的排列順序，常用的方法有桑格-庫森法和馬克薩姆-吉爾伯特法等；用于測定未知DNA序列，確定重組DNA的方向與結構，對突變進行定位和鑒定、比較研究，是生命科學研究最重要、最常用的技術手段之一。可以說，有基因的地方就有DNA測序。正因為DNA測序的普及化，帶動了一批為DNA測序提供商業化技術服務的生物技術企業，形成了一個新興的DNA測序行業。

DNA測序發展歷程介紹

全球DNA測序行業技術環境分析

DNA測序技術總覽

DNA測序正處在技術上日新月異的時代，其突出特點是，測序通量（測序數據量）的大幅增長，原始數據中每個堿基的測序成本急劇下跌，并伴隨著以巨資購買儀器以引進新技術的需求。以前看似高不可攀的奢侈性研究活動（如個人基因組測序，宏基因組學研究，以及對大量重要物種的測序），在短短幾年之間，正以急速的步伐而變得越來越切實可行了。

第一代DNA測序技術

第一代DNA測序技術用的是1975年由桑格（Sanger）和考爾森（Coulson）開創的鏈終止法或者是1976-1977年由馬克西姆（Maxam）和吉爾伯特（Gilbert）發明的化學法（鏈降解）。在1977年，桑格測定了第一個基因組序列--噬菌體X174，全長5375個堿基。后來的四色熒光桑格測序法（每一種熒光代表四種堿基中的一種）被用在自動毛細管電泳測序系統中，此系統由應用生物系統有限公司（Applied Biosystems Inc）推上市場，后來該公司被整合入生命技術公司（Life Technologies）和貝克曼考爾特公司（Beckman Coulter inc）。

發表于2001年的第一個人類基因組復合序列就是大體上由細管電泳測序系統來測定完成的，不僅耗資龐大，花費人力無數，而且歷時超過十年。盡管發表于2001年的基因組仍然處于有待完善的過程中，但其作為基因組的"參照"序列而被采用，已成為生命科學轉化為實際應用的基礎，并繼續對研究基因型-表現型的關系發揮著重要作用。從迄今為止發表的（和未發表的）文獻報道來看，要對人類復雜疾病進深入的有醫療意義的探討，非常有必要去獲得其他類型的"個人"基因組數據，如，特定組織mRNA表達概況、mRNA測序、基因調控區域的個性化分析、表觀遺傳調控的概況，以高質量和大范圍的染色體圖譜分析來歸類重要的染色體刪缺、插入和重排等等。大規模測序中心正完成新一代的測序儀器的轉型，聯合基因組研究所（the Joint Genome Institute JGI）已經淘汰了所有的桑格測序儀。而另一方面，除非小型的第二代測序儀能在清楚讀出每個堿基上的成本和測序讀長上勝過毛細管電泳測序系統，毛細管測序系統仍將會大量應用于特定區域測序，如定量基因表達、生物標志物鑒定和生物學途徑分析等專向性研究。

第二代DNA測序技術

第二代技術定義為：是同步化三磷酸核苷酸的洗脫方法和同步化的光學檢測方法的結合。但這種定義不是很嚴格，因為有幾種算作是第三代測序的實時合成測序的方法，也依賴于光學檢測，如太平洋生物科學公司（Pacific Biosciences）的單DNA聚合酶測序法就是突出例子。第二代測序技術靠的是連接測序或者合成測序，包括焦磷酸測序和可逆性的鏈終止法。由羅氏（Roche）、以魯米那（Illumina）、赫利克斯（Helicos）和生命技術公司（Life Technologies）以商業化提供的儀器，以短的連續性的片段序列和測序閱讀長度的形式，每周輸出數十億堿基對（Gbp）的DNA序列。

DNA測序技術發展趨勢

在新型DNA測序技術領域里，各種技術和資助以從未有過的速度在增長，出現了很多不同的方法，橫跨不同代的新技術。每種技術都有自身的優勢和局限，因此，從根本上說，要做特定目的的基因分析應用，必須進行合理評估，以選擇合適的測序平臺。

雖然第二代和第三代平臺有很大的通量，但基于桑格原理的毛細管電泳測序仍是超高精度測序的黃金標準，是迄今為止唯一既能為人類基因組既提供從頭測序和又有從頭組裝技術的技術。下一代測序技術為了獲得廣泛認同，無論是第二或第三代平臺中的哪一種，都必須也同時具備一套第一代毛細管電泳測序平臺，并同時將由這兩套平臺得到的從頭測序樣品的測序結果和組裝結果進行定量比較，方能使人放心而得到廣泛的認同。

換言之，無論第三代測序平臺怎樣發展，它們仍然依賴于第一代平臺的協助作用。這將為從頭測序的真實成本提供堅實的證據，并作為一個出發點，供現在和將來的研究人員去決定如何解決下一波的人類基因組測序計劃，或對決定如何開展對一些相似的復雜基因組進行從頭測序。目前，既然現有的測序技術局各有其局限性，為了達到對一種復雜的全基因組進行從頭測序，可能需要隨機采用幾種技術，彼此協調配合，以達到測序的高通量，準確性、高讀長的相鄰重疊片段和大范圍的基因繪圖。

全球DNA測序行業發展狀況分析

2011年全球測序產品及服務市場是30億美元左右規模，預估之后以年平均成長率（CAGR）17.5%擴大，2016年時達到66億美元。測序產品市場分成裝置與消耗品、服務及工作流程產品3個部分，2011年裝置和消耗品部門是16億美元左右規模，預計之后以CAGR7.3%成長，2016年時達到22億美元；服務部門是98760萬美元規模，預計之后以CAGR29%擴大，2016年時達到35億美元；工作流程產品部門是41000萬美元左右規模，預估之后以CAGR 16.6%成長，2016年時達到88360萬美元。

測序的應用市場部門，預計提供將來進入企業龐大的成長機會。這些部門包含消費者用及診斷測序服務、生物信息、sequence enrichment、Benchtop NGS測序與消耗品、以及新的測序機器。

近幾年來，我國DNA測序市場火速發展，以華大基因為龍頭的測序類公司均實現100%以上的復合增長；2007-2010年4年間，我國DNA測序的收入每年以200%的速度增長，2009年收入達到3.6億元，2010年突破7億元。

據華大基因展廳內公開的數據則顯示，2012年，華大基因科技服務的年度總銷售額11.05億元，其中國內業務約為7.5億元左右，按華大基因業務占全國70%左右計算，我國2012年DNA測序規模（服務類產品）在11億元左右。

具體內容詳見前瞻產業研究院發布的《2015-2020年全球DNA測序行業商業模式與投資預測分析報告》。

全球DNA測序行業國際知名企業

羅氏454生命科學

Illumina

ABI

應用生物系統公司

Helicos BioSciences

Life Technologies

Bowtie

TopHat

Splice Map

Cufflinks

全球DNA測序行業國內領先企業

深圳華大基因科技有限公司

生工生物工程（上海）有限公司

上海美吉生物醫藥科技有限公司

上海敏芯信息科技有限公司

上海康成生物工程有限公司

北京貝瑞和康生物技術有限公司

北京博萊明創生物技術有限公司

北京華大中生科技發展有限公司

上海派森諾生物科技有限公司

北京怡美通德科技發展有限公司

全球DNA測序行業五力競爭模型分析

現有競爭者分析

基因組領域大致分為設備、測序與應用這三大塊，其中有含金量的是測序設備的研發與臨床應用的開發。目前，測序儀市場主要被國外公司所占據。作為科技部"十二五"這一領域規劃的參與者，未來國家將著手研發高通量測序儀。至于測序過程本身，現在的儀器都是高度自動化，后期的數據分析也有成熟軟件，并無多少科技含量，但國內企業基本都集中在這一塊，其中以華大基因為龍頭，并已開拓至海外市場，我國提供了全球測序服務了一大半。

目前，在基因測序儀市場，特別是第二代測序儀市場，Illumina穩坐全球市場頭把交椅。公開數據顯示，Illumina第二代測序儀Solexa占據了全球市場約60%的市場份額--僅僅在中國，2010年初，華大基因以每臺69萬美元的價格買下了Illumina128臺高通量基因測序儀。位列二三名的，是羅氏的454平臺及Life Tech的SOLID平臺。

潛在進入者分析

基因測序前期研發需要投入大量的資金，且研發周期較長，對技術的要求很高，因此不具備資金規模、技術要求的企業則很難進入該領域。這些天然的資金壁壘、技術壁壘使新進入者威脅大大降低。但應該看到有很多企業采取并購的方式進入行業，比如羅氏購買Branford的454公司從而進入基因測序領域，現欲收購Illumina；還有些同類型企業、生物芯片公司利用技術相近的特點進入測序行業。

供應商議價能力分析

基因測序的供應商主要指的是DNA測序儀，Illumina擁有測序市場最大的份額，與羅氏、美國生命科技公司等幾大公司壟斷了整個測序儀市場，而提供測序服務的企業必須購買測序儀，沒有其他的任何替代品，因而提供測序服務的公司對其議價能力較低。從國內最大的測序公司--華大基因來看，于2010年購買了128臺Illumina公司的新測序儀HiSeq 2000，每臺價格69萬美元，如此大規模的購買，仍然是依從Illumina的定價。

購買者議價能力分析

DNA測序的供求雙方存在信息不對稱，顧客無從得知什么樣的價格才是合理的，所以顧客對DNA測序的議價能力較弱。但應該看到，隨著技術的快速進步，人類基因組的測序費用降至1萬美元以下，未來甚至有可能下降到1000美元，加入測序行業的公司也不斷增加，這使測序企業的議價能力有所減弱。

替代品的威脅分析

從醫療應用領域來看，基因測序并不是個性化治療的唯一基礎，其他還包括基因治療等其他技術基礎。另外，目前確定疾病基因位點的方法很多，相對于測序技術及也有很多同樣便宜和快捷的。但是從整體來看，DNA測序的創新程度很高，具有較強的壟斷性，沒有完全替代品。