谈谈NGS仪器的行业、一些型号以及竞争（上）

谈谈NGS仪器的行业、一些型号以及竞争

——关于回顾

——关于行业的问题和方向

——关于一些型号评价和市场竞争

关于回顾

      这几年有一个变化，NGS仪器出来了一些新的厂家，国内国外都有，产品渐渐迭代成熟。NGS市场搞了十来年，应用市场的渗透率仍然不高。究其根本原因，还是在于仪器平台和测序原理问题。新仪器开发者的出现，有助于推动NGS市场的变化，再次带来了希望的曙光。

      NGS正式的开端是Jonathan Rothberg创立的454 Life Science，早期市场上NGS仪器厂家是Illumina和Applied Biosystem（ABI）以及罗氏诊断（收购了454）三家，都是偏科研型的设备。ABI并购为Life Technologies公司（Life）之后，收购了Ion Torrent，逐步停产了原有的SOLiD。Ion Torrent时间快，具备应用市场的基本特点，国内NGS的临床应用市场起源于Life Technologies在中国的开拓和实践。454在2013年停产，2014年以前，NGS市场主要是Life和Illumina两家间竞争。

      2014年以后，随着Life被Thermo Fisher收购带来的变化，Ion Torrent不再是公司重点产品。华大基因收购了美国的Complete Genomics（CG），从不被外界看好到成功商业化推出多个型号，殊为不易。CG原先的缺陷很多，连核心原料也有问题，基本只能走中心化收样模式。华大最终几乎是大改特改，这一段路，辛酸不足道与外人，成就亦无需他人来夸。同时，也打破了NGS开发的神秘感，激励了更多国产NGS公司的出现。近10年来，国内NGS市场的竞争主要在Illumina和华大智造之间展开。

      大约从2012年起，资本市场将NGS作为追逐的热点，催生了许多应用NGS开发产品和服务的公司。尽管大量的钱投进来，但NGS在应用市场的渗透率一直还是很低，与另一分子平台定量PCR相比有天壤之别，中国和全球都是。资本市场投资NGS十年来，回报寥寥，多少NGS公司当初想活于田园，眼下却都活在锅里，难免让人产生一些困惑，甚至怀疑NGS有无前景。

关于行业的问题和方向

      比尔盖茨说过，人们总是高估新兴技术出现后的第一个五年，对第二个五年往往低估。我觉得NGS可以把时间改成十年，人们高估了NGS的第一个十年，却可能低估了NGS的第二个十年。须知定量PCR技术的市场成熟，其实也用了将近15年。

      NGS刚出现时，首先大家用来做大规模测序如WGS（全基因组测序），因为这是最能感受到下一代测序和一代Sanger测序区别的地方——测序成本和测序时间都极度降低。这又反过来影响了仪器设计者后续改进的思路：不断去降低单G数据的成本，以支持更多大规模测序项目变得可行。

      这种设计方向，更适合的仍然是科研市场。虽然单G测序成本在不断降低，甚至到了一二十块RMB，却是不得不靠一次性运行更多的样本才能实现的，开机成本很高。而在应用市场，当采购者在比较测序方案的成本的时候，至少要包括四个方面——硬件成本+试剂成本+时间成本+人力成本。在市场齐奏赞歌的时代，试剂成本以外的三项成本被有意无意忽视了。但是，应用市场更多存在于大量的中小实验室而非大型中心，面对这些客户降低整体成本的诉求，过高通量的NGS设备，很难创造出真正合适的解决方案。

      从科研领域到应用领域，一项技术路线要推广开，就一定要小型化。因为小型化才能带来更多的使用客户，从而衍生出广大的市场。这方面，ABI在推广定量PCR仪方面就非常成功。一开始推出的型号7700是384孔的通量，用户基本是一些大实验室，但随后ABI就推出了96孔的7000型，确定了行业标准，目标是让每一个实验室桌面上都能有一台定量PCR。在这一思想的指导下，ABI主推7000型包括后面的7300，7500，使得定量PCR仪很快成为了每个分子生物实验室的标配，定量PCR也成为最广泛使用的分子诊断技术。

      推动整个行业和应用市场的发展，光靠大通量NGS是做不起来的。NGS小型化，对于应用市场的用户来说，首先是硬件成本降低，其次是流程的成本包括数据产出-存储-分析的降低，这里面试剂成本、人力成本、时间成本都是相关联的。为了使成本更有效，基于应用市场的需求，出现了靶向测序（target sequencing）的概念。相对于WGS，靶向测序使得用户更加集中于对目标明确选定的基因区域测序，数据量也随之下降，能够最大限度地利用测序reads，大部分时候，一个样本的靶向测序Panel，数据量不会超过几个G，因此，Panel更适合用在通量较小的桌面型NGS上，性价比更高，符合应用市场对于整体综合成本下降的需求。

      但我们面临的现实是，虽说测序成本号称已经在根据摩尔定律降低，但当下应用市场的用户使用NGS的成本，其实并不能让人高兴。特别是小型化的桌面NGS，各家厂家的试剂价格都很高。

      为什么桌面型NGS的试剂成本更贵呢？这个估计与公司经营策略有关。比如Illumina公司的产品线很单一，测序试剂的比重最大。作为已上市公司，考虑到稳定股价等等因素，测序试剂的毛利必须要维持在比较高的程度。如果小型NGS的测序试剂成本下来了，那就会减少买大通量NGS的客户，而小型NGS卖多了，又会产生销售渠道、技术支持、装机、售后维修的支出上升的问题。这个问题放到别的NGS公司身上，一样存在。

      为了能进入应用市场，许多公司不得已只能削足适履，出现了变形的商业模式。以临床市场为例，用了小型化的NGS比如Miseq Dx报了注册证，却发现小型NGS的试剂非常贵，1个G就要1000多块，为了降低成本，大家只能挂羊头卖狗肉，试剂盒进了院，把报证用的小通量NGS设备或投或卖给医院，又不得不把样本送出去到超高通量的NGS仪器上测序以图成本降低，而这些动辄好几个T的高通量NGS平台，收到临床样本也很难立刻测序，因为每个样本的数据顶多几个G，要等凑到足够多的样本才能开机，加上这种仪器平台建库要1天，跑一次要2天，于是临床客户和病人都只能在等。可是医院因为病床周转率的要求，病人一般不到一周就出院，等到出院了，都回老家了，NGS结果还没拿到。最终的结果，是院内的NGS设备基本都用不起来，市场渗透率上不去。

      这类模式还有其他的问题，比如大通量的NGS，由于下机数据的波动问题，其实测序数据并不能少于1个G，那么有些只需要几十M或几百M数据的Panel，送到大通量NGS上其实就有数据成本的浪费。又比如由于光学部件部分没有遮挡，机器在医院长期不用容易积灰，影响有效数据产出不说，还容易损坏，后续的每年校正、零部件更换、维保成本都不低。

      有一种一叶障目的观点，认为从临床市场来看，医院其实并不想把检测费用收的很低，因为影响了医院的收入。但事实上，NGS检测在患者中没有普及的主要原因就是因为价格和时间。特别是国内医疗市场接下来这几年支付方医保或自费都没钱，加上临床收费定价标准、市场竞争等因素的存在，终端价格下行是个不可逆转的趋势。举例来说，我国肺癌的人数占全球患者的1/3，在国家部门的积极推动下，肺癌的诊疗费用已经大为下降（下图），相对于其他项目，基因检测的价格就显得格外突出，要让更多人愿意接受NGS检测，未来合理的价格，可能也就在3000元左右。

      市场价格在下降，企业要保持足够的毛利，必须得寻求降低成本的方法。靶向测序是在应用市场降低NGS成本的有效途径，也是目前最多使用的测序路线。但随着临床场景的深入，面对DNA总量很低如液体活检，或是早期检测时突变丰度较低的情况，相关的测序成本还很高。此时常规的Panel仍然不得不需要很高的测序深度，导至测序数据量继续上升，像Natera公司的MRD，测序深度需要达到10万X以上。而测序Panel的数据量大小则关系到仪器型号、芯片大小、一次上机样本数量、测序时间的选择。理论上，在保证检出的前提下，测序的Panel数据量越小越好。测序数据量计算大致相当于Panel大小×测序深度，如一个Panel大小为1M（考虑到捕获效率和UMI校正等因素），深度在1万X的时候，测序数据量就需要10G。这样一来，某些型号如Miseq Dx、DNBSeq-E25就无法使用，因为仪器本身一张芯片通量最大也就7.5G。而Nextseq 550Dx或是G99这样的型号，又带来硬件价格更高和测序时间更长的问题。

      小型桌面化NGS仪器当然更适合于临床，但是试剂成本通常也较中高通量NGS仪器为贵，一个出路是发展突变测序的创新技术，其思想是在靶向测序只选择目标基因组区域的基础上更进一步，只选择突变的区域来进行测序，即把突变富集扩增的PCR步骤引入测序流程。这方面有BDA、Cold-PCR，WTB-PCR、MEMO等技术，特点是选择性地富集目标突变序列进行扩增，放大突变信号，以提高扩增的信噪比。经过突变富集扩增后的DNA去测序，数据量非常小。打个极端比方，客户花了100万去测序，实际上需要的目标序列（突变部分）只有1万，而99万都是花在了不需要的野生型序列的测序上。因此通过创新的技术手段将突变富集以后测序，可以大大减少所需的测序深度，数据量大为下降，成本随之大幅降低。通过这一技术方向开发的产品，终端价格可以为更多患者所接受，从而扩大市场渗透率。

      除了小型化和突变测序以外，扩展NGS市场的另一个出路是解决长读长。

      长读长有助于拓展市场。短读长测序通常只能测300kb以内，这导至它对某些检测难以达到满意的结果。长度长可以测10 kb至数Mb，因此可以直接跨越内含子的断裂点，这一特点使得长读长在可变剪切测序、融合基因检测等方面更加具有优势。而融合基因、可变剪切的检出率提高，有助于扩大在临床和其他应用市场的使用。

（待续）