分子酶，谁在引领未来？

二维码

黄工最近见了一位新朋友，他是复旦大学的高材生，毕业后先后在罗氏、赛默飞等IVD和生命科学巨头工作。前几年突然从世界500强辞职，转身加入了一家分子酶的初创企业。对于这一选择，黄工满是好奇：是什么魅力，吸引了他的加入。
近几年，分子POCT赛道，很火！分子酶作为其核心原料，国内外竞争者有几十家，竞争异常激烈。分子酶的市场规模和机会点是什么？分子POCT爆发对分子酶提出哪些要求？国内分子酶的技术和应用现状？分子酶未满足需求有哪些？NGS企业困境和出路是什么？肿瘤早筛市场有哪些新突破？分子酶后来者能否弯道超车？
带着好奇与疑问，黄工专门飞到上海，和这位朋友做了深入面谈。


|  采访实录  黄工



  “利用全球一流分子酶研发平台，为中国用户赋能”

  黄工：很荣幸采访到张总。在分子酶这个领域，全球前5大厂商，市场份额超40%。海外头部知名厂商超10家，国内超过30家。赛道卷，全球市场集中度高。张总如何看待这个市场，作为新创企业此时进入还有哪些机会？我们的判断逻辑是什么？
  张宇：分子酶的市场需求很大，全球增速很快。分子酶不仅大规模应用在体外诊断、临床测序等领域，还在生物合成、基因编辑等新兴领域中都作为上游核心原料，好比芯片之于信息产业、发动机之于航空航天产业一样，分子酶是基因产业的核心技术之一。



图1：分子酶已成为基因组学、体外诊断、生物医药产业基石之一

PCR和测序等技术平台依赖分子酶在体外对核酸扩增和修饰的功能来实现基因序列的读取（“读”），被广泛用于分子诊断和临床测序应用中，包括生育学、遗传学、肿瘤学、微生物学、神经学、免疫学等各种学科。经过新冠疫情和精准医学领域未满足需求的市场刺激，分子酶的需求也水涨船高。
近年来，随着抗体-寡核苷酸偶联（Antibody-Oligonucleotide Conjugation，AOC）、mRNA展示（mRNA Display）、适配体（Aptamer）等技术的日趋成熟和商业化，“生化及免疫检测的分子化”的时代或已开启，“读”的边界正在迅速扩张。



图2：几种“免疫检测分子化”的方法学原理及代表企业

过去，生化学、免疫学检测往往受限于靶标的丰度和显色反应的灵敏度，对低丰度的蛋白、多肽、抗原和抗体等生物标志物的检测无能为力，而且这些标志物也无法像核酸那样进行体外扩增和富集，因此检测限一直是制约其检测能力的瓶颈。现在通过AOC和mRNA展示技术可将能识别靶标的配体与特异的寡核酸序列相结合，即便样品中靶标丰度很低，但只要发生了靶标和配体间的复合反应，后续均可通过PCR将复合物上标记的微量特异序列经指数扩增后再读取，从而实现对原始靶标的准确识别及定量，突破了检测限和特异性的瓶颈。
目前，AOC或mRNA展示均可实现低至fg级别的上述标志物的检测灵敏度，而且通过特异的抗原抗体反应、以及多重抗原抗体反应等方法来提高检测的特异性，大大拓展了核酸检测的应用边界。可以预见，这些新崛起的技术平台也有望大规模应用到差异化的临床应用中，比如过敏原、阿尔茨海默症、系统性红斑狼疮、肌萎缩侧索硬化症（渐冻症）、血小板减少性紫癫、无菌性炎症等棘手疾病的检测应用中。
基因编辑（“编”）和基因合成（“写”）同样依赖特定功能的分子酶来实现，像基因编辑酶（如Cas酶）、组装酶（如DNA聚合酶及连接酶）、合成酶（如具有末端转移活性的DNA聚合酶）等。基因编辑与合成已被大规模应用到疫苗、抗体药、细胞药和基因药的开发和生产当中，需求量未来也会大幅提升。



图3：BCC Research对全球基因行业市场总量及增速的预测

根据BCC Research的分析，全球基因行业“读”、“编”、“写”的市场总量今年将达到430亿美元规模，年复合增长率超20%，其中“读”部分的市场最为成熟，占比超六成，但“编”部分的市场发展最快，年复合增长率达39%。



图4：Precedence Research和Grand Views Research对全球及美国市场分子酶总量及增速的预测

从另一个更细分的角度，两家独立的市场分析机构Precedence Research和Grand View Research同时做出了相似的预测。他们聚焦分析了基因行业上游的分子酶市场的总量及增速，并细分到了地域和分子酶种类。
数据显示，当前全球分子酶市场总量达到了204亿美元，年复合增速近14%，其中北美市场占据了近半壁江山，而亚太市场和欧洲市场平分秋色。分子酶种类方面，PCR和测序应用所需的各种DNA聚合酶和逆转录酶的市场份额已超过了50%，而表观组学必需的甲基化修饰酶和耐受尿嘧啶的高保真聚合酶等新品类正在迅速崛起。
然而，中国市场似乎并未与全球市场“同频共振”，国内的基因行业正在经历前所未有的寒冬。虽然在2021年，国内某试剂龙头企业在上市申请时提交的市场规模预测（来自头豹研究院）显示，2023年度中国分子试剂的市场规模可达166亿元。但只经过短短2年，该企业披露的2023年报却显示，所有试剂类产品（含分子和生化免疫）的境内销售额约为11.59亿元（约合1.63亿美元），仅是中国市场总量预测值的7%，仅为美国实际市场总量的2.7%，这还是包含了所有类型试剂的前提下。如果连龙头企业的市场份额也只有7%，那么中国市场不是预测的过于乐观，就是整个市场呈现高度分散化，可想而知背后的竞争会是何等的惨烈。



图5：头豹研究院对中国分子类试剂的市场规模的预测



图6：国内分子试剂龙头上市企业的2023年度财报

目前大家普遍体感很“内卷”，同业价格战无休无止，想出海但远水解不了近渴，终端检测需求还被糟糕的宏观经济拖累，以及严厉的医疗反腐行动所暂时影响，不断造成基因检测企业的业务量萎缩和人员裁撤。即便是头部企业，也难逃“生存以上，生活以下”的窘迫。
国内外市场的“冰火两重天”背后反映出来的是不同的增长逻辑。国外市场更多依赖应用创新和需求扩张来增长，而国内市场目前则更多依赖“国产替代”红利在增长。前者关注“增量”，而后者关注“存量”。尤其是欧美市场已经形成了完善和成熟的生物医药风险投资、监管准入和保险支付等体系，各种创新的基因检测产品层出不穷，终端需求也在持续放大。反观国内市场，这三个环节都处于起步和追赶阶段，任重道远，产业链条未能开足马力，需求未能充分释放。一旦“存量”萎缩或者“分蛋糕”的人变多，那么“内卷”就必然发生。“内卷”不仅造成了大量宝贵的、本该用于发展的资源的浪费，更打击全行业的信心，从而在源头上扼杀了创新。因此，“内卷”必定不得人心，这也是国家近来强调“新质生产力”的重要原因。“新质”的内核就是要以“创新”作为驱动力，提升“全要素”效率和“智能化”水平，实现资源的有效利用、产业的战略转型和高质量发展。
我们认为中国市场宏观向好的大趋势和营商环境并未改变，未来国家也会持续加大力度鼓励创新，完善产业链条的各个环节，这是我们的机会。
过去两年的艰难窘迫一部分原因是由于新冠疫情催生的泡沫尚待出清；一部分原因是因为美元加息和中美脱钩等地缘政治背景，美国风险资本回流造成了中国创新企业的“断水断粮”，尤其高投资风险的生物医药企业所受的影响更甚；更有一大部分原因归咎于之前行业的高速发展和监管脱节导致的同业资质良莠不齐，无序扩张和违规操作，以及低效同质化竞争等局面，最终导致了“劣币驱逐良币”，不得不大规模拨乱反正。
但这样的情况已在2024年下半年有所改善，相信更多的利好政策也正在路上。根据“基因江湖”公众号发布的数据，2024年国内NGS获批产品的数量已达到了14款（不含分析软件），为近10年之最。监管层已在向市场释放积极的信号，不断有新的测序仪和基因检测产品获得市场准入，不少生殖领域的基因检测产品更是已被纳入了医保，多款基于游离核酸（cfDNA）的肿瘤NGS检测和早筛产品纷纷进入了国家药监局（NMPA）器审中心（CMDE）的创新审批通道。随着更多力度更大的财政政策的实施，优质企业“缺钱”的情况可能也会有一定程度的缓解，相信这是行业恢复信心和活力的基石。



图7：中国NMPA历年批准的NGS产品的数量（“基因江湖”公众号整理）

之后，随着落后产能的淘汰和行业结构的调整，我们会观察到企业的核心竞争力将从“技术力”和“营销力”逐渐向“产品力”和“医学力”倾斜，即需要企业以“用户需求”、“使用场景”和“临床价值”为中心打磨好产品，差异化竞争，深耕未满足的临床细分市场，而不能一味只追求产品技术参数堆砌、商业模式炒作、同质化替代和低价竞争。
作为一家上游分子酶原料的新进企业，我们进入中国市场求发展的底层逻辑就是：利用我们全球一流的分子酶研发平台，围绕中国用户的应用需求、使用场景和临床价值，以友好的价格提供高性能的临床测序和分子诊断酶产品，助力中下游应用开发和服务的客户更好地打磨消费级、科研级和诊断级的产品及服务，从而实现差异化价值。
性能的提升当然不能仅依靠传统的研发思路和平台，还要引入“酶工程”和“人工智能”领域的前沿技术；价格的友好当然也不能以牺牲产品质量和服务为代价，而要提升整体的运营效率和供应链能力。我后面会再具体说明我们的研发和运营战略。
坚持“差异化”是我们避免陷入“内卷”的战略定力，但这并不是一条容易的路，因此我们也做好了“持久战”的准备。
中国市场很大也很多元化，价格战注定是不可持续的，行稳才能致远。只有坚持做对产品，做好产品，并以合理的价格提供高质量的产品和服务才能走得更远。作为一个外资品牌，我们看到了当下“国产替代”的洪流给所有进口品牌带来的压力，但我们也欣喜看到了市场的未满足需求和潜力，稳健地走出了一方天地，2024年逆势大涨，赢得了不少头部企业的认可与合作。
  黄工：沃奇酶科的创始团队很豪华，堪称分子领域的“梦之队”。能否简要介绍，几位核心创始人的背景？以及创业初衷？
  张宇：Watchmaker Genomics成立于2019年初，出于员工分布和全球化供应链战略的考虑，一开始便建立了“双总部”体系。美国总部位于科罗拉多州博尔德市（Boulder, Colorado），南非总部位于开普敦市（Cape Town，South Africa），中国办公驻地位于北京和上海。
2022年4月，Watchmaker完成A轮融资4千万美元，用于完善生产和质量控制的基础设施，商业化全新的蛋白质工程研发平台，并加速中国区的业务推广。目前公司已经通过现有产品的销售实现了盈利，现金流充裕。
Watchmaker是一家专注提供分子酶与基因组学创新解决方案的企业，由Kapa Biosystems，Enzymatics和Archer Dx的核心创始人成立，他们分别在酶工程，酶生产工艺与定制化，以及计算生物学和人工智能领域有所建树。



图8：Watchmaker Genomics创始人

第一位创始人是Trey Foskett，现任公司首席执行官。他曾是Kapa Biosystems的联合创始人及CTO。2015年Kapa被罗氏诊断（Roche Diagnostics）全面收购后，Trey继续在罗氏担任测序和生命科学业务副总裁，直至联合创立Watchmaker。
第二位创始人是Brian Kudlow，现任公司首席科学家。他曾是赛默飞世尔（Thermo Fisher）的高级科学家，后在Archer Dx任研发副总裁，同时负责湿实验室以及信息学和软件开发，直至联合创立Watchmaker。Archer Dx是一家很早就将NGS技术应用于肿瘤学检测的公司，2013年被Enzymatics收购，2015年当Enzymatics的酶学部门被凯杰（Qiagen）收购后继续独立营运，直至2022年被丹纳赫（Danaher）整体收购。
第三位创始人是Stephen Picone，现任公司首席战略官。他曾在纽英伦（New England Biolabs，NEB）负责产品生产与质控，后联合创立Enzymatics并担任CEO及CSO。2015年Enzymatic的酶学部门（Enzyme Solutions Unit）被凯杰整体收购，他继续专注在Archer Dx直至联合创立Watchmaker。
相信您已经看出来三个创始人这样整合的意义。Kapa是最早将蛋白质工程技术应用于PCR和NGS分子酶开发的公司，诞生了一系列至今还在热销的分子酶产品，包括Kapa HiFi，Kapa2G，Kapa3G等。Enzymatics具有先进的大规模酶生产及定制化的工业体系。Archer Dx擅长临床诊断产品的设计和开发，并在计算生物学领域积淀深厚。强强联合后，三个创始人可打通从分子酶理性设计（Rationale Design）、高通量定向进化（Directed Evolution）筛选、大规模高纯度酶原料生产及定制、到创新临床诊断产品开发的这一整条价值链。
我们一致认为，过去10年包括Kapa在内的很多工具酶开发公司的产品研发方向主要是在为实验室开发测试（LDT）和仅用于科研（RUO）的工作环境服务，并不满足临床应用对酶工作性能（灵敏度和特异性）及检测流程的严苛要求。
未来临床分子诊断的发展绝不会仅停留在DNA分子上，也不会仅停留在单一组学层面上，对生物信息的解析精度更不会仅停留在大量（Bulk）DNA的水平上，我们看到了很多机会，比如游离核酸（cfDNA），单细胞（Single-cell）和空间（Spatial）分析，DNA+RNA、DNA+甲基化、DNA+蛋白共检等，要迈向这些领域，我们必须建立起一整套高效的酶工程平台，将所需的核心酶从科研应用水平优化到临床应用水平，使核心酶变得更高效、更准确、更便宜。
酶工程的技术发展很快，除了定向进化之外，微流控（Microfluidics）、人工智能(Artificial Intelligence)、自动化(Automation)等新技术都在推动酶工程的底层技术，我们认为时机已经成熟。Watchmaker引入了这些新技术，在短短2年内就完成了不少临床应用必需的核心酶的优化项目，比如高保真PCR酶，甲基化修饰酶，抗抑耐热的逆转录酶，抗抑快速的Taq酶，RPA等温扩增酶等等。以过去的研发思路和效率，这几乎是不可能完成的任务。
更令人兴奋的一点是，过去由于研发大数据的缺失，虽然能筛到一些性状不错的酶突变体，但研发人员很难弄清楚这些优秀的性状从何而来，因此也就更容易丢失它们。“知其然，不知其所以然”的问题导致了分子酶在研发迭代过程中，优秀性状很难被发现、改造和保留。Watchmaker利用人工智能和研发大数据克服了这些局限，当然我们还有很长的路要走，但曙光已现。我会在后面举例介绍我们的高保真PCR酶项目。未来等数据库越来越完善，我们还可以开展CRO业务，为生命科学公司和体外诊断公司提供个性化的设计和优化服务。
  黄工：张总和沃奇酶科有怎样的渊源，是什么吸引了你的加入？在担任中国区总经理前，你的主要经历是什么？
  张宇：我们Watchmaker整个中国区团队，都是在罗氏跟Kapa的创始团队结缘，之后有了继续追随他们在Watchmaker去实现更大愿景的机会。我们还在罗氏工作时，正值Kapa被罗氏收购。我当时负责Kapa整个产品线在中国区的落地和推广，现在团队中的销售或者应用支持负责人，原来也都是为这个项目服务。大家对Kapa都有非常深的感情，也对创始团队有很强的信任，所以Watchmaker在中国起步的时候一切都很顺利。
Watchmaker在2022年踏入中国，我们都是在疫情最汹涌的时候毅然选择了与Watchmaker开始一段全新的、未知的征程，这是很不容易的。那是最不合适换工作或者创业的一段时间，而且一个全新的外资品牌和产品要打入一个以“国产替代”为主旋律的市场看上去更是难上加难。我很庆幸我们有一个很好的团队，过硬的专业素养加上彼此的信任和对前景的信念支撑了我们走过最初的艰难时刻。
最吸引我的，除了Watchmaker的技术和产品的硬实力之外，“以人为中心”的团队理念和管理风格的软实力也是非常重要的因素。硬实力前面说了很多了，软实力方面简要来说就是互认、互助、互信。“以人为中心”不仅仅是针对内部管理而言的，在面对客户时更是如此。
我个人的经历比较多元，择业的主要考虑就是想围绕自己的专业做一些有价值的事情。我毕业于药物化学专业，和酶学方向还是非常匹配的。毕业之后我短暂做过快消品行业，基于上述考虑很快就决定从事更加适合自己的生命科学方向。因此我加入了杜邦（DuPont）分子诊断部门，从事食品和药品安全检测的销售和市场工作，主要是病原微生物的快检和鉴定应用，面对药检、疾控、食药品制造企业等类型的客户。
在这段经历中，我逐渐接触到NGS技术，并认定这是一个革命性的市场机遇，所以从工业微生物领域转向了转化医学和临床测序方向。当时正值无创产前筛查（NIPT）和肿瘤NGS如火如荼的年代，我有幸加入了赛默飞的基因科学部（GSD），负责Ion Torrent产品线的管理及推广工作。之后无论是加入罗氏诊断还是选择BioSkryb和Mission Bio则都是出于更往上游试剂和应用靠拢的因素考虑，前面提到在这段经历中我有幸和Kapa结缘，并为现在的Watchmaker铺垫好了基础。



“分子酶开发策略：定向进化2.0”

  黄工：从全球范围看，分子酶的合成改造技术路线有哪些？2018年诺贝尔化学奖，授予美国科学家Frances H.Arnold，奖励她实现了“酶的定向进化”。如何理解这个技术在分子酶领域改造的作用和价值？
  张宇：酶的发现和改造的技术路线大致经历了三个阶段：野生酶的分离和克隆，化学修饰，到目前最热门的酶工程。



图9：酶的发现和改造

从天然环境中分离和克隆的野生酶往往有各种各样的局限性，酶学性能的“天花板”主要取决于分离到这些酶的自然环境，这是典型的自然选择和进化。野生酶虽然可以胜任大多数科学研究用途，但在体外诊断、生物合成和生物医药这样的专用场景往往就会“力不从心”，前面提到的活性不足或不稳定、功能性不够专一或特异、抗抑制性不够强，甚至难以大规模生产等都会制约酶在专用场景的商业化应用。
化学修饰和蛋白质工程是目前优化野生酶的主要手段。但化学修饰往往依赖对酶的序列、空间结构、活性基团与酶学性状和功能之间的关联（即“序效关系”，Sequence-Activity Relationship，SAR）有明确的认知才能开展，改造难度较大。因此，蛋白质工程是目前更热门和主流的手段，得益于基因测序、定点突变、DNA和蛋白重组（Recombinant DNA and Protein）以及定向进化等技术的出现和成熟，其中又以定向进化最为重要。



图10：酶的定向进化获得诺贝尔化学奖

Arnold博士及其团队最早提出了定向进化的概念并开发了一整套方法学，做出了卓越的贡献，因此在2018年获得了诺贝尔化学奖。前面提到野生酶都来自于自然环境，也就是自然选择和进化的结果。定向进化就是通过模拟和加速自然选择的过程来筛选符合要求的酶分子，不仅克服了自然进化时间长和效率低的问题，而且更容易定向地强化所需的性状，实操性更强，应用潜力更大，且它的革命性还在于，定向进化打破了“中心法则”的黑盒子，即在不了解酶的“序效关系”的时候仍然可以快速筛选出满足要求的酶分子，提供了发现和获得高性能酶的方法。
当然，定向进化从科研走向产业也不是一蹴而就的事情，从1991年发明这项技术到现在产业界成熟应用也已经走过了30多年，Arnold团队对此亦有突出的贡献。他们开发了易错PCR（error-prone PCR，epPCR）等方法来丰富酶突变体库，使定向进化的效率和成功率大大提高，从科研走向了工业。近年来Arnold 团队依然在引领行业的发展，开发出了更多新工具，大大降低了酶的改造难度。
  黄工：Watchmaker的分子酶，是如何改造优化的？
  张宇：我在介绍创始人的时候提到过，Watchmaker重启征程的初心之一就是，运用最新的酶工程技术，来提供满足临床应用所需的酶原料和成套产品。当经典定向进化技术遇上微流控、深度测序（Deep Sequencing）、大数据（Big Data）、人工智能和自动化时，将爆发出更大的生产力和想象空间。



图11：Watchmaker的酶工程研发平台

经典定向进化技术在当下转化研究和临床应用的背景下，遇到了一些新的瓶颈问题，主要体现在4个方面，尤其是后面2个问题对临床应用的影响更甚：
（1）幸存者偏差，即通过压力筛选的酶幸存者，其序列仍可能是非最优的，性状更优良的菌株可能在筛选过程中意外死亡。
（2）定向迭代的路径很长，开发的效率和成功率很低。
（3）筛选维度单一，难以满足临床应用的复合性要求。因为筛选实验设计的难度以及分析方法的局限性等问题，经典方法往往一次只能筛选一种酶学性状。但一个酶突变体的几种所需性状却又存在“此消彼长”的现象，即当定向强化了一种性状时，另外一种性状可能减弱甚至丢失。以对临床NGS非常重要的高保真PCR酶为例，扩增效率和保真性都是非常重要的，但它们是一对互相掣肘的性状，扩增效率高了，纠错能力就会减弱，如何同时筛选这两组性状，优化它们达到最佳的平衡是开发高保真PCR酶的核心难题之一。
（4）压力类型的局限性。PCR时代，酶筛选的压力实验设计往往针对的是诸如扩增效率、耐热性、对某些抑制剂的耐受性等这些直接可测量的性状指标，筛选实验的设计相对容易。但进入NGS时代，情况有较大的改变，许多优秀的性状并不是直接可测量的，例如高保真酶的保真性、均匀性，又如连接酶的连接效率和保真性，再如甲转酶的转化率和稳定性，这些都不是直接可测得的指标，往往需要后续更多的分析才能评价和优化，因此经典的筛选方法失灵了。
为了克服这些瓶颈问题，我们引入了新的系统，包括微流控、深度测序、大数据、人工智能和自动化。
微流控和深度测序平台可将每一个酶的突变体包裹在微滴中，进行各种压力测试后回收进行表型及基因型的分析，不仅可以评价诸如酶活、收率、耐受性等直接可测的酶学指标，还可分析测序应用关注的GC偏好性、覆盖度、转化率、错误率等间接指标，并同时测得产生这些性状的酶分子的序列，从而获得全面的“序效关系”数据。
大数据和人工智能平台不仅可对这些数据进行学习和建模，来掌握特定的一组压力条件下酶序列的基因位点与酶学性状之间的关联性，明确关键位点，还可对酶的空间结构、酶与底物和配体之间的互相作用等关键参数做出预测。
不同压力下获得的参数模型还可在更高维度上进行整合和建模，形成完整的酶学知识库，为酶的理性设计提供助力。
自动化可在摸索和调制酶的最适反应液配方这类繁琐的工作中帮助节省成本和劳动力，加速研发项目的进度。
也许这些原理听上去比较晦涩，我举一个高保真PCR酶的优化案例。
我们至今成功开发并上市了两代高保真酶产品（商品名为Equinox®），Equinox酶以及Equinox Plus酶。在Equinox酶的开发过程中，运用微流控和深度测序，我们对每一个酶突变体的覆盖均一性和错误率进行了测量和评价，最终选择一个最优的序列进行了产品化。
Sanger研究所的Michael Quail博士及其团队对Equinox酶以及其他20余种市售的高保真PCR酶进行了系统比较和评价，高度认可并推荐了Equinox酶，数据发表在《Microbial Genomics》期刊上（Quail, M. A., et al. (2024). "Identifying the best PCR enzyme for library amplification in NGS." Microbial Genomics 10(4). DOI：10.1099/mgen.0.001228）。



图12：Equinox酶的筛选与评价过程演示，每一个柱子和曲线代表一个特定酶突变体的错误率（及其错误类型）和均一性参数



图13：Equinox酶获得Sanger研究所的推荐，数据发表在《Microbial Genomics》期刊上

这个阶段性成果并不是开发项目的全部，Equinox酶的优化工作仍然在继续。通过人工智能的建模和分析，我们进一步掌握了高保真酶的序效关系和关键位点等信息，并在后续的筛选中锁定这些位点再进行探索，得到的第二代产品Equinox Plus酶不仅保留了一代酶在低GC偏好和高均一性等方面的优秀性状，更是在产量和保真性等指标上又有所突破。



图14：人工智能解析酶序列上与保真性相关的关键位点

  黄工：如何评价目前国内分子酶的技术和应用现状？能否对主要的进口和国产品牌，做些分析点评？
  张宇：我可能了解的并不全面，没有资格对具体的品牌进行点评，只能在宏观层面上谈谈我的看法。
从市场观察和用户反馈的角度来说，由于3年疫情防控催生的大量需求和全球不稳定的地缘政治形势，国内的分子酶厂牌如雨后春笋般涌现。国内厂家很好地把握住了病原体检测的大市场以及“国产替代”的时代机遇，取得了长足进步，并且在许多成熟应用上达到了用户对性能的要求，已经具备了规模优势，市场敏锐度高，新品开发速度快，不仅品类全，而且在定价和供应链方面的优势都远远超过了许多进口品牌。
不过，一些进口品牌仍然在底层核心技术积淀、产品创新、质量稳定性等方面占有一定的优势，使他们能在激烈的市场竞争环境中继续立足中国，占据着高性能诊断酶原料、肿瘤、辅助生殖、POCT、司法、单细胞和空间研究、基因合成与编辑等对性能要求比较高的应用赛道。
不可否认，当前国内分子酶市场的“同质化”和“内卷”现象是非常严重的，甚至已经到了非理性的程度，对行业长远的发展会有损害。为了争夺市场份额，保住现金流量，不少国产厂家以极低的价格在倾销产品，抢夺客户，虽然对中下游企业和研究型机构是利好，但极低的利润甚至零利润也牺牲了上游厂家持续研发和创新的能力，削弱了运维和质量管理水平，可能造成在中长期的竞争中出现疲态甚至掉队。
我认为“国产替代”并不是要提倡“中外对立”，在全球化合作如此深入和交织的今天，“脱钩”不顺天意，不合人心。思考如何有效的分工合作和利用市场资源，共同抵御风险，则显得更加重要和务实。中外同框竞争的格局还会一直持续下去，用户最终也会根据自身的需求做出理性的选择。在国产品牌崛起的同时，许多进口品牌也在积极响应“国产替代”的号召，加大本土研发和供应链的投入，比如赛默飞、罗氏、丹纳赫、因美纳、安捷伦、纽英伦等大厂纷纷都已完成了本土工厂的建设，成为“新国产”，给终端客户更多供应链的选择，这也会持续给到国产厂家压力，加大竞争强度。因此，所有人必须正视和调整自身的发展战略。
中外品牌竞争会是一场比拼实力与耐力的马拉松比赛。我们非常清楚Watchmaker的竞争优势和市场定位，中国会成为我们继北美中心和南非中心之后的第三个战略中心，本土化已箭在弦上。



“分子诊断POCT化，加速分子酶产品革新”

  黄工：在中国IVD市场，特别是临床测序和分子诊断领域，分子酶还有哪些未被满足的需求？
  张宇：从目前分子诊断技术的成熟度和市场需求来看，我认为三大趋势已经非常明朗，其中都离不开高性能分子酶的支撑，底层核心技术的重要性日益凸显。
首先，前处理简化和设备小型化。我们将看到随着PCR聚合酶、逆转录酶的活性和耐受性的增强，以及等温扩增酶的成熟和大规模商业化，POCT应用将大行其道，核酸提取和检测设备会进一步小型化，相关配套设施的要求会进一步弱化，分子诊断因此可变得更易去中心化，下沉到非中心区域以及扩展到更广泛的应用场景。
其次，流程自动化和报告即时化。临床应用将对分子诊断的标准化、自动化和时效性提出更高的需求。酶活性的增强可大大缩短反应时间，提高报告时效性。酶催化的多功能性和热启动性的提升也使得流程可以大幅简并、自动化，进一步缩短了报告时间。临床NGS也将变得更加标准化及可入院。
再者，标志物创新和检测性能升级。通过对分子酶的合理设计和定向进化筛选，分子检测的性能会进一步提高。未来，多靶点、多组学、多模态等新型和多重生物标志物也将走进临床应用，尤其是前面提到的AOC、mRNA展示、单细胞多组学等新型技术将使核酸、蛋白甚至是代谢标志物等都可通过PCR或测序进行同时检测，并可放大到单细胞水平的精度，高异质性疾病的精准诊断已经不再是神话，包括肿瘤、免疫和神经系统的许多复杂疾病，新型诊疗方法比如免疫治疗、细胞治疗和基因治疗等也能被更好地融入到医生的“武器库”中，最大化病人的获益。



图15：分子诊断的三大技术趋势

我知道黄工的IVD读者很多，我想就“分子诊断的POCT化”这个趋势具体聊聊分子酶的未满足需求和机会。
疫情3年催生了许多病原核酸检测的需求，qPCR的相关设施也大量装备到了中心医院和第三方医检所，检测资源的过度集中和过量在后疫情时代却成为了包袱，一线城市的检测价格卷出天际。但与此同时，二、三、四线某些地区却因为缺少PCR基础设施和专业人员，检测资源远远不足，对即时检测（POCT）类的产品有着很强烈的需求。
我们开发的快速、强效抗抑Taq酶（StellarTaq系列）、逆转录酶（StellarScript系列）和RPA酶（Recombinant Polymerase Amplification，重组酶和聚合酶扩增）等新产品则有了用武之地。
和野生酶相比，这些在抗抑制性能和扩增效率等方面经过严格筛选的强化酶在POCT应用上有着显著的优势，比如StellarTaq酶和StellarScript酶可直接用于血液、尿液、痰液、拭子等免提或粗提的定量PCR（qPCR）和数字PCR（dPCR）检测，检测时间更可缩短到10分钟以内。再比如Watchmaker RPA酶可在较低的工作温度（30℃）下进行等温扩增检测，灵敏度和特异性高，批次效应小，特别是摆脱了升降温的工作流程，大幅降低了对检测设备和洁净环境的要求，使现场检测、居家检测等新颖的应用场景成为了可能。我们的StellarTaq酶已经大规模地应用到了国外知名的居家检测产品上，在国内也已被主要的dPCR厂家和肿瘤早筛厂家认可。



图16：StellarTaq酶的性能参数优异，满足主流POCT和PCR厂商的应用要求，丰富了他们的产品线和应用场景

  黄工：目前NGS主要做科研还是临床，NGS企业的困境和市场趋势是什么？
  张宇：如果以2005年454公司推出首台基于焦磷酸测序原理的高通量基因测序仪来算的话，到今年，NGS已经整整走过20年。现在，NGS已经不仅仅是大规模应用的科研工具，更在转化医学和临床应用中扮演越来越重要的角色，相信未来体外诊断中必有NGS一席。
前面提到，高异质性疾病的攻克还是世界性难题。所谓高异质性是指一类疾病在不同个体之间表现出显著的临床差异，这些差异可能体现在病因、发病机制、病理特征、临床表现、疾病进程、治疗反应以及预后等多个方面，像肿瘤、神经退行性疾病、自体免疫性疾病等都是很典型的高异质性疾病。其实严格来讲，每种疾病都是异质性的，包括看似很常见的、病原很明确的感染性疾病，病原体会有各种突变，病人也对同种病原体有着不同的易感性和免疫反应，当然治疗方法可能也就会有区别。
而NGS有着高通量、高灵敏、高精度的技术特点，能同时对多靶点、多组学、多模态的疾病标志物进行全面、精准和多层次的解析，天生适合对付高异质性疾病的挑战。这也是为什么这两年即便有成熟的PCR技术手段，靶向病原检测产品（tNGS）和宏病原检测产品（mNGS）依然能成为MDx领域的爆款，更别说疾病机制更加复杂、更加缺少技术手段的肿瘤、神经、生殖、遗传和免疫领域的应用了，说明市场对这些产品有很强烈的需求。
我想你说的比较困难的NGS企业可能是目前正在从事LDT的那些。宏观原因不赘述了。从技术转化和临床价值的方面来讲，他们面临的困难也是很多创新技术应用到体外诊断过程中会面临的挑战，尤其在市场准入环节，这些困难主要是NGS临床转化的困难。
有三方面原因：一是产品本身的体验还不够好（易用性、时效性、成本等），二是IVD产品或LDT服务的质控、信息解读和标准化有难度，三是医学价值及其临床证据还不充分。尤其后两者是非常挑战的！
NGS对体外诊断来说还非常新，过去的注册路径和经验不能直接套用，对NGS产品或服务的审评程序和监察管理还需要时间和全行业的共同努力去完善，跳出路径依赖往往是创新的第一步。
医学价值的证明则是另外一个需要大量时间和资源的瓶颈问题，要通过海量的临床试验去验证，包括回顾性的和前瞻性的。
当然，中国NGS行业的发展还处于非常早期，投融资不成熟，支付机制也不健全，大大限制了NGS企业的发展。这几年当美元风投资本撤出中国，国内大力进行医疗反腐和行业整顿，NGS产品和服务的支付方缺失等现实问题加剧了NGS企业的经营困难，企业兼并和落后产能的淘汰在所难免。但是我们坚信行业的趋势是明朗的、向好的。
一方面，参考国外Foundation Medicine、Guardant Health、Natera等标杆企业的发展历程，这些公司已经证明了NGS临床测序的诊疗价值，走通了FDA的审评路径，更通过医保或商保等渠道完成了支付闭环，进入到快速壮大的周期中。
另一方面，精准诊断服务的是精准治疗，以求最大化个体病患的获益和降低社会的医疗总成本。精准治疗的突飞猛进也会加速NGS的临床转化。比如，现在的靶向药物、免疫药物、细胞药物和基因药物可能还比较有限，NGS临床转化的宽度也就跟着受限。但随着获批药物种类越来越多，迭代越来越快，适应症越来越宽，NGS诊断的市场也会大大扩容。
现在市场上可能还对NGS有一些误解的声音，认为NGS只是个发现和转化的工具，最终到IVD产品落地还是要通过PCR平台去承载。我不是完全认同这种观点，PCR平台和NGS平台都会得到很好的发展，在特定的场景解决特定的问题，当NGS诊断的易用性、适应症、可靠性、经济性等方面达到一个平衡点，就会打开很大的市场面。
在我心中NGS临床转化有几个比较重要的年份，2014年是首台国产原研的NGS测序仪上市以及国内最早的一批NIPT注册证获批（华大基因）；2018年是国内首个肿瘤NGS小Panel注册证获批（燃石）；2020年是国内首个PGT-A注册证获批（贝康）；2023年是国内首个肿瘤NGS大Panel注册证获批（世和）以及首个泛癌早筛产品（燃石）进入创新通道；2024年不仅是NGS注册证年度获批数达到历史之最的年份，而且基于液体活检的NGS检测呈现了即将爆发的趋势：NIPT方面，像安诺优达、华大基因和贝瑞和康等公司先后获得了国内最早一批的NIPT-Plus注册证（即微缺失和微重复疾病筛查或拷贝数变异检测CNV-Seq），NIPT开始在江苏省带量采购；肿瘤方面，基于循环肿瘤核酸（ctDNA）检测的NGS产品（世和和燃石）纷纷进入了创新通道，也出现了首个进行中美双报的NGS大Panel产品（世和）。
这些大事件都标志着历经10年时间，无论是企业端还是监管端，前面所说的各种瓶颈问题和限速步骤正在或已经被突破和瓦解，行业正在走出黎明前的黑暗。PCR从首次商业化到核酸检测时代的普及度走过了30年时间，而时代的车轮滚滚向前，NGS的成本正在以超摩尔定律的速度下降，也许用不了30年，NGS就会像如今的PCR那样变得家喻户晓。未来20年，我们仍然可以对NGS充满信心。
  黄工：分子酶的最大痛点，在分子诊断酶性能、酶片段化建库、cfDNA/片段DNA建库、RNA建库、甲基化测序等几个领域，分别是什么？
  张宇：总的来说，分子酶的痛点是应用场景和需求的多元化导致野生酶的性能越来越难满足所需的用途，尤其是针对临床测序和分子诊断这类要求严格的应用，且在不清楚酶序列与酶学性能之间的关系时，想要优化它更是困难。你说的这些领域，我们关注的点是不太一样的。
MDx方面，前面聊到的聚合酶、逆转录酶或等温酶的抗抑制性、初始速率等都是非常重要的，目标是要简化样品前处理，缩短出报告时间，弱化对仪器、设施和专业技能的要求，逆转录酶的热稳定性也比较重要，以便提高反应温度，提高灵敏度。
建库和靶向捕获通用流程中都有扩增的步骤，离不开高保真PCR酶，前面在介绍研发平台的时候提到过这种酶的扩增效率、均一性和保真性是非常重要的。
入院LDT已经变成非常重要的趋势，酶片段化建库因此会成为主流，可大大减少硬件方面的成本，提高检测的通量和标准化。片段化酶的挑战主要是打断偏好性，片段化的稳定性，以及伪影（Artifacts）控制方面的问题。片段化的随机性非常重要，酶法的性能必须与超声打断法一致。片段化的稳定性是指酶对样品的进入量和质量不应有依赖性，当反应温度和时间确定后，用户不需要再根据进入量和质量来调整反应条件，且片段化的产物须在产量、插入长度、序列随机性、保真度方面都高度一致。Artifacts控制是目前许多市售产品最受诟病的短板，也是导致检测结果假阳性的重灾区。片段化过程易引入Artifacts的机理已经有许多研究，尤其是福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样品的特点极易导致酶片段化时引入链分离伪影（Strand-split Artifact Read，SSAR）或发夹伪影（Hairpin）。而经工程化的片段化酶可以有效克服这些问题，经过优化可以大幅减少假阳性。Watchmaker的片段化酶产品已广泛在各个用户的入院LDT项目中稳定使用超过了2年，数据质量获得了用户的高度认可。



图17：Watchmaker片段化酶经优化大大减少片段化时引入Artifacts的问题

微小残留病（Minimal Residual Disease，MRD）监测的兴起大大催生了cfDNA建库的需求，连接酶的连接效率和保真性对此类应用至关重要。cfDNA一般含量较低，连接效率直接决定了文库的复杂度，对检测灵敏度有较大影响。另外末修酶和后续PCR扩增酶的性能也可能影响cfDNA的片段组学信息（Fragmentomics）。



图18：Watchmaker连接酶经优化大大提高文库产量，保留丰富的片段组学信息

随着血液和实体肿瘤靶向治疗方案的丰富和成熟，基因融合（Gene Fusion）检测的临床意义也在快速增加，相关专家共识也已在2023年问世，首次推荐采用DNA联合RNA共同检测非小细胞肺癌的驱动基因突变。而临床RNA建库方面，困扰用户较多的一是工作流程太长且不容易自动化，二是因逆转录酶性能的局限性导致的灵敏度和重现性方面的问题，尤其是FFPE-RNA，降解程度高，起始量有限，酶的性能对数据结果的影响也比较大。Watchmaker通过对逆转录酶的工程化很有效地提高了灵敏度和全转录组的覆盖度，尤其是高GC区域，保障了对低丰度的融合转录本的检测灵敏度，也提高了稳定性和数据重现性。



图19：Watchmaker RNA建库核心酶的优化提高了检测灵敏度，且在配对的新鲜冷冻和FFPE样品间显示出高度的稳定性和数据重现性。

随着对表观基因组学研究的深入，肿瘤早筛、早诊和复发监测等应用已经越来越离不开甲基化测序，但甲基化测序的建库较为困难，目前的主流方法如亚硫酸盐测序（BS-Seq）或NEB的酶法甲基化测序（EM-Seq）都存在诸多问题，比如对样品起始量要求高、DNA损耗大，丢失基因组突变信息，测序数据质量不高，单一模态分析等，限制了临床转化。已有许多研究表明，多模态分析（即除了CpG岛信号，再叠加SNV、CNV、片段组学等多维度的生物学信息）可能对提高肿瘤早筛标志物的检测灵敏度、特异性和组织溯源能力大有裨益，这是未来的产品开发方向。
Watchmaker与Exact Science于2023年达成了战略合作，获得了全新的甲基化测序建库方法TAPS（又称TET辅助吡啶硼烷测序，TET-assisted Pyridine Borane Sequencing）的独家专利，首次商业化了TAPS技术，并改进了原代技术的不足，包括关键酶TET的工程化，吡啶硼烷试剂的无毒化，工作流程和组分的简并等等。



图20：Watchmaker TAPS建库克服了目前甲基化测序建库的痛点：提高文库转化率，高效且稳定的5mC转化，提高测序数据质量，正向读取甲基化信息以实现多模态分析。



“Watchmaker，引领分子酶未来”

  黄工：为满足这些需求，解决临床痛点，成立5年的沃奇酶科，产品系列、生产工艺、产能供应，现在迭代到哪个阶段了，大概情况是怎样的？
  张宇：我们的使命是：以友好的价格来提供高性能的临床测序和分子诊断的酶原料和成套解决方案，给客户提供差异化的价值。要达成这个使命，我们必须解锁三个阶段的技能，即：领先的酶工程平台，高效的供应链体系，满足客户个性化的需求。
我们已经建立了一整套微流控、定向进化、深度测序、大数据和人工智能及自动化平台，为分子酶的研发奠定基础。分子酶的种类繁多，我们还需对不同种类的酶工程项目摸索筛选、测量和评价的方法。在短短5年里，我们已经成功上市了许多不同种类性能优异的酶，证明了这个平台的价值。除了临床测序、分子诊断这些大品类之外，我们也在积极开发生物合成和基因编辑所需的核心分子酶。
目前测序产品线已经涵盖了临床和科学研究所需的各种酶类，包括基因组、转录组、表观组、单细胞和空间测序等建库用到的各种原料和试剂盒。在分子诊断上我们则聚焦在高性能PCR和POCT项目所需的酶原料上（含冻干友好），包括快速抗抑Taq酶、逆转录酶、RNA酶抑制剂、RPA酶等等。
作为一家商业公司，盈利能力是我们非常看重的。前期的研发和生产设施投入虽然巨大，但随着许多重磅产品的推出，持续的造血能力已经形成，这也要得益于我们高效的供应链体系。
为了实现“高而不贵”这个目标，尤其是在中国这样对成本及其重视的市场上保持价格竞争力，我们对供应链体系进行了大刀阔斧的改革，所有的酶原料全是自主知识产权及自产，在保证产品质量的前提下，我们在持续加大产能规模摊薄成本，改善了流程以缩短生产和交付周期，增加产线来支持各种定制化需求，减少浪费和批次效应，降低物流和仓储成本，最终实现在定价上可显著低于同类进口品牌。
Watchmaker已在北美和南非建成了“双中心”研发和生产体系，双中心可完全实现独立运营，互为备份，来满足客户对全球供应链安全的诉求，减少了地缘政治风险。为了响应“国产替代”的号召，我们也在加速中国的布局，建立集酶原料、试剂盒生产以及客户应用支持为一体的本土工厂，满足中国客户的个性化产品开发和生产的需求。
在满足客户个性化需求这个目标上，我们一直孜孜不倦，与客户一起探索和优化。像“入院LDT”这样的项目是不折不扣的中国特色。许多LDT用户都反馈运营效率和成本压力方面的问题，比如针对FFPE和cfDNA样品，可能需要多套不同的工作流程；每个医院开展的项目不尽相同，基础设施不一样，样品数有多有少，样品质量也参差不齐等，这些都给客户的入院产品设计、原料采购和库存周转、中央生产安排和终产品质控造成了不小的困扰。
Watchmaker的定制能力有口皆碑，深受B端客户的认可，定制服务不仅仅是大包装、个性化装量和人份数这些入门操作，还能实现不同工作流程模块间的自定义组合和订购，可以减少很多浪费。像既开展FFPE也开展cfDNA检测的医院，B端客户会反馈Watchmaker的产品可以很好兼顾不同应用的性能要求，用一套通用流程来解决，也就大大降低了B端客户的备料和生产压力，可以更好地做采购量预测和生产计划，也加速了原料的周转，达到“整体成本更优”。其实现在有的客户只看单品价格而忽略整体成本的做法是不值得的，捡了芝麻丢了西瓜，很可能结果是相比节省下来的运营成本，试剂单价上的一点点区别显得毫无意义。
  黄工：目前，沃奇酶科的分子酶及相关产品，在中国区的主要客户群是哪些？我们的新产品规划是怎样的？
  张宇：我们的客户群以B端的客户为主，包括中游的应用和产品开发商，以及下游的临床和科研服务商。应用赛道上面，肿瘤检测的居多，其次是生殖、感染和科研。业务模式除了零售也有OEM，像试剂盒开发商，测序仪、PCR仪、单细胞仪器商都是我们OEM的客户。
我们也关注到近两年B端客户的个性化需求正在快速增加，因此我们做了不少针对性的调整，定制化服务的业务比重还会继续加大，我们相信酶原料和试剂盒产品的定制化是未来一个重要的业务驱动方向，中国市场有着旺盛的生命力和创造力，定制化可以确保我们始终听到用户的声音，做出符合他们需求的产品，提供更贴心的服务，一起走的更远。
新产品方面，今年比较有看点的必须是甲基化测序的TAPS建库试剂盒。这是一个酝酿了2年的重磅级产品，也可能会彻底改变表观研究和肿瘤早筛应用的技术走向。前面已经提到了为什么这个产品是如此重要，以及早期客户反馈的令人满意的数据，我们对这个产品充满信心。
分子诊断酶方面，继前年的StellarScript系列耐热、抗抑制逆转录酶和去年的StellarTaq系列快速、抗抑制Taq酶之后，我们今年还会继续推出RPA酶新产品，支持客户开发出更有竞争力的POCT产品。
基于等温扩增的POCT应用是一个尚未开发的大金矿，等温扩增相比PCR具有很多优势，比如操作更简便，对硬件设施的要求更低，检测速度快且灵敏度高等，在现场检测、居家检测、门急诊检测、术中检测、基层医疗检测等新场景中具有无可比拟的优势。
但现在因为等温扩增酶的一些瓶颈问题，比如引物设计的难度、检测的稳定性和可靠性、结果的准确性等，差异化的价值还没有完全显现。国内现在比较常见的等温扩增还是以LAMP（环介导等温扩增，Loop-Mediated Isothermal Amplification）为主，RPA虽然有很多优势，但过去在专利问题、开发难度（RPA是一组复合酶）、酶活及稳定性方面还有一些挑战，导致其应用没有像LAMP那么广泛。但我们已经克服了许多困难，为RPA的广泛应用奠定了一些基础。相比于LAMP，RPA所需的反应温度更低，扩增时间更短，引物设计更简单，非特异性扩增污染更低，我们非常看好RPA的未来。





图21：RPA相比PCR及其他等温扩增方法的优劣势（来源：Tan M et al. Front. Cell. Infect. Microbiol. 12:1019071. DOI: 10.3389/fcimb.2022.1019071）。

  黄工：面对国内IVD和生命科学行业的新情况，我们的市场开发策略，做了哪些调整？沃奇酶科中国区的团队和业务，会有哪些计划和行动？
  张宇：从产品方面来说，国内市场面临的困境在于同质化较高，终端购买力变弱，价格战屡见不鲜。我们的开发策略始终是走好一条提供差异化价值的路线，不仅在产品力上要提供高性能的创新产品，而且在运营上面要照顾到中国用户对低价、灵活供应链、入院LDT等方面的特殊需求，做更接地气的事儿。
Watchmaker对中国市场是非常重视的，我们会第一时间倾听中国客户的应用需求，并做出及时的产品和供应链方面的战略调整。
比如，去年年初我们听到有些中国用户对于超高保真NGS测序能力（比如Q45、Q50）的探索，以及对于长Homopolymer区域的测序准确度（比如微卫星不稳定MSI）的要求，现有的建库和PCR扩增试剂可能达不到>Q40保真度，或者无法提高长Homopolymer区域的准确度。我们很快在内部开始了一个新的高保真PCR酶的升级项目，迭代方向就是在现有Equinox酶的基础上继续提高其保真性，这个项目在半年内就圆满完成了，今年我们就能看到专为中国市场打造的Equinox Plus新产品了。之后还有几个类似的中国项目正在管线中，包括专为单细胞和空间测序平台打造的高性能逆转录酶等。
我们将来还是会坚持这样的发展战略，在动态的市场中去打好每个硬仗，在发展中求发展，这样更能发挥好我们在研发端和供应链端的优势。
  黄工：有人说，“国内分子酶市场格局已定，后来者难超车。”对此你怎么看？从性能和成本角度，我们在国内市场如何超车？
  张宇：中国市场很大，很多元化，未满足的需求也很多，我不太认同这样的说法，也不会刻舟求剑。存量市场的博弈虽然已经白热化，但中国对于精准医疗和转化研究的需求远不止此，精准医疗和新质生产力的政策环境正在变好，中国的肿瘤负担也越来越重，老龄化、少子化的趋势不可逆转，分子诊断要下基层普惠百姓，还有那么多空白的、棘手的疾病领域等着我们，这些都是增量市场的大好机会，我们要做的就是为这些增量市场的到来提前做好准备，保持定力，静待风来，乘风而起！



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