在沉默中探索良久后，国内纳米孔测序市场的成长，终于被按下加速键。
9月9日，在深圳盐田区梧桐山脚下的华大时空中心，华大集团正式向全球发布了基于最新的CycloneSEQ测序技术开发的两款基因测序仪，即纳米孔测序仪CycloneSEQ-WT02（中文名“梧桐”）和CycloneSEQ-WY01（中文名“五岳”），并与国内多家基因测序服务厂商签订战略合作协议。其中，WT02具备全球领先的测序性能，已经实现规模化量产，在多个客户场景中进行商业化应用，或者测试运行；WY01则计划在2025年上半年正式上市，将搭载目前全球最大通量的纳米孔测序芯片。
华大研究院院长徐讯在现场介绍CycloneSEQ-WT02（梧桐）
此前，华大智造在6月末取得华大纳米孔测序仪的全球市场经销权，并借此形成了覆盖长短读长的完整测序解决方案，和基因测序的一站式工具。这项集团资源共享合作的达成，给华大智造提供了一个颇值得期待的业绩增长点，更为华大的纳米孔测序仪搭建了便捷的商业化渠道。
近年来，纳米孔测序技术逐步在司法鉴定、感染病防控等多个终端应用场景中普及开来，国内的纳米孔测序仪开启企业经过多年探索，也正进入商业化的关键冲刺期。背靠中国头部的基因测序仪和基因测序服务集团，华大的纳米孔测序仪几乎是含着金汤匙出身，也为这个市场打开了新的想象空间。
纳米孔测序仪的自研之路
在外界看来，华大做纳米孔测序这件事，一直是个谜。以至于当CycloneSEQ技术首次在bioRxiv上挂网披露时，海外研究者都十分震惊。起初，华大只是想用一种全新的技术，来解决二代测序暂不能触及的地带，而纳米孔测序正好提供了一种理想的解决方案。“绝对不能亦步亦趋，要走出一个新的路子，换一种交通方式。”在CycloneSEQ的发布会上，华大集团董事长汪建这样形容当时的初心。
在华大集团内部，纳米孔测序技术的开发由研究院组建专门团队来完成，即后来的华大序风。基于纳米孔技术的长读长测序，与以二代测序技术之名被熟知的短读长测序，有着完全不同的原理和工艺。对于华大序风团队而言，一切都是新的挑战。
简单来讲，二代测序是将长的DNA碎片化，然后固定在不同材质表面做DNA扩增，从而放大信号强度，并使用不同荧光基团标记4种碱基，通过荧光信号来确定碱基序列。而纳米孔测序仪的工作原理，是由马达蛋白牵引单链DNA通过纳米尺寸的孔，记录不同碱基通过监测电流信号的变化，就可以确定过孔碱基的序列。
在二代测序技术的开发中，掌握与DNA片段化、扩增、标记等相关的化学反应，是最核心的基础。而纳米孔测序的开发则完全不同，这个过程的关键，是找到合适的马达蛋白、纳米孔蛋白，把它们装置在生物膜上，并设计能够稳定、持续的反应环境。其中，马达蛋白和纳米孔蛋白是纳米孔测序仪开发者最重要的技术壁垒。直到CycloneSEQ技术正式发布前，即便在华大序风的实验室中，研究者们都还用长读长测序来指代这一技术。
据介绍，华大序风所采用的纳米孔蛋白和马达蛋白，均在深海的微生物群落中找到。其中，他们发现的纳米孔蛋白是一种孔直径1.2nm的聚合物，结构致密、刚性极强，在生物膜上的电流开孔信号噪音非常小，是十分理想的纳米孔测序蛋白。而马达蛋白则是一种双链DNA解旋酶，不用经过修饰，就能够以远超现有水平的速度，解开DNA的双螺旋结构，并且热稳定性强，为纳米孔测序提供动力源泉。这两种蛋白的结合，可以带来极稳定的测序信号。
当然，从马达蛋白、纳米孔蛋白到纳米孔测序仪，中间还涉及复杂的电流检测、芯片设计、电化学反应、信号转化、数据分析技术等。在纳米孔信号产生、捕捉到解析的每个环节，华大序风都在现有策略的基础上，通过工艺创新，实现了大幅度的性能提升。因此，作为基于CycloneSEQ技术开发的首款商业化纳米孔测序仪，WT02在单芯片孔道蛋白数量、测序速度、测序读长和准确率等各个关键指标上都实现了突破。
具体而言，WT02的特点首先是读长长，WT02的测序读长最长能够达到Mbp级别，基因组测序平均可以做到30Kbp—50Kbp的N50基因长度，相对二代测序而言，覆盖长度的范围比较全面。其次是快，用户可根据实验需求，在10分钟至72小时内完成测序，测序速度为350 - 420 nt/s，每分钟可以产生10Mb的数据。在CycloneSEQ发布会上，华大研究院院长徐讯现场演示了WT02的微生物鉴定功能，仅10分钟内就得到检测分析结果。此外，WT02的外观小巧灵活，可以放在手掌心大小，对于实验室空间要求非常低。
准确率方面，由于纳米孔测序采用的是单个分子的原始信号，缺少了二代测序过程中多拷贝分子的数学优化过程，相对较低的准确率一直制约着这项技术的广泛应用。不过，通过蛋白和算法优化，WT02的单次准确率达到97%的同行业最高水平，在更深的测序深度下可实现99.99%的一致性准确率。
值得注意的是，作为快速迭代的新产品，华大即将推出的第二款纳米孔测序仪WY01，将填补国内高通量纳米测序的空白。WY01所搭载的测序芯片，将提供8倍数量的孔蛋白，达到惊人的3万个蛋白孔，单芯片数据产量将提升到8倍（此前WT02的单芯片实验室最大通量为50Gb）。伴随WY01的上市，纳米孔测序仪也将拓展大基因组、人基因组重测序、全长转录组测序和表观遗传学检测等数据通量需求更高的应用场景，从而加速疾病研究和诊断，促进跨学科研究合作，支持生物多样性和生态学研究。
华大自主研发的CycloneSEQ-WY01（五岳）
据了解，由于在极端GC含量基因组中也能实现环状基因组的完整组装，CycloneSEQ正作为深海测序仪系统之一，在深海的极端环境下运行，对海洋水体环境微生物进行了原位鉴定。这种发迹于深海的技术，在深海中又完成了应用的闭环。
让基因测序更可及
让每个人都掌握自己的全基因组序列，是华大的愿景之一。
如今，随着CycloneSEQ技术的加入，华大成为全球唯一拥有长+短测序工具，提供超高通量、超低成本、超长读长测序技术解决方案的主体。作为国内最早接触基因测序的专业团队，华大选择用尽可能全面的技术平台，去推动基因测序的普及，而不是依赖任何单一的技术去完成。据华大智造COO蒋慧介绍，现阶段，DNBSEQ（华大智造的二代测序技术）和CycloneSEQ的结合，最大程度实现了“1+1＞2”的效果，进一步实现生命可测的目标。
以往，纳米孔测序作为一种新的基因测序技术，在应用探索中，长期与二代测序的场景保持相对割裂，更多是在一些二代测序尚未覆盖，或者难以产出增量价值的领域寻找落地的可能。无论是在科研服务还是临床诊疗中，纳米孔测序的应用都没能真正铺开，产品生态也远没有繁荣。
实践中，纳米孔测序确实在一定程度上可作为二代测序的补充。这主要体现在纳米孔测序所提供的长读长测序能力，可以提供二代测序的DNA片段化过程可能丢失的基因信息。比如，基因组上仍然有8%的‘暗物质’区域，无法检测到。再如，前面提到的许多海洋微生物基因组GC含量异常，常规测序无法完成组装。在临床上，现有二代测序面对复杂结构变异造成的遗传疾病很难解析，也无法实现实时、快速的测序，解决ICU里感染的快速检测需求。而这些正是纳米孔测序所擅长的。
以CycloneSEQ为例，在科研领域，CycloneSEQ已经成功完成上千个物种的单菌组装图，并实现了多个动植物染色体级别参考基因组图谱的构建，其中包括首次完成鬃狮蜥Z染色体的完整解析，发现大量的转座单元和频繁重组区域，提示了这个物种潜在的性别决定机制。而在临床上，CycloneSEQ在感染疾病诊断中能迅速识别各种病原体，如呼吸道百种病原，同时也能在遗传病诊断中精确检测复杂的遗传变异，如地中海贫血等疾病。
不过，正如华大集团CEO尹烨所讲，测序从不分代，只是技术路线不同，就像不同辅助生殖技术之间的差别在于，所面对的临床需求不一样，“能解决问题的，就是好技术。”蒋慧也指出，在不同的应用场景下，可能需要不同的数据组合才能产出最优化的结果。在华大的基因测序探索中，用多维度的基因数据去弥补单一方法学的不足，一直是重要的解题思路。华大序风在纳米孔测序仪的商业化阶段选择与华大智造合作，也正是这种思路的延伸。
华大集团CEO尹烨在发表现场演讲
在CycloneSEQ发布会上，华大智造组织了大规模的签约活动，与国内一众从事二代测序服务、纳米孔测序服务的专业基因测序机构建立战略合作。“合作伙伴都有非常强的采购意向，一些采购陆续在进行。“蒋慧告诉动脉网。对于纳米孔测序行业而言，这种跨平台的测序解决方案的出现，甚至可能会颠覆原有的竞争格局。但CycloneSEQ面世更重要的意义，在于基因测序基因更快变得可及、普及的可能性。
CycloneSEQ首批合作伙伴签约仪式
而在更早前，华大智造在6月份已经拿到CycloneSEQ的相关合作许可后，就已经开始推动外部使用，加上早期测试用机，目前用户端装机量已经接近50～60台。此外，已有4台仪器设备通过公开招投标中标，用户包括高校、科研机构、疾控中心和医院，覆盖了未来纳米孔测序可能应用的各个方向。在发布会上，华大还提供了19.9万元的WT02限期早鸟订购价，显示了推动基因测序普及的决心。
未来，只有当基因测序仪可以在大多数生命科学实验室落地，基因测序的市场才可能真正繁荣，基因科技也才能切实造富人类。
