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图片泉源@视觉中国
文 | 苏宁金融研究院，作者 | 钱杭（苏宁金融研究院高级研究员）
眼下，新冠肺炎疫情在国外肆虐，高质量的新冠病毒检测试剂盒是环球市场的硬通货。大概你会好奇：在病毒检测这个高科技行业，中国的气力毕竟怎样？请看下文剖析。
01 新冠病毒检测试剂的原理
现在，市场上重要有两种新冠肺炎病毒检测试剂，第一种是抗体检测试剂，第二种是病毒核酸检测试剂。
抗体检测，是一种比力成熟的方法，就是检测患者是否有新冠肺炎病毒的IgM/IgG抗体，有了患者的血就可以测，操纵简单，15分钟就可知结果。由于该方法只能在病毒感染者第7天或发病的第3天才气够检测出抗体，有检测的时间窗口，会遗漏病例，同时需要网络充足量的抗体样本以提高查抄正确度。不过，由于检测快速，该方法可为新冠肺炎疑似患者提供快速检测本事，减轻临床诊断的压力。
病毒核酸检测的原理，简单来说就是新冠肺炎病毒是一种仅含有RNA的病毒，其基因序列具有唯一性，通过一种基因测序仪器完成对病毒全基因组序列的剖析，对每一个疑似患者，测出其病毒基因序列，同新冠肺炎病毒基因序列对比，就能知道该患者是否感染新冠肺炎病毒。该方法的结果正确度高。
02 基因测序行业概览
从病毒核酸检测原理可以看出，核酸检测的焦点内容是基因测序，测出新冠肺炎病毒基因序列。
基因测序通俗地说，就是提取被检测样本DNA序列，记录下其核苷酸序列的顺序。每个基因链宽约莫2-3纳米（1纳米是1米的10亿分之一），内里包罗上百万乃至上亿个核苷酸，如人类1号染色体单链含2.5亿个核苷酸。正确、快速测出基因序列，需要相当高的科技。
基因测序行业，按照业务范围可分为四大类（见下表），下面作详细先容：
（1）PCR设备
PCR（聚合酶链式反应）设备，是PCR实验室中要放置的整套仪器。酶是基因测序过程中必不可少的材料。PCR设备包括移液器组（可以移0.5ul-1000ul，1ul就是1毫升的千分之一）、高速冷冻离心机、基因分析仪、超纯水装置、荧光定量PCR仪、恒温器等。
这些仪器都是高端精密仪器，其性能对测序结果至关重要，不过性能好的焦点仪器险些全都是进口。
在中国有许多PCR实验室设备仪器生产厂家，但产物的性能由于技术、生产工艺等缘故原由，同进口零部件有比力大差距，基因测序结果也相对差一些。一些国产/组装的仪器设备如今重要用来对测量精度要求不太高、基因不太复杂的基因链举行测序，如食品干系基因的测序。
（2）基因测序仪，基因测序行业的金钥匙
可以说，基因测序仪在基因测序行业中的职位，就犹如芯片在通讯行业中的职位。
如今商业应用中主流的基因测序方法是第二代基因测序法。第二代基因测序方法的焦点思想是边合成边测序，通俗的意思就是单链DNA合成双链的时候，由于差别的核苷酸在一定条件下合成时会发出差别的光，通过仪器把这些信息记录下来也就记录下相应的核苷酸序列。
作为对比，第一代测序仪在单链DNA合成双链时，需要合成过程举行到某特定的核苷酸时发出不一样的光来记录该特定核苷酸链上的位置，同时基因合成过程就停了下来，大大影响了测序速率。第二代测序方法在包管正确度的同时，具有高通量特点。所谓高通量就是能同时对上百万条基因片断测序，相比第一代测序方法大大提高了基因测序速率。进一步的第三代和第四代方法还在探索之中，还没有形成成熟的商业应用。
第二代测序仪器制造涉及到呆板、分子生物学、化学、物理电子、信息软件等许多高端的技术。由于基因测序原理和过程需要非常专业的知识明白，这里实验用较为通俗的语言试着形貌一下大抵流程，看可否让读者体会一下其中的技术。该测序方法流程，通俗地形貌就是——先把要测序的DNA样本提纯、提取单链并打断成一定长度范围的小片断（每段几百个核苷酸，每片DNA上核苷酸的个数就是该片断的读长），然后给每小段两端加上用来固定的“接头”，通过“接头”把DNA小片断固定在某个地方并纯化（打断DNA链时，会产生不是需要的DNA片断或混进其他片断，需要冲洗掉这些混杂的片断），再对这些片断举行完全一样的复制扩增，扩增后举行DNA双链合成，被合成的核苷酸中加入了某些特定的酶，使得合成时，特定核苷酸在特定的酶环境下会发出特定的光，由于有许多扩增的同样DNA小片断在同时合成，光的信号得以增强便于仪器捕捉，再通过光学仪器记录下相应序列核苷酸的信息，信息颠末特定算法整理后就能得出完整的基因序列。
完成这个测序过程的测序仪上有上千高精度的零部件，生产这些零部件的险些都是发达国家的公司，险些没有中国本土公司。好比，测序仪中光学体系中的一些焦点器件来自日本、德国，测序芯片和微流控体系则来自新加坡、美国。
除了零部件硬件，基因测序仪还需要有一个生物信息分析体系。在测序时，一台测序仪一天能产生几十G的数据，分析体系中涉及到的存储和分析，由于数据量过大，一般的盘算机软件没法处置惩罚，需要专门的芯片和算法。在处置惩罚生物信息大数据的芯片和根本数据处置惩罚方面，也险些找不到中国本土公司身影，但在大样本数据分析方面，中国公司贡献了一些算法和方法，提高了仪器数据分析性能。这是因为，中国生齿多、样本多，容易形成针对性的算法。
（3）基因测序试剂和耗材
在基因测序过程中要用到各种建库试剂盒、工具酶和检测试剂盒等试剂和耗材。所谓建库试剂盒，装的就是具有将待测DNA打断成一定长度的小片断，并在片断两端加上差别的接头，或将待测DNA片断按PCR扩增，毗连载体，构建单链DNA片断库的各种试剂。工具酶有许多种类，其功能包括切断不必要的基因链，基因片断加上接头，洗濯多余基因小片断，促使基因扩增，催化基因合成等。检测试剂盒就是用来检测特定DNA序列的试剂和工具。
高质量的试剂和耗材生产也不太容易，有许多中国本土企业生产，但试剂干系的工艺水平有待提高。好比，针对普通化的工具酶，国内一些企业可以或许生产，但由于工艺导致的纯度差一些，在应用中结果就差。试剂和耗材是检测试剂盒生产加工的重要构成部分，它的自主生产需要恒久的技术积聚，建立严谨的流程、工艺、管理体系，才气突破。现在这些关键技术大部分仍把握在欧美公司手中，国内高质量的生产厂商还很少。
03 国内基因测序仪制造的发展
国内从20世纪90年代末开始进入基因测序行业。开始时，重要是基于国外开发的基因测序仪开展后续下游的服务，包括基因检测（疾病筛查等）、分析和陈诉。这些服务技术含量低，入门门槛低，利润薄。
由于基因测序行业是严重依赖上游生产测序仪、测序试剂和耗材的企业，非常容易受制于人。如，华大基因2010年前曾花了上亿美金买了128台Illumina基因测序仪，就碰到了呆板坏了Illumina不予维修，反而大幅上涨测试试剂和耗材价格的尴尬。为了避免被掐脖子，中国基因企业开始实验向上游发展。
如今国内有几家基因公司自主研发了基因测序仪。他们根本通过收购/购买一些基因测序仪生产厂商干系专利和产物来实现自身的测序仪研发。
华大基因于2013-2014年并购了美国的CG（Complete Genomics），其重要专利就来自CG，自主研发的测序仪BGISEQ系列也是以CG技术为焦点的，后续进一步的研究也是基于CG。
紫鑫药业的测序仪以Roche454技术为样本生产。
华因康的测序仪是基于Thermo Fisher的技术。
趁便说一句，有些测序仪技术在中国本土公司得到相应技术的同时，已经不是其时开始辈的技术了。剩下的国内基因测序企业中的测序仪，要么是贴牌别人的公司（如illumina、Thermo Fisher），要么直接购买别人的仪器。
收购或购买市场上现有的专利或产物，然后再继续往前发展，这是一条行之有效的门路。如今的行业巨头illumina一开始的基因测序技术也是靠收购别人公司发迹的，2006年illumina收购了测序公司Solexa，获恰其时环球领先的基因测序技术，后续通过不绝的研发创新开发出下一代的测序仪NextSeq，该产物市场占据率超70%。2018年，illumina又收购了Pacific Bio Scineces，该公司在长读长领域有独到的上风，使得其在基因测序领域绝对领先职位更加巩固。所谓读长指的是一次测序作业中DNA片断所能包罗的核苷酸的个数，由于测序时需要所有雷同的DNA片断同时合成双链便于增强信号，读长越长，DNA片断合成的同步性就越难。
中国公司收购/购买国外基因测序公司和专利反映了两个题目。第一个题目，技术在业界领先的技术公司，美国政府不会同意中国公司收购。2013年，即便其时CG的技术已经不是业界领先的，且公司处在大幅亏损濒临倒闭状态，华大基因收购CG的时候，曾受到美国政府的审查。另一个题目就是后续的持续研究乏力。后续的研究发展相当重要，假如检察基因测序干系专利申请量，你会发现，中国公司后续的关键专利申请量相比行业领先公司太少，投入的研究经费也太少，这一点从干系公司财报的研究经费和无形资产科目就能看出。
04 结语
总的来说，上游做基因测序仪和PCR设备研发，行业门槛高，能开发出高质量仪器或关键零部件的重要是一些国际企业，中国本土企业通过并购或购买专利的方式正在实验进入。
中上游做基因测试试剂和耗材，进入的门槛稍低，已经有一些中国本土企业开始生产，但在一些关键试剂和耗材上，产物的质量比进口的要差。
测序仪生产企业本身也生产试剂和耗材，如许的试剂和耗材同自家的产物相对匹配，测序结果也较好。
中国带基因感念的企业有上千家，不过，绝大部分企业只能做中下游服务，利润薄且竞争大，许多企业亏本经营。
基因测序仪市场方面，illumina、Roche454和Thermo Fisher鼎足之势，其中illumina是绝对的领头羊。不思量自身投资企业/研究机构/子公司购买，国产的测序仪如今的市场占据率很低，在测序结果（正确度和测速）上，与行业领头的测序仪的差距较大。
在基因测序行业干系的科技发展上，中国尚有很长的一段路要走。
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