¿Cuál es la estructura del mercado de la secuenciación de genes?
¡La producción nacional está aumentando! Mapa de la cadena de la industria de secuenciación genética de China y análisis del mercado
¿Información industrial? ¿Creado por pedernal? 2022.07.13?1180
La tecnología de secuenciación de genes es una de las tecnologías clave para las pruebas genéticas y se utiliza ampliamente en la investigación científica, aplicaciones clínicas y otros campos. Después de casi 50 años de desarrollo, la tecnología de secuenciación de genes ha evolucionado desde la tecnología Sanger de primera generación hasta la tecnología de secuenciación de nanoporos de cuarta generación. La tecnología NGS de segunda generación es la tecnología de secuenciación de genes más utilizada en el mercado. La tecnología es actualmente la tecnología de secuenciación de genes más utilizada en el mercado. La tecnología de secuenciación de cuarta generación aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo. El mercado de secuenciadores de genes está básicamente monopolizado por gigantes multinacionales. Los fabricantes de secuenciadores de genes de mi país organizan principalmente reactivos de apoyo para los secuenciadores. Gracias a la investigación e innovación continuas de las empresas nacionales, se ha aprobado gradualmente para la venta una serie de productos de secuenciadores de genes desarrollados de forma independiente. En términos de aplicación de mercado, el mercado de pruebas genéticas prenatales no invasivas (NIPT) de China se está desarrollando constantemente con la promoción de políticas nacionales y el progreso tecnológico, se espera que el diagnóstico genético de tumores y la detección temprana se conviertan en uno de los mercados de aplicaciones de genes más prometedores; secuenciación.
1. Definición y tecnología de secuenciación de genes
(1) Definición de secuenciación de genes
La secuenciación de genes es una nueva tecnología de pruebas genéticas que puede detectar ADN en la sangre. O el análisis de la saliva determina toda la secuencia genética, predice la probabilidad de padecer diversas enfermedades y las características y comportamientos de comportamiento del individuo son razonables. La tecnología de secuenciación genética puede localizar genes patológicos individuales para una prevención y tratamiento tempranos. Los productos y tecnologías relacionados con la secuenciación de genes se han desarrollado desde la investigación de laboratorio hasta la aplicación clínica. Se puede decir que la tecnología de secuenciación de genes es la próxima tecnología que cambiará el mundo.
(2) Tecnología de secuenciación de genes
Desde 1975, Sanger y Coulson inventaron el método de terminación de cadena, y de 1976 a 1977, Wujisheng Combined y Gilbert inventaron el método de degradación química. , ABI comercializó con éxito por primera vez la tecnología de secuenciación de genes de primera generación.
1. Tecnología de secuenciación de genes de primera generación (Sanger)
Principio central: dado que la posición 3' del didesoxinucleósido trifosfato (ddNTP) no contiene un grupo hidroxilo, durante la síntesis de ADN se fosfodiéster. No se pueden formar enlaces durante el proceso, por lo que puede usarse para interrumpir reacciones de síntesis de ADN. Se añadió una cierta proporción de DD NTP marcado con isótopos radiactivos (ddtp, ddCTP, ddGTP, ddTTP) a cada uno de los cuatro sistemas de reacción de síntesis de ADN para generar una serie de nucleótidos A, T, C y G4 con diferentes longitudes, y luego pasado a través del gel Mediante electroforesis y autorradiografía, se puede determinar la secuencia de ADN de la molécula a detectar en función de la posición de la banda electroforética.
La tecnología tradicional de secuenciación de genes de primera generación tiene las ventajas de una alta precisión, simplicidad y velocidad, pero también tiene ciertas limitaciones: 1) El rendimiento de secuenciación es bajo y solo es adecuado para la identificación de muestras pequeñas. de genes de enfermedades genéticas, es difícil completar la selección de muestras grandes sin genes candidatos claros o con una gran cantidad de genes candidatos 2) La secuenciación es costosa y requiere mucho tiempo; Se estima que se necesitarán al menos tres años y costará 3.000 millones de dólares para secuenciar todo el genoma humano utilizando este método. Por lo tanto, la primera generación de tecnología de pruebas genéticas se utilizó principalmente en la investigación científica. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, ha surgido una tecnología de secuenciación de segunda generación con alta capacidad de rendimiento, bajo costo y alto grado de automatización.
2. Tecnología de secuenciación de genes (NGS) de segunda generación
La tecnología de secuenciación de genes de segunda generación utiliza una serie de tecnologías de secuenciación de alto rendimiento para secuenciar ADN o ARN genómico a gran escala. , que puede obtener la secuencia codificante del genoma de forma rápida y precisa en muy poco tiempo para cumplir con los requisitos de la detección del genoma de alta resolución. La tecnología de secuenciación de alto rendimiento es un cambio revolucionario con respecto a la tecnología de secuenciación tradicional, también conocida como secuenciación de próxima generación (NGS).
Principio básico: con la ayuda de sustancias fluorescentes o quimioluminiscentes, el ADN se puede determinar indirectamente leyendo la señal óptica liberada durante el proceso de la ADN polimerasa o la ADN ligasa que conecta las bases a la cadena de ADN o la secuencia de ARN. En comparación con la primera generación de tecnología de secuenciación de genes, la tecnología de secuenciación NGS reduce en gran medida el tiempo y el costo de la secuenciación, resuelve los problemas de bajo rendimiento y alto costo de la primera generación de tecnología y permite la aplicación comercial a gran escala de la secuenciación de genes. que actualmente es la tecnología principal para el desarrollo del mercado nacional y global. Actualmente, el coste de secuenciar un solo genoma humano se ha reducido a menos de 65.438 dólares + 0.000 dólares.
Aunque la tecnología de secuenciación NGS tiene las ventajas de una gran cantidad de alto rendimiento, bajo costo y una fuerte capacidad de detección de ADN de alta y baja abundancia, también tiene las siguientes desventajas: 1) Longitud de lectura.
La longitud máxima de lectura de secuenciación de cada fragmento de ADN en la tecnología de secuenciación de segunda generación es de aproximadamente 400-700 pb, que es mucho menor que los 900-1000 pb de la secuenciación de primera generación. 2) Los resultados de la secuenciación son difíciles de procesar. Dado que la longitud de lectura de la secuenciación de próxima generación se acorta considerablemente, el área de superposición entre dos fragmentos de ADN también se reduce en consecuencia, lo que dificulta el empalme de los resultados de la secuenciación. Además, debido al alto rendimiento de la secuenciación de segunda generación, el procesamiento de los resultados de la secuenciación es más difícil. Para resolver estos problemas, en un momento histórico surgieron la tecnología de secuenciación de tercera generación representada por la secuenciación de una sola molécula y la tecnología de secuenciación de cuarta generación representada por la secuenciación de nanoporos.
3. Tecnología de secuenciación de genes de tercera generación (secuenciación de una sola molécula)
La secuenciación de tercera generación (TGS) se refiere a la secuenciación del genoma a nivel de una sola célula y de una sola molécula. El proceso de secuenciación No se requiere amplificación por PCR, lo que permite secuenciar cada molécula de ADN de forma independiente. Incluye principalmente la tecnología de secuenciación de una sola molécula de Helico Bioscience y la tecnología de secuenciación de una sola molécula en tiempo real (SMRT) de Pacific Bioscience, siendo esta última la representativa.
A diferencia de la tecnología de secuenciación NGS, la tecnología de secuenciación de una sola molécula puede obtener de manera efectiva secuencias completas de alta calidad de moléculas de ARN individuales mediante la lectura directa de ADNc completo con transcripción inversa y luego estudiar más a fondo transcripciones empalmadas alternativamente. . Además, el proceso de secuenciación es relativamente continuo. La secuenciación no se detendrá debido a pasos como el lavado de reactivos o la amplificación del ADN. La operación es sencilla y el tiempo de secuenciación es corto. Por lo tanto, la tecnología de secuenciación de una sola molécula tiene las ventajas de un tiempo de lectura prolongado, un tiempo de secuenciación corto y una operación sencilla. Esta tecnología aún se encuentra en la etapa de investigación científica y se utilizará ampliamente en aplicaciones clínicas a medida que madure en el futuro.
4. Tecnología de secuenciación de genes de cuarta generación (secuenciación de nanoporos)
La tecnología de secuenciación de genes de cuarta generación, también conocida como tecnología de secuenciación de nanoporos, es una tecnología basada en la secuenciación de señales eléctricas. El principio es que las moléculas de ácido nucleico monocatenarias son impulsadas por fuerzas de campo eléctrico a través de canales proteicos de tamaño nanométrico. Debido a que diferentes bases pasan a través del nanoporo, se generan señales de corriente con diferentes grados y tiempos de bloqueo. Por lo tanto, la información de la base en cada molécula de ácido nucleico se puede identificar basándose en la señal actual y se puede secuenciar las moléculas de ácido nucleico monocatenarias. logrado.
En comparación con la tecnología de secuenciación de una sola molécula, la tecnología de secuenciación de nanoporos realmente realiza un método de secuenciación que combina la detección de una sola molécula y la detección de conducción electrónica, eliminando por completo el proceso de elución y el proceso de amplificación por PCR, y tiene la capacidad leer Tiene las ventajas de una larga duración, alto rendimiento, menos tiempo de secuenciación y un análisis de datos más simple. Las altas tasas de error son el principal inconveniente de la secuenciación de nanoporos actual en comparación con las tecnologías de secuenciación de primera y segunda generación. Actualmente, las plataformas de secuenciación de nanoporos existentes en el mercado se basan principalmente en el secuenciador de nanoporos MinION de Oxford Nanopore Technologies (ONT). La longitud de lectura de secuenciación de este secuenciador supera los 150 kb y tiene las ventajas de una velocidad de secuenciación rápida, monitoreo de datos en tiempo real y fácil portabilidad. La tecnología de secuenciación de nanoporos aún está en su infancia y su escenario de aplicación relativamente maduro es la detección de patógenos infecciosos.
Tabla 1: Comparación de la tecnología de secuenciación de genes de cuarta generación
Fuente: Firestone Creation, elaborado a partir de información pública.
2. Cadena de la industria de secuenciación de genes
La cadena de la industria de secuenciación de genes incluye principalmente fabricantes ascendentes de equipos de secuenciación de genes y reactivos de soporte, como secuenciadores de genes, proveedores de servicios de secuenciación de genes intermedios y proveedores descendentes. .
Figura 1: Cadena industrial de secuenciación de genes
Fuente: Flint Creation se basa en información pública
(1) Upstream: Secuenciadores de genes y reactivos de soporte y otros genes Fabricantes de equipos de secuenciación.
Los secuenciadores de genes son uno de los eslabones centrales de la cadena industrial de secuenciación de genes. Las barreras técnicas son altas y la capacidad instalada está básicamente monopolizada por gigantes multinacionales. Actualmente hay 20.000 secuenciadores de genes instalados en todo el mundo, de los cuales Illumina tiene una cuota de mercado del 80%, Thermo Fisher tiene una cuota de mercado del 9-10% e Illumina y Thermo Fisher tienen una cuota de mercado de casi el 90%.
Los secuenciadores de genes comercializados en el país se dividen principalmente en tres modelos: investigación y desarrollo independientes, OEM e investigación y desarrollo cooperativos con gigantes internacionales. En marzo de 2022, hay 15 productos de secuenciadores de genes nacionales que han sido aprobados efectivamente para su comercialización por la NMPA; de ellos, 9 son productos desarrollados de forma independiente, principalmente secuenciadores de segunda generación y BGI Manufacturing tienen el mayor número de aprobaciones. total de 4. Empresas nacionales como Qitan Technology, Zhenmai Biotechnology, Peacock Gene, Dual Spectrum Diagnostics, Jinshi Technology, etc. están explorando activamente el diseño de secuenciadores de tercera y cuarta generación y reactivos de soporte relacionados.
Debido a las altas barreras técnicas para los secuenciadores de genes, la mayoría de las empresas nacionales ofrecen reactivos de secuenciación, como kits de detección. La NMPA ha aprobado efectivamente la venta de casi 300 kits de prueba en China, incluidos más de 200 kits basados en tecnología NGS, que es una parte del mercado de secuenciación genética en rápido crecimiento. Los productos desarrollados de forma independiente de reactivos de tercera y cuarta generación aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo, y ni los instrumentos de secuenciación de tercera ni de cuarta generación han obtenido certificados de registro de dispositivos médicos.