基因“孔”译： 千亿生物大分子测序赛道新打法

在这个高度“基因化”的时代，许多过去人类无法解释、无法救治的疾病都陆续在基因里找到了拨开迷雾的钥匙。而基因测序仪则是基因测序上游产业链中最为重要的一环，也是整个产业链壁垒最高的部分。

但我国基因测序仪行业整体起步较晚，国内测序仪市场曾一度被海外企业盘踞。

基因测序和国民生命健康安全息息相关，如果我国不能研发出自己的测序仪，全靠海外进口，那么在国际关系变化的大背景下，国民的生命健康安全也就得不到保障。另外，如果海外企业卡住了我国基因测序仪的“脖子”，也就限制住了我国生命科学研究的发展，这对我国分子生物学、遗传学、生物医药乃至先进农业等领域都会造成不良影响。

近年来，国内基因测序仪的龙头企业华大智造通过购买美国的技术推出了多种型号的测序仪，缓解了我国在短读长测序方面上的需求。但在代表着基因测序未来发展方向的长度长测序方面，我国仍然亟需突破。基于此，尽早研发出有商业价值的国产化生物纳米孔测序仪已迫在眉睫。

基因测序技术已经经历了半个多世纪的发展，目前已经发展出四代原理不同的测序技术，其中作为最新的第四代纳米孔测序技术在基本原理上与其它代技术不同，而且在测序读长、便携性以及基因修饰测序等方面体现出巨大的优势，被认为是一种变革性的测序技术。纳米孔测序的核心是满足条件的纳米孔道，其中由生物膜蛋白形成的生物纳米孔尤为关键。自1989年纳米孔测序技术被提出以来，寻找合适的可用于基因测序的纳米孔道就成为这一领域科学家的目标。

▲黄亿华博士

黄亿华博士在膜蛋白领域深耕多年，是一位杰出的膜蛋白结构生物学家。从北京大学生物系硕士毕业后，黄亿华博士前往美国康奈尔大学医学院攻读博士学位。他跟随导师美国科学院院士、美国艺术与科学院院士吴皓教授，进行了多年结构生物学研究。

博士毕业后，黄亿华到美国西南医学中心从事博士后研究工作，他加入了诺贝尔奖获得者Johann Deisenhofer教授的科研团队，开始了膜蛋白结构与功能的研究，其中的一个重点就是寻找可用于测序的膜蛋白纳米孔。在与Johann Deisenhofer教授的合作研究中，黄亿华博士在膜蛋白结构生物学领域取得了丰硕的成果。

2010年底，黄亿华博士回国进入中国科学院生物物理研究所并组建了自己的研究团队。基于在西南医学中心积累的丰富的膜蛋白知识和实践经验，他把继续寻找膜蛋白纳米孔作为课题组的一个重要研究方向， 探寻在中国实现纳米孔测序的新可能。

回国仅两年多的时间，黄亿华课题组就通过原子水平的三维结构解析鉴定出一种全新的膜蛋白纳米孔道CsgG，这是一种表达在革兰氏阴性细菌外膜上的β桶状膜蛋白，其生物功能是将未折叠的多肽链分泌到细菌表面，三维结构表明该蛋白寡聚体中心会形成直径约为1.2纳米，而厚度约为2.5纳米的孔道结构，满足纳米孔测序的基本需求。

新发现让黄亿华博士非常兴奋，作为一个科学家，他首先想到的是把成果整理成论文发表，与同行分享喜悦。但论文的发表并不是一帆风顺，由于繁琐的程序，黄亿华博士的论文遭到了拖延，论文并没有在第一时间发出。

而且论文发表后，黄亿华博士发现他在这一研究存在竞争者，并且竞争者已经与当时专注于纳米孔测序技术研发的牛津纳米孔测序技术公司（oxford nanopore technologies, ONT）将CsgG膜蛋白的纳米孔测序应用进行了专利保护，他也因此遗憾地错失了这一重要的专利权。基于CsgG膜蛋白的研究，ONT很快完善了他们的纳米孔测序技术并推出纳米孔测序仪商业产品。

对于科研人员而言，丧失倾尽心血的科研成果的使用权无疑是痛心且沮丧的。对此，黄亿华博士虽然心有不甘，但事情已经发生无法挽回，他决定重整旗鼓从头再来。

在最初决定开展这项研究时， 黄亿华博士就确定了包括CsgG在内的好几种纳米孔蛋白。错失CsgG专利申请后，黄亿华博士便把研究重点转移到其它几种蛋白上，加速推进相关的结构解析和实验研究。

事实证明努力就会有所收获，在2016年中，他组里又鉴定出一种新型纳米孔蛋白，而且与CsgG一样也表明其具有纳米孔测序的能力。

之前的经历加强了黄亿华博士的知识产权保护意识。对于所鉴定的第二种纳米孔蛋白，他决定先不公开，而是以技术秘密的形式用于后续的测序技术研发。此时，他在生物物理所的同事兼好友娄继忠博士的加入更坚定了他全面推动纳米孔测序仪研发的决心。

▲娄继忠博士

娄继忠博士专注于单分子生物物理检测研究，而纳米孔测序在原理上也是一种单分子检测技术。经过调研和评估，他和黄亿华博士决定联手合作，在中科院生物物理研究所共同组建了纳米孔测序研发团队，推动我国自主知识产权纳米孔测序仪的研制。经过协作攻关， 研发团队在2018年6月基于新型纳米孔完成了纳米孔测序的原理验证。

两位博士的研究成果引起了科技部和中科院的高度重视，首先获得了来自科技部国家重点研发计划“变革型技术”关键科学问题重点专项的资助——这也是科技部首个纳米孔测序技术专项项目。随后团队又获得了中国科学院“重大仪器设备研制项目”和中国科学院“0-1项目”的资助，以及“生物岛实验室”数千万元资助。

在这些国家和地方项目的支持下，联合团队完成了一款16通道纳米孔测序样机的研制及其小规模生产。基于后续研究目标的需要， 同时在科研成果转化的大势所趋下，两位博士决定创办普译生物，从而可以在商业资本的推动下，快速完成科技成果的商业化，推出我国自主知识产权的纳米孔测序设备，打破海外企业的技术封锁线。

公司成立之后，项目团队又获得了科技部第二个纳米孔测序专项项目——国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项的支持。

对此， 娄继忠博士表示，“国家的支持是对我们技术以及努力的肯定，给了我们继续研发的信心。同时，对我们也是一种鞭策，要有决心将国产化商用生物纳米孔测序仪做的更好，在国内乃至世界基因测序领域都赢得话语权。”

当科技部将第一个“国家重点研发计划”任务交给普译生物研发团队的时候，纳米孔基因测序企业ONT已经推出了多款商用纳米孔基因测序仪，并在努力提升其产品的性能从而提升与其它测序设备的竞争力。商用纳米孔基因测序仪的市场布局已经拉开序幕，普译生物决定奋起直追，通过打磨技术在这一市场占据自己的一席之地。

普译生物在纳米孔测序领域已有十余年研究经验，已经掌握着多个具有商业化潜力的纳米孔蛋白。这让普译生物对自己即将研发完成的商用生物纳米孔测序仪充满信心，并有望在测序准确度和测序成本方面取得优势。

如何让更多人接受普译生物的产品也是团队考虑的重点。目前市面上主流的二代测序仪产品一般体积较大，移动和操作起来非常不便，加之测序结果需要非常专业的人员进行分析，导致其很难直接进入各级医疗机构和科研实验室。主要是通过测序服务公司为这些终端用户提供测序服务，这种模式增加了测序的时间和人力成本。

比如，遗传疾病患者在医院进行诊断后并不能及时得到结果，既耽误了患者的治疗时间，也影响了我国基因疾病的研究发展。

而普译生物正努力研发的纳米孔测序仪无论是携带还是使用都非常便捷，使得它们具有直接进入各种医疗机构和科研实验室的潜力。直接把产品推广到终端用户，使基因测序能够“普”惠大众正是普译生物的愿景目标。

向终端用户的直接推广无疑将极大拓展基因测序的应用场景，同时也可以收集到更加丰富的基因数据，产生良性循环。对这些基础数据的深入分析不但能协助我国实现精准医疗，还会推动疾病诊疗模式的变革，助力我国医疗发展。

▲普译生物商用生物纳米孔测序仪（样机）

准确度、便捷度以及低成本都将彰显着未来普译生物纳米孔测序产品的特色，同时普译生物也保持着纳米孔测序长读长、高通量的特点。目前市面上性能最好的二代测序仪，测序读长一般都是数百个碱基，而纳米孔测序仪已经实现了从200到200万个碱基的读长。而超长的测序读长可以轻易解决重复序列拼接困难的问题，极大降低了数据分析的难度，提高了测序效率。

黄亿华表示：“纳米孔测序技术作为新一代DNA/RNA/蛋白质直读解决方案，有望解决NGS测序在表观遗传学修饰、RNA直接测序以及蛋白质组学等方面存在的缺陷。因此，普译生物将继续深耕纳米孔测序仪领域，研发更多高性能产品，协助推动生物大分子测序行业的发展。”

过硬的技术，以及国家的大力支持，都让普译生物备受投资机构的青睐。普译生物创办不久，便完成了由水木创投、IDG资本联合领投的数千万元天使轮融资。

水木创投投资总监王大千博士在和普译生物团队接触后，被其正从事的测序技术研发工作以及团队魅力深深吸引。王大千博士毕业于清华大学精密仪器系，曾在中科院下属单位进行高端科研仪器研发，也曾联合创办过分析仪器企业，是个根正苗红的“仪器人”，对高端生命科学仪器研发充满激情。

▲王大千博士

他在和黄亿华、娄继忠博士交流后发现，普译生物研究的方向正好与他兴趣相投。并且，在水木创投担任投资总监使他积累了大量的市场经验，丰富的阅历告诉他，纳米孔测序仪器的市场前景非常广。在生物医疗市场的变革以及新冠疫情刺激下，中国的基因测序行业将迎来爆发式增长。作为产业链上游，基因测序仪绝对是炙手可热的明星产品。

同时，黄亿华、娄继忠博士的科研实力，以及中科院、科技部的支持都让他看好普译生物的发展。所以，无论是作为投资人，还是“仪器人”，王大千博士都非常愿意加入普译生物。而王大千博士也正是普译生物渴求的人才，显著增强了普译生物在仪器软硬件研发方面的实力。

最终，水木创投投资总监王大千博士把自己也“投资”进了普译生物。凭借在精密仪器、技术研发、企业管理、投融资等方面丰富的经验，成为普译生物的首席技术官。

截至目前，距普译生物上一轮融资已经过去了一年。在上一轮融资的支持下，普译生物在测序芯片研发领域取得了重要的进展。经团队评估讨论，他们决定开启下一轮的融资。本次融资将基于测序芯片的研发启动规模性生产，推动商用生物纳米孔测序仪的进一步市场化。

黄亿华博士告诉动脉橙果局：“作为中国商用纳米孔基因测序仪研发的优势力量，普译生物有能力凭借更加高效，更加精准的新一代核酸直读测序技术，为科研机构、企事业单位、医疗机构、社会卫生组织等提供更加便捷的设备和服务。未来，普译生物将致力于为精准医学提供强有力的支持，使基因技术造福人类，服务健康中国。”