基因測序:一個比肩新能源的新故事

2020-12-24 金融界

來源:錦緞

作者:投資研究院

未來未至,但正在預演。

剛剛過去的10.1長假裡:美國風電公司新紀元能源(NYSE:NEE),市值一度超過埃克森美孚(NYSE:XOM),成為美國最大的能源公司;福萊特玻璃(HK:06865)與信義玻璃(HK:00868),兩家太陽能光伏玻璃公司,則在領漲港股;電動車主幹道上,特斯拉(NASDAQ:TSLA)與比亞迪股份(HK:01211),依然各自紅透半邊天。

比起新能源賽道的熙熙攘攘,另一個故事顯然還在醞釀。

同樣在10.1長假裡,諾貝爾化學獎被頒給了法、美兩位致力於基因組編輯方法研究的女科學家——埃馬紐埃爾·沙爾龐捷與詹妮弗·杜德納。

而在更早一點,全球基因組學領域硬體技術龍頭公司Illumina(NASDAQ:ILMN),拋出了80億美元現金和股票,擬將一家基於基因測序技術的腫瘤早篩公司GRAIL重新併入懷中。

再早一點,則是Illumina針對其潛在競爭對手華大基因(SZ:300676)的全球性專利戰。

春江水暖鴨先知。在基因編輯/基因療法帷幕徐徐張開的2020年代,一個比肩新能源的新故事即將開講的此時,是時候需要對基因測序這個黃金賽道做一次粗礪梳理了。

01

技術演變史

「21世紀是基因的世紀」。自1977年誕生第一代測序技術以來,基因測序產業已進行多次技術變革。

分子診斷體外診斷(IVD)中發展速度最快、技術最高的領域,主要技術包括PCR(聚合酶鏈式反應)、核酸原位雜交、基因測序和基因晶片等。其中,基因測序是分子診斷的主流技術方向。

從定義來看,基因測序是一種新型基因檢測技術,能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列,預測罹患多種疾病的可能性,個體的行為特徵及行為合理。例如,此次疫情大批量使用的新冠核酸檢測試劑盒,就是基於基因測序技術研發而來。

技術發展與進步是行業驅動的核心要素,也推動著基因測序從科研走向臨床。基因測序的演變史,就是一部「技術進化史」。

自1977年誕生第一代DNA測序技術以來,共進行過四次技術變革:

圖1:基因測序技術發展歷程來源:前瞻產業研究院、國元證券研究中心

第一代DNA測序技術是基於Sanger雙脫氧終止法的測序原理,結合螢光標記和毛細管陣列電泳技術來實現測序的自動化,基本方法是鏈終止或降解法。

不過,雖然Sanger測序技術具有測序讀長長、準確率高的優點,但由於通量低、成本高,沒有得到大規模應用。

第二代測序技術(高通量測序)的誕生,給行業帶來了顛覆性的變化。

高通量測序技術(NGS),是指通過模板DNA分子的化學修飾,將其錨定在納米孔或微載體晶片上,利用鹼基互補配對原理,在DNA聚合酶鏈反應或DNA連接酶反應過程中,通過採集螢光標記信號或化學反應信號,實現鹼基序列的解讀,一次性可完成幾十萬至上百萬條序列的測定。

簡而言之,NGS就是一種可以邊合成邊測序的高通量測序技術,能通過一個樣本獲取多種基因類型的信息,不僅效率高,而且一次性檢測大量基因的費用更低。

憑藉高通量、低成本、測序時間端等優勢,NGS技術在全球測序市場中佔據主導地位,應用領域包括無創產前檢測(NIPT)、胚胎植入前遺傳學診斷/篩查(PGD/PGS)、遺傳病診斷、腫瘤診斷和個性化治療、致病基因檢測、病原微生物檢測等。

圖2:四代測序技術對比來源:公開資料整理,國元證券研究中心

而第三代(單分子測序)和第四代(納米孔外切酶測序),雖然在ctDNA測序、單細胞測序等具有明顯優勢,但由於錯誤率較高、分析軟體不夠豐富等原因,商用受到一定限制。

目前,基因測序已經能夠通過不同的檢測技術來滿足多元化的臨床需求,主要應用在腫瘤診斷、遺傳病檢測和產前診斷中。基因檢測的結果主要用於臨床用藥參考與用藥指導。

例如,在腫瘤治療中,醫生可以藉助基因測序技術來診斷腫瘤患者基因突變的種類與狀態,從而選擇最適合的靶向藥物,並且制定個體化治療方案,達到精準治療的目的。

圖3:基因測序臨床應用 來源:科學網,中銀證券

根據測序中國統計,我國國產腫瘤分子診斷產品的技術應用趨勢與歐美市場基本一致,目前PCR技術仍是伴隨診斷的主流技術,主要應用在非小細胞肺癌、結直腸癌、乳腺癌、卵巢癌、黑色素瘤等方面。

不過,PCR技術的缺點就在於只能檢測已知突變,NGS技術卻可以一次性檢測出全部突變。未來,兩種檢測技術將形成「優勢互補,長期共存」的格局,加速推動腫瘤伴隨診斷行業的發展。

以NGS測序技術為例。

艾德生物(SZ:300685)在2018年11月獲國家藥監局批准的人類10基因突變聯合檢測試劑盒(商品名:維惠健),是我國首個跨癌種的NGS檢測產品,能用於定性檢測非小細胞肺癌(NSCLC)、結直腸癌(CRC)患者EGFR/ALK /ROS1/RET/KRAS/NRAS/PIK3CA/BRAF/HER2/MET基因變異。

圖4:艾德生物的NGS產品線 來源:公司財報

另外,基因測序巨頭Illumina和華大基因也分別基於自身的NGS平臺推出了癌症panel檢測產品,前者可以檢測48個基因,後者的檢測基於NimbleGen探針雜交捕獲測序技術,包含1053個腫瘤相關基因。

02

外資佔主導地位

基因測序的產業鏈分為上遊(設備、耗材及試劑)、中遊(測序服務)、下遊(科研機構、醫院、藥企、個人)。

從上遊的競爭格局來看,主要以Illumina、ThermoFisher(賽默飛)等外資和華大智造、博奧生物等國內設備廠商為主;國內的耗材及試劑生產商則以達安基因、艾德生物為主。中遊測序服務方面,華大基因、貝瑞基因(SZ:000710)、泛生子、燃石醫學等佔據大部分市場份額。

圖5:基因測序產業鏈來源:公開資料整理,國元證券研究中心

雖然我國診斷試劑發展迅速,已基本實現國產化。但是,我國基因測序技術整體仍落後於發達國家。

在診斷儀器領域,我國儀器佔比較小。尤其是技術壁壘極高的數字PCR儀和基因測序儀等高端儀器,仍被Illumina、LifeTech、Roche等外資品牌佔主導。

目前,國內僅有華大基因等個別品牌擁有自主研發生產的基因測序儀,且代際落後;大部分企業仍是通過OEM(貼牌)和合作研發的模式來完善產業鏈布局。例如,達安基因(SZ:002030)的DA Proton、貝瑞基因的NextSeqCN500、安諾優達的NextSeq550AR等。

根據數據顯示,Illumina和Thermo Fisher合計佔據國內基因測序儀67%的市場份額,華大智造(華大基因兄弟公司)則佔33%。

而且,在國內測序服務市場,不僅企業眾多競爭激烈,很多廠商還不具備自主研發基因測序儀和核心試劑的能力,導致議價能力弱。雖然目前由華大基因佔據著主導地位,但是卻屢屢受Illumina巨頭「卡脖子」,成長之路頗為坎坷。

03

基因界的華為海思?

通信行業的核心在於晶片,基因行業的核心設備在於基因測序儀。如果說華大基因是「基因界的華為」,那麼華大智造就是「基因界的華為海思」。

基因測序技術的不斷演變,是華大智造(華大基因)與Illumina抗衡的最有力武器。

2013年,Illumina曾兩度起訴美國測序儀廠商CG公司侵害其專利權,導致後者瀕臨破產,最終被華大基因以1.176億美元收購。

2014年7月,在CG公司技術基礎上研發的BGISEQ-100、BGISEQ-1000基因測序儀器及配套試劑獲批,是我國首個基因測序儀。

同年,Illumina推出的HiSeq X Ten基因測序儀,能使測序成本大幅下降至1000美元,由此奠定了其在全球基因檢測設備市場的龍頭地位。

2015年,華大基因相繼推出了自主研發的高通量測序系統「超級測序儀」Revolocity和桌面化測序系統BGISEQ-500,實現了基因測序全產業鏈布局。

2016年,華大智造成立,與華大基因同屬華大集團旗下。一家負責先進位造,一家負責先進服務,兩者形成「兄弟」關係。

2018年,華大智造發布了自主研發的超高通量基因測序儀MGISEQ-T7,單日數據產量可達6TB,是全球單日生產能力最強的基因測序儀。

目前,華大智造已發展成為國內唯一、全球第三家能自主研發並量產臨床高通量基因測序儀的企業,全球服務超過600家客戶,遍布全球50個國家和地區。2019年,為華大基因貢獻了95%的測序儀。

根據官方數據顯示,截至今年5月,華大智造基因測序儀全球裝機量達到1700臺,超過Illumina(公開資料顯示1.1萬臺)的1/10,在國內的市場佔有率超過1/3。

但是,由於核心元器件(測序儀與相關標準)仍被Illumina「卡脖子」,導致雙方爆發了聞名中外的專利之爭。

原創性技術或顛覆性技術掌握在他人手裡,是技術型企業的核心風險。有了CG公司的前車之鑑,華大基因往後不僅要在核心技術上尋求顛覆性突破,還要在專利戰上的法律策略以及經驗等方面強化自身——而這也將在很大程度上決定其投資價值的大小與市值的走勢。

略感慶幸的是,基於高通量測序儀等平臺,華大基因的產品覆蓋了生育健康、腫瘤防控、感染防控、多組學大數據與合成業務四大領域,全產業鏈優勢較為明顯。

圖6:華大基因的產品矩陣 來源:公司財報

業績方面:生育健康是華大的核心業務,2019年實現收入11.76億元,營收佔比為42.11%,毛利率達69.53%;精準醫學業務實現收入5.71億元,佔比20.45%,毛利率為66%。今年上半年,受新冠肺炎疫情的影響,核酸檢測試劑盒銷售大增,使得精準醫學業務實現收入29.92億元,營收佔比大幅提升至72.88%,毛利率也提高至70.52%。

也正是在全產業鏈、多元化的產品結構支撐下,華大基因的整體業績多年來一直保持著穩健增長。

除了在基因測序儀領域,華大基因要與跨國巨頭競爭以外,在無創產前檢測(NIPT)領域,也同樣需要面臨諸多國內龍頭企業的競爭。

貝瑞基因憑藉著先發優勢、豐富的臨床數據積累以及自身技術和平臺優勢,與華大基因佔據著絕大部分市場份額,2018年市佔率合計約為70%。

截至2019年,華大和貝瑞NIPT累計檢測樣本量分別達到600萬例和350+萬例,遙遙領先其他同行,形成雙寡頭格局。

貝瑞基因是國內最早布局NIPT領域的企業。早在2008年,公司創始人周代星博士便與「NIPT之父」盧煜明教授強強聯合,在《PNAS》上發表了NIPT實驗室的初步驗證結果,開啟了產前檢測的時代。

2011年9月,貝瑞自主研發的全球首個NIPT檢測產品「貝比安」獲批上市。

同時,華大基因也在2012年推出了「NIFTY」檢測產品。而且,2018年10月推出的升級版NIFTY全因2.0產品,能檢測出更多染色體或基因遺傳疾病,彌補了國內NIPT在單基因疾病檢測應用領域的空白。

04

結語:須以晶片產業為鑑

總的來說,在技術快速更新迭代的變革下,中國基因測序產業近年來發展迅速,誕生了華大基因、貝瑞基因、艾德生物等本土龍頭企業;市場空間也在不斷擴大——從早篩到診斷再到治療,成長性非常高,的確是名副其實的黃金賽道。

但由於核心技術仍掌握在外資巨頭手裡,也使得華大基因與Illumina的專利戰在當下顯得極為突兀。可以預見,國內基因測序企業在走向全球化的進程中,勢必要面對一場又一場的「卡脖子」攻堅戰。

在國產化替代、精準醫學等趨勢下,國內基因測序企業要想順利地走向全球化、打好「卡脖子」攻堅戰,關鍵就在於能否掌握核心技術。反之,就會像當前的晶片產業那般,處處受制於人。

相關焦點

  • 基因測序產業:被低估的生化巨人
    近年來,基因檢測成為一個熱門話題,在美股受到的認可度很高,特別是龍頭Illumina,在截至今年3月的過去一年羅素3000成份股漲幅榜排第三名,其基因測序技術更是名列全球最聰明的50家公司之首。在國內,基因測序也早已出現,中國1999年參與人類基因組測序項目,並培育出華大基因這種全球知名的基因測序公司。
  • 布局基因大數據!貝瑞基因如何成為基因測序領導者?
    今日開盤起基因測序板塊走強,其概念股貝瑞醫藥終身一躍成為了龍頭股。短短半小時直接漲停板。作為致力於將高通量測序技術實現臨床轉化的行業領導者,貝瑞基因早在2015年8月14日,就宣布與雲計算服務平臺提供商阿里雲達成合作,共同打造以海量的中國人群基因組數據為核心的數據云,以實現對個人基因組數據的精準解讀。該項目由美國貝勒醫學院、現任職貝瑞基因CIO的於福利教授牽頭,帶領由醫學、分子生物學、遺傳學、計算機編程等研究領域的博士組成的100多人團隊,共同參與到「神州基因組數據云」項目。
  • 【精彩集錦】第三屆基因測序大會視頻回放出爐
    為加強基因測序學術和技術交流,2020年5月14日~5月15日,儀器信息網舉辦了「第三屆基因測序網絡大會」。大會一共邀請到14位國內測序領域頂級專家以及8位企業技術研發專家,參會人數破千人,創歷史新高。本次基因測序大會為期2天,開設「新技術與新方法」、「醫療健康」、 「單細胞測序」和「農業基因組學」4個分會場。
  • 全面基因組測序在乳腺癌診療中的意義
    (comprehensive genomic profiling,CGP)測序通過利用二代測序技術一次可檢測超300個基因,包括各種變異類型以及癌症相關的內含子區,另外,經過驗證的CGP檢測,比如FoundationOneCDx(F1CDx)還可以提供腫瘤突變負荷(TMB)和MSI等信息,TMB是一個泛腫瘤的生物標誌物,今年FDA也批准了帕博利珠單抗用於治療高TMB(TMB-H, ≥10 Mut/Mb
  • 基因測序百家爭鳴諾禾致源勇立潮頭旨在領跑
    目前,隨著人類基因組計劃的完成、基因檢測技術的不斷發展以及生物醫學向數據密集型科學的逐步轉化,「精準醫療」作為生物和醫學領域的一個新概念應運而生。精準醫療的出現,無疑將為臨床病症更為準確、有效的診斷治療並提供積極的指導作用。基因測序是一種新型基因檢測技術,它能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列,從而預測罹患多種疾病的可能性,個體的行為特徵及行為合理性。
  • 高質高效,諾禾致源領基因測序行業
    而在生物產業中,基因測序領域又是創新最快、與產業連接最近緊、發展潛力最大的領域之一。諾禾致源作為基因測序領域的佼佼者,憑藉其強大的測序平臺和研發實力,秉承專業、創新、誠信、共贏的價值觀,在激烈的市場競爭中,始終保其領先地位。目前諾禾致源的科技服務已覆蓋基因測序、腫瘤和遺傳研究等領域,同時還在不斷的拓展更多的業務領域,力爭為客戶提供更全面更準確的基因測序服務。
  • 貝瑞基因董事長高揚:基因測序行業將演變為大數據行業
    12月11日,基因測序行業龍頭企業貝瑞基因董事長高揚在證券日報社主辦的第四屆新時代資本論壇上,闡述了公司發展的六字秘訣——主業、戰略、團隊。據了解,貝瑞基因致力於實現基因測序技術向臨床應用的全面轉化。作為全球率先研發並成功在臨床推廣無創產前基因檢測技術(NIPT)的公司,貝瑞基因的先發優勢和品牌優勢較為明顯。
  • 新安職業技術學院新動作:國內首個真實場景基因測序實訓室啟用
    見圳客戶端·深圳新聞網2021年1月15日訊(記者 梁榆其)1月12日,國內首個將華大智造MGISEQ-200基因測序儀投入教學使用的教學實訓室在廣東新安職業技術學院正式啟用。記者從校方了解到,基因測序教學實訓室是廣東新安職業技術學院(以下簡稱「新安學院」)、猛獁基金會和華大智造三方籤約共建,今後三方將基於該平臺,推進基因測序技術技能人才培養、教材研發、教師培訓、技能競賽等,深化產教融合,促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接,加強基因測序領域高技能人才培養,為快速發展的基因產業鏈提供堅強人才保障。
  • 原發性免疫缺陷人群的全基因組測序
    原發性免疫缺陷人群的全基因組測序 作者:小柯機器人 發布時間:2020/5/7 13:08:38 英國劍橋大學Paul A. Lyons和James E. D. Thaventhiran研究團隊合作取得新進展。
  • 百度與中國疾控中心病毒病所聯合設基因測序工作站 用AI助力新冠...
    4月25日消息,百度與中國疾病預防控制中心病毒病預防控制所(以下簡稱「中國疾控中心病毒病所」)籤署戰略合作協議,雙方將聯合設立「中國CDC應急技術中心-百度基因測序工作站」,共同推動新冠肺炎病毒基因組分析與新型疫苗研究工作,並以此為起點開展更長遠的強強聯合攻關。
  • 單細胞測序揭開「作物遺傳分析和產量基因挖掘」新篇章
    為突破這一瓶頸,來自美國冷泉港實驗室的David Jackson 課題組及多個合作團隊的研究者們利用玉米這一糧食農作物作為研究對象,聚焦花序器官早期發育這一決定性階段,運用時下先進的單細胞轉錄組測序 (scRNA-seq) 技術, 構建單細胞水平基因共表達網絡並準確預測基因冗餘,進而整合特異性細胞群體染色質開放數據,鑑定關鍵轉錄因子調控位點,最終結合全基因組關聯分析挖掘產量性狀相關基因。
  • 為何要基因測序?從猩猩得麻風病說起,論哺乳動物基因庫的必要性
    該項目圍繞著哺乳動物,將展開全面的基因測序、破解DNA基因的遺傳密碼!也是生命科學中,有史以來的最大的一次基因測序工作,他們的目標不僅鎖定了那些瀕臨滅絕的動物的基因,甚至包括了跨越1.1億年,地球上所能獲得的進化物種。聊起基因、DNA和突變,它就像造物主掌控這個世界的生命密碼本。
  • 基因測序解析海怪真身
    隨著基因測序技術在生命科學研究領域的廣泛應用,科學家們也開始嘗試對大王魷的基因組進行測序。2013年,哥本哈根大學專家託馬斯·吉爾伯特就曾利用線粒體基因組測序對大王魷進行研究,確定世界各地發現的差異很大的大王魷樣本都屬於同一各物種。
  • Adaptive Biotech: 基因測序解碼自適應免疫系統,微軟、羅氏青睞
    雖然發表了較多論文,但Adaptive不是一家科研機構,Adaptive Biotechnologies是一家美國西雅圖的測序分析平臺研發商,該公司希望創建通用血液測試和開發新的癌症治療方法,以改善患者病情。
  • 【疾控中心公布石家莊和邢臺2例新冠病例樣品基因測序結果】《中國...
    文 / 蘇懷瑾2021-01-06 22:59:40來源:FX168 【疾控中心公布石家莊和邢臺2例新冠病例樣品基因測序結果】《中國疾病預防控制中心周報(英文)》(China CDC Weekly)1月6日在線發表的文章顯示,近期疾控工作人員對
  • 華大基因:宏基因組高通量測序具有檢測範圍廣、無需預先培養樣本...
    同花順金融研究中心4月29日訊,有投資者向華大基因提問, 請問尹總,1)華大與Illumnia的競爭策略具體是怎樣的?對多組學業務的前景有什麼展望?2)腫瘤的測序試劑盒定價策略,如何替代主流PCR試劑?3)感染防控的市場規模有多大?謝謝!
  • 6篇16S rRNA基因測序+代謝組學聯合項目文章助力您快速發文
    編者按:16S rRNA基因測序是目前主要的高通量測序依賴的腸道微生物研究的方法之一,16S rRNA基因測序測序可以對腸道微生物中的所有菌種進行精確定量,可以回答「樣本當中有哪些微生物,他們具有哪些功能」。
  • 遊隼和獵隼基因組測序完成
    來自英國卡迪夫大學、深圳華大基因研究所等處的研究人員近日完成了對遊隼和獵隼的基因組測序,提供了關於捕食生物生活方式演變的一些新認識,相關論文「Peregrine
  • 艾吉泰康再融5000萬 打造基因捕獲「中國造」
    近日,艾吉泰康生物科技(北京)有限公司創始人兼CEO杭興宜博士向記者透露,公司已完成新進融資5000萬元,投資方為中關村發展集團。作為精準醫療基因檢測領域領先的技術創新型企業,這是艾吉泰康一年內獲得的第二筆投資。
  • 幫人類完成黑猩猩基因測序卻死於同年,這隻「克林特」有何不同?
    我們常會聽到這樣一種說法,「人類和黑猩猩基因相似度有96%以上」,能夠得出該結論,與一隻名為克林特的黑猩猩有關。15年前科學家就是通過提取它的血液,完成了黑猩猩的基因測序,試圖從中找出人類之所以獨特的原因。雖然克林特在24歲時死於心力衰竭,但它的細胞依舊用於研究和實驗。