2002年12月，廣東河源市一位黃姓病人因不明原因肺炎就診，一個(gè)月后病愈出院，但引線已被點(diǎn)燃：中山市先后出現(xiàn)多起醫(yī)護(hù)人員肺炎感染病例。2003年1月21日下午，國(guó)家疾病控制中心專家組將該病定名為“非典型性肺炎”。這種后來(lái)被稱為SARS的呼吸系統(tǒng)傳染病在中國(guó)廣東爆發(fā)，繼而向全國(guó)及東南亞乃至全球擴(kuò)散。
世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2003年7月31日，SARS疫情共造成全世界8096人感染，死亡病例774人，其中中國(guó)大陸地區(qū)感染人數(shù)達(dá)到5327人^[1]。
 

“錯(cuò)失的機(jī)會(huì)”

盡管中國(guó)大陸地區(qū)首先發(fā)現(xiàn)了感染病例，但確定病原體、對(duì)病毒進(jìn)行分離、DNA測(cè)序和發(fā)現(xiàn)病毒受體的工作卻并未走在世界前列。

實(shí)際上，北京一個(gè)研究機(jī)構(gòu)（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院，AMMS）在2003年3月7日之前，就已通過(guò)電鏡，在病人身上獲得的樣本中觀察到了一種未知病毒，并推測(cè)該病毒極有可能與當(dāng)時(shí)流行的SARS有關(guān)，他們甚至發(fā)現(xiàn)，病人血清可能對(duì)抵抗病毒有幫助。

但由于官方使用了中國(guó)工程院院士、醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)及病毒學(xué)專家洪濤的說(shuō)法，宣稱這場(chǎng)疫病的傳染源是一種衣原體細(xì)菌，導(dǎo)致這個(gè)發(fā)現(xiàn)并未走出北京。2003年3月17日，世衛(wèi)組織不得不組織世界上11家實(shí)驗(yàn)室（沒(méi)有來(lái)自中國(guó)大陸的實(shí)驗(yàn)室）開(kāi)始尋找SARS病原體。一周之后的3月24日，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了冠狀病毒。

直到4月14日，病毒樣本才被連夜送到華大基因?qū)嶒?yàn)室開(kāi)始RNA測(cè)序，當(dāng)天凌晨2點(diǎn)，測(cè)序結(jié)果出爐，但就科研競(jìng)賽而言，中國(guó)輸了：來(lái)自加拿大溫哥華的邁克爾・史密斯基因組科學(xué)中心（Michael Smith Genome Sciences Centre）已提前一天測(cè)定了這個(gè)新型冠狀病毒的序列^[2]。

2003年7月18日，Science雜志以《中國(guó)錯(cuò)失良機(jī)》（China's Missed Chance）為題，報(bào)道了SARS病毒發(fā)現(xiàn)的過(guò)程和細(xì)節(jié)，并慨嘆中國(guó)科學(xué)家“失去了一次在全世界面前閃耀的機(jī)會(huì)”^[3]。

負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)世衛(wèi)組織的德國(guó)病毒學(xué)家克勞斯·斯托爾（Klaus Stöhr）不無(wú)遺憾地說(shuō)，如果中國(guó)的科學(xué)家能及時(shí)公布發(fā)現(xiàn)，各國(guó)實(shí)驗(yàn)室的研究進(jìn)度將大大加快。中國(guó)科學(xué)家哪怕是給斯托爾一封郵件，哪怕是一通電話，都可能讓中國(guó)科學(xué)家在疾病史上占有一席之地，并在知名科研雜志上發(fā)表幾篇重磅論文。軍事科學(xué)院研究院楊瑞馥也懊悔地說(shuō)：“我們等得太久，也太謹(jǐn)慎了。”^[3]

2003年5月12日，國(guó)家郵政局宣布，將于19日特別發(fā)行《萬(wàn)眾一心抗擊非典》郵票一套一枚，編號(hào)為特4-2003，發(fā)行量為1250萬(wàn)枚，郵票面值80分
 

16年過(guò)去了，另一種冠狀病毒襲來(lái)。

2019年12月30日，武漢市衛(wèi)生健康委員會(huì)醫(yī)政醫(yī)管處發(fā)布《關(guān)于做好不明原因肺炎救治工作的緊急通知》，通知稱武漢部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)陸續(xù)出現(xiàn)不明原因肺炎病人，臨床表現(xiàn)均表現(xiàn)為病毒性肺炎或肺部感染。^[4]

在首次疫情通報(bào)的一周之后，2020年1月9日，新華社記者采訪病原檢測(cè)結(jié)果初步評(píng)估專家組組長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士徐建國(guó)。他表示，截至7日21時(shí)，實(shí)驗(yàn)室從陽(yáng)性病人樣本中分離出一種新型冠狀病毒，并進(jìn)行了全基因組檢測(cè)，并確認(rèn)引起此次疫情的新型冠狀病毒不同于包括SARS在內(nèi)的已發(fā)現(xiàn)的人類冠狀病毒。^[5]

首例新型肺炎報(bào)告后的第14天，1月12日，世界衛(wèi)生組織（WHO）宣布，已收到中國(guó)分享的從武漢不明原因病毒性肺炎病例中檢測(cè)到的新型冠狀病毒基因序列信息。世衛(wèi)組織認(rèn)為，這對(duì)其他國(guó)家開(kāi)發(fā)特定診斷工具有重要意義。^[6]

在基因序列公布后的1~2天里，碩世生物、達(dá)安基因、之江生物、華大基因等公司根據(jù)病毒的RNA序列，先后宣布完成了新型冠狀病毒檢測(cè)試劑盒的開(kāi)發(fā)。^[7]

1月19日，也就是本文發(fā)布的前一天，國(guó)家衛(wèi)健委官方微信公眾號(hào)“健康中國(guó)”發(fā)文，表示已下發(fā)新型冠狀病毒檢測(cè)試劑盒^[8]。得益于檢測(cè)手段的進(jìn)步，在過(guò)去的兩天內(nèi)，武漢、北京、深圳各地確診并通報(bào)了多起新型肺炎病例。

這次病原體檢測(cè)，中國(guó)沒(méi)有錯(cuò)失機(jī)會(huì)。在2003年至今的16年間，基因檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，成了今天醫(yī)療工作者們迅速探明病原的關(guān)鍵工具。

是誰(shuí)造出了這些基因檢測(cè)設(shè)備？這是一個(gè)技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)并行的故事。

 

無(wú)字天書(shū)

基因的復(fù)雜結(jié)構(gòu)令人著迷，四種堿基兩兩配對(duì)，組成DNA雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)，特定的堿基序列形成了生命的基因密碼。通過(guò)破譯DNA這部無(wú)字天書(shū)，我們才能了解世間萬(wàn)物和自身生、老、病、死的全部秘密。

RNA與DNA結(jié)構(gòu)圖，圖源：Wikipedia
 

以人類為例，要測(cè)定多達(dá)60億對(duì)堿基的完整序列，所需甚費(fèi)。歷史上，人們?cè)�集�?個(gè)國(guó)家，20所大學(xué)/科研中心的科研團(tuán)隊(duì)，自1990年起，耗時(shí)13年，花費(fèi)30億美元才完成“人類基因組計(jì)劃”（Human Genome Project, HGP）。

2003年4月，“人類基因組計(jì)劃”宣布完成，但收尾工作陸陸續(xù)續(xù)持續(xù)到2005年。2006年，人們使用同樣的技術(shù)制造出一款“基因測(cè)序儀”（由ABI公司生產(chǎn)），人類全基因組測(cè)序的成本直接降到了1000萬(wàn)~1500萬(wàn)美元^[10]。

就在這款測(cè)序儀公布后的第二年，科學(xué)家們利用了另外一種新技術(shù)，再次為人類基因做全基因組測(cè)序，新項(xiàng)目只用了4個(gè)月，花費(fèi)僅有近150萬(wàn)美元。

為了這次突飛猛進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步，人們特意舉辦了一場(chǎng)發(fā)布會(huì)——2007年5月31日的發(fā)布會(huì)上，諾貝爾獎(jiǎng)得主、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一詹姆斯·沃森接受了一份特殊的禮物：一張寫(xiě)有他個(gè)人全部DNA信息的DVD光盤(pán)——沃森，正是為這次新技術(shù)牛刀小試的血樣提供者。

這張光盤(pán)所容納的基因信息，全部由一家名為“454 Life Science”的公司來(lái)完成^[11][12]。

從13年到4個(gè)月，30億美元到150萬(wàn)美元，效率和費(fèi)用差距背后是技術(shù)的進(jìn)步。

“人類基因組計(jì)劃”使用的是第一代技術(shù)：桑格測(cè)序法（Sanger sequencing），而454公司則使用了第二代測(cè)序技術(shù)（基于“焦磷酸測(cè)序法”），省錢省力。

桑格測(cè)序法由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者桑格于1975年發(fā)明，原理并不復(fù)雜，主要是基于DNA由一塊塊顏色各異的積木（脫氧核糖核酸）組成，每塊積木手拉手形成一條長(zhǎng)鏈。桑格則在積木拼接過(guò)程中混入只有一只手的積木，長(zhǎng)鏈就會(huì)在此中斷，從而得知長(zhǎng)鏈中每個(gè)位置分別是什么樣的積木，也就是DNA的序列。^[13]

省錢之余，454公司可謂一箭雙雕。

由于沃森是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的共同發(fā)現(xiàn)者，1967年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者，同時(shí)還是冷泉港實(shí)驗(yàn)室名譽(yù)主席，454公司充分利用了這個(gè)名人IP。一方面使用沃森的名字（James Dewey Watson），為項(xiàng)目取名“吉姆計(jì)劃”（“Project Jim”），打通了商業(yè)與科研；另一方面，通過(guò)全基因組測(cè)序，讓當(dāng)事人沃森做其新技術(shù)背書(shū)，這是花多少公關(guān)與市場(chǎng)費(fèi)用都難以達(dá)到的效果。

所以“吉姆計(jì)劃”的本質(zhì)，不過(guò)是454公司為新款測(cè)序儀產(chǎn)品做的技術(shù)秀。

 

 

諾獎(jiǎng)得主參與的技術(shù)秀

早在2005年，454公司就有為個(gè)人“提供完整基因測(cè)序”的想法。

454公司創(chuàng)始人羅森伯格，這個(gè)兼具技術(shù)與商業(yè)思維的天才，為了讓這場(chǎng)炒作更廣為人知，首先想到的合作對(duì)象，就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者之一、諾獎(jiǎng)獲得者和時(shí)任冷泉港實(shí)驗(yàn)室名譽(yù)主席詹姆斯·沃森。

面對(duì)“首個(gè)為二代測(cè)序技術(shù)貢獻(xiàn)完整基因組”的身份與名譽(yù)的雙重誘惑，沃森沒(méi)有拒絕，只是提出一個(gè)附加條件：不要公布他的某些遺傳病基因。

可令454公司萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到的是，大嘴巴沃森“第二天就找《紐約時(shí)報(bào)》記者爆了料”^[14]。

 

科技史插曲：一代測(cè)序技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)期間，“人類基因組計(jì)劃”的完整基因由多個(gè)匿名人士拼齊，塞雷拉公司（Celera Genomics）的基因樣品則來(lái)自其前總裁克雷格·文特爾（J. Craig Venter）捐獻(xiàn)。

 

《紐約時(shí)報(bào)》記者聞風(fēng)而動(dòng)，趕到位于長(zhǎng)島的冷泉港實(shí)驗(yàn)室想一探究竟。但并沒(méi)有什么神奇高端的科幻場(chǎng)景，作者看到了實(shí)驗(yàn)人員使用的454公司生產(chǎn)的舊款二代基因測(cè)序儀（GS 20），并用略顯驚訝、同時(shí)又嫌棄的語(yǔ)氣描述道：“像巨大的洗衣機(jī)和iPod的混合體，每臺(tái)價(jià)值50萬(wàn)美元，還不包括軟件平臺(tái)”^[10]。

但在2006年，這臺(tái)怪獸機(jī)器還只能給大腸桿菌之類的微生物做基因測(cè)序，還不足以完成人類基因組測(cè)序^[14]。人類基因組數(shù)據(jù)量太大了，這款早期二代測(cè)序儀可憐的處理能力會(huì)“消化不良”，導(dǎo)致吞吐量過(guò)小、錯(cuò)誤率過(guò)高等問(wèn)題。

也是在這一年，454的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Solexa推出了一款二代基因測(cè)序儀，并放言也要進(jìn)行人類全基因測(cè)序，《紐約時(shí)報(bào)》甚至已曝出了基因樣本的捐獻(xiàn)者身份：一位尼日利亞匿名男子^[10]。

出人意料的是，2006年還在爭(zhēng)鋒的454和Solexa，次年就雙雙委身于人——2007年1月，Solexa被生物科技公司Illumina（該公司在2019年終于有了個(gè)中文名字：因美納）拿下，而454則在當(dāng)年3月被巨頭羅氏診斷收入囊中。

被羅氏收購(gòu)后的454公司，使用其新款測(cè)序儀GS FLX，為沃森做了全基因測(cè)序，并在2007年5月為此舉行了聲勢(shì)浩大的發(fā)布會(huì)——此時(shí)距離羅氏收購(gòu)454公司剛過(guò)去兩個(gè)月。

伴隨DVD光盤(pán)發(fā)布會(huì)一起開(kāi)啟的，是一場(chǎng)歷時(shí)十幾年的測(cè)序儀之戰(zhàn)。
 

因沃森而備受關(guān)注的454公司的明星測(cè)序儀GS FLX，是“高通量測(cè)序”或“下一代測(cè)序”（NextGeneration Sequencing，NGS）技術(shù)的早期代表，可同時(shí)對(duì)上萬(wàn)甚至百萬(wàn)條基因片段實(shí)現(xiàn)“大規(guī)模并行測(cè)序”，在提高效率和大大降低成本的同時(shí)，依舊能保證測(cè)序的精準(zhǔn)度。

454的測(cè)序儀基于“焦磷酸測(cè)序法”，該法的原理于1996年提出^[15]，是“非桑格測(cè)序法”的重要代表。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其原理本質(zhì)是：先將單鏈DNA與各種酶共同孵化后，通過(guò)一系列酶化學(xué)反應(yīng)，釋放能量，促使熒光素的合成，并釋放可見(jiàn)光。鏡頭和感光元件檢測(cè)后通過(guò)捕捉光信號(hào)來(lái)確定互補(bǔ)鏈的序列信息。
 

454測(cè)序儀的測(cè)序流程，基于焦磷酸測(cè)序法。圖源丨Wikipedia，by Density Design Research Lab

 

宿敵與新患

小而美的創(chuàng)新技術(shù)公司固然性感，但世界終究還是巨頭們的�；�因測(cè)序儀市場(chǎng)之爭(zhēng)，陡然升級(jí)為Illumina和羅氏之間的技術(shù)對(duì)決。

 

測(cè)序技術(shù)的優(yōu)劣，直接決定測(cè)序儀的市場(chǎng)成敗。那么，決定測(cè)序技術(shù)的關(guān)鍵因素有哪些？

• 測(cè)序長(zhǎng)度：即讀長(zhǎng)，以堿基對(duì)（base pair, bp）的數(shù)量為單位，通常情況下bp數(shù)字越大表明讀長(zhǎng)能力越好，即每次可以讀取更長(zhǎng)的堿基序列片段。桑格測(cè)序法雖然原始，但讀長(zhǎng)范圍可達(dá)到800bp，以Illumina為代表的二代測(cè)序法讀長(zhǎng)則為50~300bp，454的讀長(zhǎng)可以達(dá)到700bp；

• 測(cè)序片段數(shù)量：?jiǎn)未螠y(cè)序片段數(shù)量越多越好。454的單次測(cè)序片段數(shù)量最多為100萬(wàn)，而Illumina的邊合成邊測(cè)序一次可測(cè)30億片段。

• 測(cè)序速度：同等數(shù)量和精度情況下，測(cè)序速度當(dāng)然越快越好；

• 測(cè)序成本：通常按每百萬(wàn)堿基對(duì)（Mbp）的成本來(lái)衡量，桑格測(cè)序法的成本為2400美元/Mbp，454公司將成本降至10美元/Mbp，而Illumina的測(cè)序成本則降至0.05美元/Mbp。

 

454公司嫁入豪門(mén)之后，一度備受榮寵。生意遍及全世界的羅氏，甚至還在生化災(zāi)難主題的好萊塢電影中，為454公司的測(cè)序儀做了廣告植入。

《傳染病》（Contagion，2011）劇照，454的測(cè)序儀曾在該片中露出
 

Illumina 測(cè)序儀的讀長(zhǎng)遠(yuǎn)不如454測(cè)序儀（300bp VS 700bp），但這條短板被單次測(cè)序數(shù)量（30億 VS 100萬(wàn)）與成本（0.05美元/MbpVS 10美元/Mbp）補(bǔ)上了。這導(dǎo)致對(duì)手454極為被動(dòng)：在被羅氏收購(gòu)后，因產(chǎn)品價(jià)格過(guò)高，技不如人，導(dǎo)致節(jié)節(jié)敗退。

 

Illumina測(cè)序儀原理：

• 第一步，將DNA切成300bp左右的片段，并用特有接頭，將其首尾相連（即構(gòu)建文庫(kù)）；

• 第二步，通過(guò)擴(kuò)增儀將每個(gè)待測(cè)片段復(fù)制成1000個(gè)左右的復(fù)制片段（即橋式擴(kuò)增）；

• 第三步，加入四種熒光dNTP，分別標(biāo)記四種堿基類型，發(fā)出不同的熒光，使用激光掃描熒光信號(hào)后得出堿基的類型和次序（即測(cè)序的核心過(guò)程）；

• 第四步，洗去dNTP的熒光基團(tuán)，進(jìn)入下一個(gè)測(cè)序反應(yīng)。

有諾貝爾獎(jiǎng)獲得者沃森、首臺(tái)第二代測(cè)序儀雙重光環(huán)加持的454和巨頭羅氏，最終淪為測(cè)序儀之戰(zhàn)第一回合的輸家。

454的失勢(shì)令羅氏開(kāi)始認(rèn)真考慮后路，比如收購(gòu)新公司。首要目標(biāo)當(dāng)然是市場(chǎng)風(fēng)頭正健的對(duì)手Illumina公司。

2011年12月13日，羅氏向SEC提交收購(gòu)Illumina的申請(qǐng)，但收購(gòu)談判破裂。

2012年1月25日，羅氏在官網(wǎng)掛出了收購(gòu)聲明，還附上了給Illumina CEO的一封公開(kāi)信。談判細(xì)節(jié)由此得以大白于世^[16]：

 

雙方談判已有數(shù)周之久。羅氏最初出價(jià)為每股44.5美元，總價(jià)57億美元，全現(xiàn)金收購(gòu)。相比市場(chǎng)傳言那天的股價(jià)溢價(jià)高達(dá)64%（比過(guò)去三個(gè)月均價(jià)溢價(jià)43%）；

羅氏打算保留Illumina品牌與團(tuán)隊(duì)，甚至提出要把羅氏的應(yīng)用科學(xué)業(yè)務(wù)與之合并，并將該業(yè)務(wù)部門(mén)總部遷至Illumina所在的加州圣迭戈；

雖然羅氏給出了優(yōu)厚條件，但I(xiàn)llumina董事會(huì)對(duì)該交易興趣缺缺。

 

溢價(jià)如此之高，傲嬌的Illumina還是“一直不愿就此進(jìn)行任何有意義的對(duì)話”，羅氏理所當(dāng)然地認(rèn)為，對(duì)方缺乏談判誠(chéng)意。于是做了一個(gè)更激進(jìn)的決定：將聘請(qǐng)格林希爾事務(wù)所和花旗全球公司做財(cái)務(wù)顧問(wèn)，立即展開(kāi)敵意收購(gòu)。羅氏甚至已經(jīng)開(kāi)始規(guī)劃收購(gòu)后的藍(lán)圖：

“鑒于貴公司董事會(huì)的反應(yīng)，我們計(jì)劃提名一批董事，并在Illumina的2012年年會(huì)上提出一些其他建議，供股東考慮。如果這些建議被采納，將會(huì)產(chǎn)生由羅氏提名的人選，列席貴公司董事會(huì)的多數(shù)董事席位。”

在隨后展開(kāi)的敵意收購(gòu)行動(dòng)中，羅氏報(bào)價(jià)從每股44.5美元升至每股51美元，總價(jià)膨脹至67億~68億美元，但三個(gè)月后，敵意收購(gòu)也被Illumina股東大會(huì)擊退^[17]。

Illumina今天或許會(huì)慶幸當(dāng)年拒絕收購(gòu)：截至2020年1月20日，Illumia的總市值已達(dá)到447億美元——大約是當(dāng)年的收購(gòu)報(bào)價(jià)的七倍。

羅氏原本寄希望于Illumina的董事會(huì)成員會(huì)在自己的壓力下發(fā)生變動(dòng)，但事與愿違，2012年4月，羅氏宣布，鑒于Illumina董事可能在股東大會(huì)上連任，所以放棄收購(gòu)。消息一出，羅氏股價(jià)上漲，而Illumina股價(jià)下跌。

首家二代基因測(cè)序儀公司454未能占領(lǐng)市場(chǎng)，加上收購(gòu)Illumina未果，羅氏在二代測(cè)序儀市場(chǎng)接連受挫。

事已至此，還有誰(shuí)能對(duì)抗Illumina？可能還得454公司……的創(chuàng)始人出馬。

被羅氏收購(gòu)后，454公司創(chuàng)始人喬納森·羅森伯格出走，并成立了一家新的基因測(cè)序儀公司Ion Torrent，從一家名為DNA Electronic公司取得授權(quán)，于2010年推出世界上第一臺(tái)半導(dǎo)體測(cè)序儀。

 

Ion的基因測(cè)序儀是基于流體、微體系機(jī)械和半導(dǎo)體組合而成，其工作原理是：先將DNA鏈固定在半導(dǎo)體芯片的微孔，然后依次加入堿基，在每個(gè)堿基加入時(shí)，儀器釋放氫離子，使堿基在穿過(guò)微孔時(shí)被芯片檢測(cè)到其類型和次序。該技術(shù)基于半導(dǎo)體芯片技術(shù)檢測(cè)pH值，無(wú)需激光、照相機(jī)和熒光標(biāo)記，故測(cè)序儀成本較低。

你大概可以將這類測(cè)序儀理解成一臺(tái)安檢門(mén)，能根據(jù)四種不同人的體型發(fā)出不同的“聲音”，人經(jīng)過(guò)該門(mén)時(shí)，后臺(tái)可以通過(guò)“聲調(diào)”的高低和次序來(lái)依次記錄其類型，實(shí)現(xiàn)測(cè)序目的。

 

2010年，Ion作價(jià)7.2億美元賣身Life Tech，后者由Invitrogen和ABI公司合并而成（有趣的是，ABI就是生產(chǎn)第一代測(cè)序儀的公司）；4年后，Life Tech也以136億美元賣身科學(xué)儀器制造商賽默飛世爾（Thermo Fisher Scientific），后者由此集合三家測(cè)序技術(shù)于一身，一躍成為第二大基因測(cè)序儀生產(chǎn)商。

2010年，Illumina 測(cè)序儀在全球市場(chǎng)依舊能占到70%的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其最大客戶一度是一家名為“華大基因”的中國(guó)公司，后者在當(dāng)年曾一口氣從Illumina手中買下128臺(tái)測(cè)序儀。而華大也一舉成為了全球最大的基因組學(xué)研究機(jī)構(gòu)，當(dāng)年的營(yíng)收是前一年的3倍多，突破10億。

但這段蜜月期很短。

 

中國(guó)選手

2011年之前，無(wú)論羅氏、賽默飛世爾和Illumina的競(jìng)爭(zhēng)再激烈，中國(guó)人也只能作壁上觀，但事情很快發(fā)生了變化。

2011~2013年間，Illumina 單方面要求測(cè)序儀配套試劑提價(jià)，大大擠壓了華大原有的利潤(rùn)空間；而對(duì)這個(gè)最大的中國(guó)客戶的設(shè)備維修服務(wù)需求，Illumina 面也是消極應(yīng)對(duì)，讓華大方面有“卡脖子”的感覺(jué)。^[18]

2013年1月，Illumina以3.5億美元（另有2015年之前付1億美元的里程碑款項(xiàng)）收購(gòu)Verinata Health公司，后者主要業(yè)務(wù)是“無(wú)創(chuàng)基因產(chǎn)前檢測(cè)”（NIPT），是華大基因的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

自建測(cè)序平臺(tái)迫在眉睫。

類似2018年“中興事件”，基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)也被上游高精尖技術(shù)（測(cè)序儀、測(cè)序試劑、耗材和軟件等）外國(guó)企業(yè)把持。但想擁有自主測(cè)序平臺(tái)，不單單需要分子生物學(xué)、機(jī)械、電子等技術(shù)，還需要化學(xué)、物理、信息軟件等學(xué)科的力量，這其中門(mén)檻之高，投入資金之多和人力之眾，絕非短短數(shù)年所能蹴就。

收購(gòu)是唯一的捷徑。

2012年，Illumina的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Complete Genomics（CG公司）正在尋求出售。作為一家上市公司，CG因業(yè)務(wù)不穩(wěn)定、收入過(guò)少，導(dǎo)致其財(cái)務(wù)狀況日益堪憂，股價(jià)從巔峰時(shí)期的近18美元跌至8美元左右，到2012年9月，股價(jià)已經(jīng)在3美元上下徘徊。

盡管華大基因和Illumina都在尋求收購(gòu)CG，但I(xiàn)llumina軟硬兼施，一方面提出收購(gòu)，另一方面又起訴CG侵犯其測(cè)序?qū)＠?span style="color:rgb(134, 166, 151)">（Illumina 早在2010年就曾起訴 CG ，稱CG侵犯其數(shù)項(xiàng)專利。（ US Patent No.6,306,597; No. 7,232,656; No. 7,598,035）2012年，為阻止對(duì)手收購(gòu) CG，Illumina再次起訴CG，認(rèn)為其聯(lián)合探針錨定聚合技術(shù)實(shí)際上侵犯了自家的另一項(xiàng)專利（US Patent No. 8,192,930））。

2013年3月，華大基因完成了從Illumina最大的客戶到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的突變——以1.176億美元的總價(jià)（每股出價(jià)僅比Ilumina高0.05美元^[19]），收購(gòu)了CG公司，成為Illumina的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

 

CG 的測(cè)序儀原理與 Illumina 的略有不同。^[20]
首先是在構(gòu)建文庫(kù)方面，CG更精準(zhǔn)。普通的鏈?zhǔn)綌U(kuò)增反應(yīng)雖然可以達(dá)到指數(shù)級(jí)的快速增多，但是擴(kuò)增中出現(xiàn)的錯(cuò)誤也會(huì)累積增多；而 CG 使用的滾環(huán)擴(kuò)增技術(shù)（RCA），就像從卷紙抽出紙一樣，隨著卷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，始終以最開(kāi)始的母鏈作為模版，降低了擴(kuò)增過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤積累。滾環(huán)式擴(kuò)增得到的產(chǎn)物也像卷紙一樣，會(huì)形成一條長(zhǎng)的 DNA 鏈。

 

隨后，這條長(zhǎng)長(zhǎng)的 DNA 鏈會(huì)像你放進(jìn)背包的耳機(jī)線一般，卷成一個(gè) DNA 納米球（DNB）。在擴(kuò)增過(guò)程中加在 DNA 鏈上的一些片段會(huì)像“磁鐵”一樣，讓 DNA 納米球被特有的規(guī)則矩陣芯片所吸引并固定，利于帶有熒光的分子探針掃描，并與之結(jié)合，發(fā)出光信號(hào)，再經(jīng)數(shù)字化處理后即可獲得待測(cè)序列。

 

Illumina法務(wù)使出渾身解數(shù)，也仍未能阻止這場(chǎng)決定華大命運(yùn)的收購(gòu)。雙方由此交惡，Illumina將測(cè)序周邊產(chǎn)品大幅提價(jià)，華大則開(kāi)始投入重金進(jìn)行測(cè)序儀研發(fā)。

又一場(chǎng)追逐戰(zhàn)開(kāi)始了。

2016年，華大基因剝離測(cè)序儀制造業(yè)務(wù)，成立華大智造。華大智造在回復(fù)“放大燈”（ID：guokr233）采訪時(shí)稱，到2019年11月，基因測(cè)序儀的銷量為1300臺(tái)，在海外，包括英國(guó)Sanger研究所、日本理化研究所、瑞典卡洛林斯卡醫(yī)學(xué)院轉(zhuǎn)化微生物組研究中心（CTMR）等，都是華大智造的客戶。

Illumina 當(dāng)然不能容忍新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手出現(xiàn)，尤其它還曾是自己的大客戶。在2019年4月、5月和6月，Illumina 揮舞“專利訴訟”大棒，先后起訴華大在德國(guó)、丹麥、瑞士和土耳其的子公司，指控它們侵犯自家專利組合（EP. 3,002,589 B1; EP 1,530,578 B1; EP 1,828,412 B1; EP 3,002,289 B1），甚至還控告華大在其測(cè)序儀上使用的 MGISEQ 商標(biāo)侵犯了 Illumina 注冊(cè)的 MISEQ 名稱的歐盟商標(biāo)（第8972127號(hào)，僅一字之差）。^[22]

另外，Illumina還開(kāi)始翻舊賬，2019年6月在美國(guó)北加州地區(qū)起訴華大智造，稱其收購(gòu)的 CG 侵犯其邊合成邊測(cè)序技術(shù)相關(guān)專利（US Patents No.7,566,537; No. 9,410,200） 。^[23]

華大也予以反擊。2019年5月和9月，華大智造在美國(guó)北加州地區(qū)和特拉華地區(qū)對(duì) Illumina 提起訴訟，指控其侵犯了 CG 的兩項(xiàng)專利。（US Patent No. 9,944,984; No.9,222,132）
 

華大智造和Illumina關(guān)于測(cè)序儀的專利糾紛 | 放大燈制圖
 

2020年初，Illumina再次對(duì)華大提出訴訟，認(rèn)為華大在英國(guó)和瑞典的子公司侵犯了其四項(xiàng)歐洲專利（EP 1530578 B1; EP 3002289 B1; EP 1828412 B2; EP 2021415 B1）。^[24]

華大與Illumina的故事未完待續(xù)。

 

天書(shū)的新譯者

到目前為止，世界上可完全獨(dú)立制造第二代基因測(cè)序儀（NGS）的市場(chǎng)格局成型，前三分別是：Illumina、賽默飛世爾和華大智造。

至于Illumina曾經(jīng)的“死對(duì)頭”羅氏，則演了一出“沒(méi)有永遠(yuǎn)的敵人”的故事，2020年1月，羅氏與Illumina達(dá)成了15年的非獨(dú)家合作伙伴關(guān)系，拓寬NGS在腫瘤診斷領(lǐng)域的全球化應(yīng)用，并開(kāi)發(fā)和分銷體外診斷檢測(cè)方案。

總結(jié)起來(lái)，第二代基因測(cè)序儀市場(chǎng)格局演化路徑如下：

整合制圖丨放大燈團(tuán)隊(duì)
 

這不是終點(diǎn)，人們很快盯上了第三代測(cè)序技術(shù)。

2014年6月，羅氏診斷以3.5億美元的價(jià)格（含2.25億美元里程碑款項(xiàng)）收購(gòu)測(cè)序儀研發(fā)公司Genia Technologies^[25]，后者的核心賣點(diǎn)是第三代測(cè)序技術(shù)：“納米孔測(cè)序”；

中國(guó)深圳的瀚�；�因（其創(chuàng)始人賀建奎違規(guī)使用基因編輯技術(shù)引發(fā)爭(zhēng)議，公司已更改法人代表并改名真邁基因）收購(gòu)Helicos的單分子熒光測(cè)序測(cè)序技術(shù)（即SMS，不過(guò)該技術(shù)在國(guó)內(nèi)爭(zhēng)議較大）。

Illumina此前也曾艱難洽購(gòu)第三代測(cè)序商Pacific Biosciences，但其一貫咄咄逼人的姿態(tài)引發(fā)同行警惕，被第三代測(cè)序儀公司Oxford Nanopore質(zhì)疑和舉報(bào)，認(rèn)為該交易或?qū)е聣艛�，�?dǎo)致交易陷入膠著。Illumina顯然過(guò)于樂(lè)觀，在2019年Q3財(cái)報(bào)中曾信誓旦旦地說(shuō)，收購(gòu)將在2019年底完成，但事實(shí)并未如愿：在美國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)和英國(guó)競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)管理局都拒絕批準(zhǔn)這項(xiàng)高達(dá)12億美元的收購(gòu)交易^[26]。

交易最終告吹，Illunima 霸業(yè)遇挫。

 

除了納米孔測(cè)序技術(shù)外，第三代測(cè)序技術(shù)類型還包括SMS、SMRT、FRET等。后三種技術(shù)都會(huì)用到熒光染料，在此基礎(chǔ)上識(shí)別堿基類型和次序。

這里重點(diǎn)介紹納米孔測(cè)序技術(shù)原理：用酶將DNA分子一個(gè)個(gè)切下來(lái)，依次通過(guò)只能容納單一核苷酸納通過(guò)的納米孔（Nanopore）中，穿過(guò)的瞬間會(huì)引發(fā)電流變化，以不同的電流強(qiáng)度確定不同的堿基類型和次序。

三代測(cè)序技術(shù)優(yōu)劣對(duì)比，制表丨放大燈團(tuán)隊(duì)

 

測(cè)序儀不是科技公司的技術(shù)秀場(chǎng)，而是有著實(shí)實(shí)在在的用途。

技術(shù)的進(jìn)步直接決定了分子生物學(xué)的誕生，而后者的日臻完善，又推動(dòng)技術(shù)進(jìn)一步商業(yè)化。

最初受益的是科研圈。在高通量的二代測(cè)序儀出現(xiàn)后，人們利用這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)人的全基因DNA測(cè)序，以及對(duì)細(xì)菌、擬南芥、水稻的RNA測(cè)序（有哪些生物的全基因已被完整測(cè)序？可以參考GNN的梳理^[27] )。除此之外，測(cè)序儀還可用于環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。十幾年來(lái)，隨著測(cè)序儀應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，基因測(cè)序技術(shù)快速商業(yè)化，已經(jīng)逐漸形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。

• 產(chǎn)業(yè)上游是以Illumina、賽默飛世爾和華大智造為主體的測(cè)序儀制造商（還會(huì)賣與測(cè)序儀相配套的“試劑盒”，也正是因?yàn)闇y(cè)序儀廠商一度包圓了試劑盒生產(chǎn)，導(dǎo)致華大基因在向上游業(yè)務(wù)發(fā)展時(shí)，Illumina能通過(guò)提價(jià)相要挾）；

一款基因檢測(cè)試劑盒的使用，圖源：Illumina
你可以把它想象成一組試管，已經(jīng)添加好每步反應(yīng)所需的生物化學(xué)試劑。只需要在其中一個(gè)試管中注入樣品，樣品會(huì)由測(cè)序儀自動(dòng)轉(zhuǎn)移至各個(gè)試管內(nèi)依次完成反應(yīng)
 

• 中游則是以購(gòu)買上游產(chǎn)品、在此基礎(chǔ)上研制試劑盒、PCR擴(kuò)增儀等周邊設(shè)備進(jìn)行測(cè)序的基因測(cè)序公司，這些公司要么開(kāi)展to B的業(yè)務(wù)，與醫(yī)院展開(kāi)合作測(cè)序，要么開(kāi)展to C業(yè)務(wù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化營(yíng)銷，做幾百上千元不等的基因測(cè)序服務(wù)。

• 下游則是消費(fèi)級(jí)基因測(cè)序和臨床診療市場(chǎng)。

最具誘惑力的市場(chǎng)是醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)。隨著基因測(cè)序儀的不斷精準(zhǔn)化、小型化的升級(jí)換代，中游的基因測(cè)序公司和下游臨床應(yīng)用越來(lái)越多。到目前為止，基因醫(yī)療已實(shí)現(xiàn)了對(duì)人從生前到死后的全流程覆蓋，包括產(chǎn)前無(wú)創(chuàng)DNA產(chǎn)前檢測(cè)（NIPT）、個(gè)人基因組檢測(cè)、腫瘤遺傳基因檢測(cè)、腫瘤早篩與實(shí)體瘤靶向基因檢測(cè)。

圍繞測(cè)序儀的科技戰(zhàn)+商戰(zhàn)，關(guān)乎核心技術(shù)、專利保護(hù)以及產(chǎn)業(yè)上下游的市場(chǎng)蛋糕，科技和商業(yè)不再兩極分化，而是相輔相成。

地球生物的全部秘密，都寫(xiě)進(jìn)了基因中。讀這本“天書(shū)”的工具就是基因測(cè)序儀，它們是這部天書(shū)的翻譯者，而這些爭(zhēng)搶測(cè)序儀市場(chǎng)的公司們，是翻譯者背后的大腦。誰(shuí)掌握了翻譯者，誰(shuí)就掌握了整個(gè)行業(yè)發(fā)展的最源頭，對(duì)人類科研、醫(yī)療的進(jìn)步有著至關(guān)重要的作用。

更多更好的天書(shū)翻譯者們，還在路上。

 

References：

[1] WHO: Summary ofprobable SARS cases with onset of illness from 1 November  2002 to 31 July 2003  https://www.who.int/csr/sars/country/table2004_04_21/en/

[2] Offical Website :Canada's Michael Smith Genome Sciences Centre
https://www.bcgsc.ca/about-us/our-story

[3] Enserink, M. (2003). SARS IN CHINA: China’s Missed Chance.Science, 301(5631), 294–296. doi:10.1126/science.301.5631.294

[4] 武漢衛(wèi)健委：武漢市衛(wèi)健委關(guān)于當(dāng)前我市肺炎疫情的情況通報(bào)  武漢市衛(wèi)健委關(guān)于當(dāng)前我市肺炎疫情的情況通報(bào)http://wjw.wuhan.gov.cn/front/web/showDetail/2019123108989及http://wjw.wuhan.gov.cn/front/web/showDetail/2020010309017

[5] 新華網(wǎng)：專家稱系新型冠狀病毒 武漢不明原因的病毒性肺炎疫情病原學(xué)鑒定取得初步進(jìn)展http://www.xinhuanet.com/2020-01/09/c_1125438971.htm

[6] WHO：Novel Coronavirus – China https://www.who.int/csr/don/12-january-2020-novel-coronavirus-china/en/

[7] “體外診斷網(wǎng)”：WHO命名新冠狀病毒第二天，圣湘、碩世、達(dá)安、之江快速推出檢測(cè)產(chǎn)品 https://mp.weixin.qq.com/s/sw_CmYzosKGWV75zgBXLBQ

[8] 國(guó)家衛(wèi)健委官方微信公眾號(hào)“健康中國(guó)”：國(guó)家衛(wèi)生健康委積極開(kāi)展新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作 https://mp.weixin.qq.com/s/nOQh6Ksv0duik53ILZQ2oA

[9] “八點(diǎn)健聞”：北京確診新冠狀病毒肺炎2例，廣東1例，武漢新增136例 https://mp.weixin.qq.com/s/DLZrbphDXYL_Qd_PF4tJ0A

[10] Nicholas Wade. TheQuest for the ＄1,000 Human Genome. NewYorkTimes.July,18,2006 (Page F00001). https://www.nytimes.com/2006/07/18/science/the-quest-for-the-1000-human-genome.html

[11] Wheeler, D.,Srinivasan, M., Egholm, M. et al. Thecomplete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing. Nature 452, 872–876 (2008)  doi:10.1038/nature06884

[12] Wadman, M. JamesWatson's genome sequenced at high speed. Nature452, 788 (2008)  doi:10.1038/452788b

[13] Sanger, F., &Coulson, A. R. (1975). A rapid methodfor  determining sequences in DNA byprimed synthesis with DNA polymerase. Journal of Molecular Biology, 94(3), 441–448. doi:10.1016/0022-2836(75)90213-2

[14]BioITWorld."Project Jim": 454 Sequences James Watson's DoubleHelix.Mar.23.2007( http://www.bio-itworld.com/newsitems/2007/march/03-23-07-watson/)

[15] Ronaghi, M.,Karamohamed, S., Pettersson, B., Uhlén, M., & Nyrén, P. (1996). Real-Time DNA Sequencing Using Detection ofPyrophosphate Release. Analytical Biochemistry, 242(1), 84–89.doi:10.1006/abio.1996.0432

[16] Offical website:Roche offers to acquire all outstanding shares of Illumina, Inc. to furtherstrengthen its leading role in diagnostics. 25,January,2012. https://www.roche.com/media/releases/med-cor-2012-01-25.htm

[17]  Michael J. de la Merced: Illumina Fends OffRoche’s Hostile Bid. NewYorkTimes. April 18, 2012 https://dealbook.nytimes.com/2012/04/18/illumina-fends-off-roches-hostile-bid/

[18] 谷業(yè)凱：解碼生命有了國(guó)產(chǎn)利器.人民日?qǐng)?bào).2019年05月27日 http://scitech.people.com.cn/n1/2019/0527/c1007-31103568.html

[19] 林騰：基因測(cè)序的硬件往事.界面新聞 https://www.jiemian.com/article/3494132.html

[20] Radoje et al., HumanGenome Sequencing Using Unchained Base Reads on Self-Assembling DNA Nanoarrays.1 Jan, 2010, VOL 327. DOI: 10.1126/science.1181498

[21] Drmanac, R., Sparks,A. B., Callow, M. J., Halpern, A. L., Burns, N. L., Kermani, B. G., … Yeung, G.(2009). Human Genome Sequencing UsingUnchained Base Reads on Self-Assembling DNA Nanoarrays. Science, 327(5961),78–81. doi:10.1126/science.1181498

[22] Illumina Files PatentInfringement Suit Against BGI Europe in Denmark. GenomeWEB. May 15, 2019. https://www.genomeweb.com/sequencing/illumina-files-patent-infringement-suit-against-bgi-europe-denmark#.XiFvIS2tZQI

[23] Illumina Sues BGI,Affiliates Over Sequencing Patents in US, Switzerland, Turkey. GenomeWEB. Jun28, 2019. https://www.genomeweb.com/sequencing/illumina-sues-bgi-affiliates-over-sequencing-patents-us-switzerland-turkey#.XiFsYy2tZQI

[24] RTTNews Staff Writer.llumina Files Patent Infringement Suits Against BGI In Sweden And U.S. RTTNews. 1/10/2020. https://www.rttnews.com/3058135/illumina-files-patent-infringement-suits-against-bgi-in-sweden-and-u-s.aspx

[25] Reuters: Rocheacquires DNA sequencing firm for up to $350 million https://www.reuters.com/article/us-roche-hldg-genia/roche-acquires-dna-sequencing-firm-for-up-to-350-million-idUSKBN0ED0LV20140602

[26] Illumina calls itquits after FTC blocks its $1.2B offer for PacBiohttps://www.fiercebiotech.com/medtech/illumina-calls-it-quits-after-ftc-blocks-its-1-2b-offer-for-pacbio

[27] GNN: A Quick Guide toSequenced Genomes http://www.genomenewsnetwork.org/resources/sequenced_genomes/genome_guide_p1.shtml