動脈網(wǎng)第一時間獲悉，專注于創(chuàng)新納米孔單分子基因測序技術(shù)的齊碳科技近日宣布完成第三輪4000萬元人民幣融資，本輪投資方為中關(guān)村協(xié)同創(chuàng)新基金、雅惠精準醫(yī)療基金。據(jù)了解，本次融資將主要用于新一代納米孔基因測序儀的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備采購及人員招募。

       齊碳科技成立于2016年9月，采用納米孔基因測序技術(shù)，自主開發(fā)快速、低成本、小型化的第四代基因測序儀和配套試劑。本輪融資完成前，齊碳科技已經(jīng)累計獲得2300萬元融資，資方包括天使投資機構(gòu)合力投資、華控基石基金等，風(fēng)險投資機構(gòu)百度風(fēng)投等。

       基因測序技術(shù)的大量應(yīng)用與四次迭代

       自2006年最早出現(xiàn)在科研CRO服務(wù)中始，基因測序快速大規(guī)模進入臨床領(lǐng)域，提供豐富生物信息解讀數(shù)據(jù)的同時，幫助醫(yī)學(xué)檢驗實現(xiàn)跨越式進展。根據(jù)基因慧預(yù)測，2019年基因測序行業(yè)全球市場規(guī)模達到145億美元，CAGR達到25%。國內(nèi)市場規(guī)模預(yù)計30億美元，主要影響因素為產(chǎn)品審批、定價和市場教育。

       期間，主流基因測序技術(shù)完成了四次迭代，科研人員圍繞更高通量、更長讀長、更低成本的基因測序積累了大量嘗試。

       其中，一代測序由于通量低、成本高，難以滿足現(xiàn)代生信分析模型對于數(shù)據(jù)體量的要求，逐漸淡出測序舞臺，二代測序即NGS成為近十年來的主流基因測序技術(shù)。

       目前，二代基因測序儀市場基本被Illumina、Thermo Fisher等海外巨頭控制，國內(nèi)基因測序公司則多位于行業(yè)中下游，或購買測序儀提供基因測序服務(wù)，或為測序結(jié)果提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)，相對較弱的市場議價能力無疑制約了行業(yè)發(fā)展。

       不過，由于NGS讀長短、操作難度大，無法覆蓋更廣泛臨床場景下復(fù)雜樣本的測序需求。近年來，以單分子熒光測序和單分子納米孔測序為原理的三代和四代測序技術(shù)得到快速發(fā)展，其超長讀長、靈活便捷的特點點燃了產(chǎn)業(yè)界對基因測序應(yīng)用新的熱情。

       隨著牛津納米孔科技在2012年發(fā)布首款便攜式基因測序儀MinION，越來越多的生物科技公司和大型企業(yè)布局單分子測序賽道。2015年，羅氏收購Life Science，后者曾發(fā)布454測序平臺；2016年，Illumina在Solexa發(fā)布單分子測序儀Genome Analyzer后將其收購，美國生物系統(tǒng)公司也于同年收購擁有單分子測序儀SoLid的Agent Count。

       目前，Pacific Bioscience和Oxford Nanopore是國際上主流的單分子測序儀制造商，他們分別基于單分子熒光測序技術(shù)和納米孔測序技術(shù)提供滿足不同功能的基因測序儀。

       其中，以納米孔測序為原理的四代測序技術(shù)由于減少了三代測序的復(fù)雜光學(xué)設(shè)備和移液機械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)更經(jīng)濟便捷的測序。納米孔分析技術(shù)起源于Coulter計數(shù)器的發(fā)明以及單通道電流的記錄技術(shù)，1996年，隨著利用α-溶血素對DNA測序新設(shè)想的提出，生物納米孔單分子測序進入發(fā)展快車道。經(jīng)過二十幾年迭代，納米孔測序技術(shù)開始趨于成熟。

       納米孔測序基本工作原理是，將蛋白質(zhì)納米孔嵌入磷脂膜并置于充滿電解液的腔內(nèi)，納米孔只允許單鏈核酸分子通過。當(dāng)電壓作用于電解液時，由于四種堿基結(jié)構(gòu)（ATCG）結(jié)構(gòu)不同，通過納米孔時會產(chǎn)生差異化的電信號強度，造成電流跳變。這種電信號被測量并記錄后，經(jīng)數(shù)據(jù)分析可識別通過納米孔的堿基序列。

       納米孔測序無需標(biāo)記、無需放大，在讀長和時間上優(yōu)于傳統(tǒng)二代測序，并實現(xiàn)單分子檢測技術(shù)，有望在DNA、RNA、蛋白質(zhì)等多種重大疾病生物標(biāo)志物檢測方面得到廣泛應(yīng)用。

       跨學(xué)科合作團隊，讓國產(chǎn)四代基因測序儀成為可能

       齊碳科技核心創(chuàng)始人白凈衛(wèi)博士第一次接觸到納米孔測序技術(shù)的時候，納米孔測序還做不到單堿基分辨，測序信號捕捉也極不穩(wěn)定，“但我個人很喜歡，并且看好這項技術(shù)。” 他曾在全球最早嘗試通過對含有多層金屬電極的固態(tài)納米孔施加電壓以控制核酸運動和檢測核酸序列，踩過很多坑。

       失敗的經(jīng)歷讓白凈衛(wèi)得以看清納米孔測序技術(shù)應(yīng)有的發(fā)展路徑，他分析認為，納米孔測序需要突破兩個關(guān)鍵點，第一，找到合適的納米孔，以實現(xiàn)單堿基分辨；第二，采用合適手段讓DNA勻速通過納米孔。納米孔技術(shù)的后續(xù)發(fā)展，驗證了他曾經(jīng)的判斷。

       2016年中旬，白凈衛(wèi)回到國內(nèi)，聯(lián)合胡賡、謝丹、陳呈堯三位博士創(chuàng)辦了齊碳科技，繞過二代基因測序紅海市場，基于納米孔技術(shù)開發(fā)全新技術(shù)原理的基因測序設(shè)備。納米孔測序技術(shù)的學(xué)科交叉特點明顯，從蛋白工程、流體芯片到電信號采集處理，對研發(fā)團隊的跨學(xué)科綜合處理能力要求極高。四人組成的創(chuàng)業(yè)團隊正好契合了跨學(xué)科需求，也成為他們的獨特優(yōu)勢。

       白凈衛(wèi)本科畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)系，是加州大學(xué)洛杉磯分校材料學(xué)博士，從IBM沃森實驗室博士后出站后，他曾在Illumina公司從事基因測序技術(shù)研發(fā)，有超過10年的微納器件研發(fā)經(jīng)驗；胡庚博士畢業(yè)于清華大學(xué)自動化系，是電子儀器專家，曾領(lǐng)導(dǎo)了西門子中國的首個達到SIL-3級功能安全標(biāo)準的過程儀表產(chǎn)品線研發(fā)項目，并入選2015年西門子中國Young Talent；謝丹博士是生物信息學(xué)專家，伊利諾伊大學(xué)香檳分校生物醫(yī)學(xué)工程博士，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后，他在測序技術(shù)和生物信息學(xué)領(lǐng)域積累豐富，主要負責(zé)測序儀后端信號分析；陳呈堯博士是蛋白工程專家，曾在Life Technology和Illumina擔(dān)任資深研究員，并由于為Illumina測序試劑性能提高所做出的突出貢獻獲得2013年Illumina Innovation Award獎勵，在齊碳科技負責(zé)蛋白生化的技術(shù)研發(fā)。

       2017年2月，齊碳科技獲得合力投資等機構(gòu)的天使輪投資，隨后完成原理樣機設(shè)計。驗證技術(shù)可行性的同時，齊碳科技開始受到資本市場關(guān)注。次年2月，齊碳科技完成由華控基石基金和百度風(fēng)投領(lǐng)投的第二輪2000萬元融資，團隊成員快速擴張到20余人。

       2018年，齊碳科技一方面為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控速蛋白申請國內(nèi)專利，構(gòu)建技術(shù)壁壘，另一方面對原理樣機進行迭代，將原本16通道拓展到64個通道，測序數(shù)據(jù)分析算法準確率從80%提高到90%。據(jù)胡庚介紹，齊碳科技擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的首款納米孔測序儀QNOME-6410已經(jīng)完成工程樣機的研發(fā)，將于2020年初推出最小可行化產(chǎn)品。

       QNOME-6410輕巧便捷，一鍵完成操作，達到10kbp以上超長讀長，支持即時診斷，并且單次運行成本低，以中高通量完成準確率超過90%的基因測序，可以為從事病原體研究的科研機構(gòu)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

       目前技術(shù)條件下，納米孔高通量測序的成本很高。齊碳科技的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的雙層膜流體芯片構(gòu)造、穩(wěn)定的控速蛋白、精度可調(diào)的納米孔蛋白，將流體芯片與后端復(fù)雜、昂貴的檢測電路分離，并且具有穩(wěn)定的測序表現(xiàn)，這將極大減少耗材成本。

       此外，齊碳科技自主設(shè)計的電化學(xué)傳感裝置ASIC芯片，能夠精準檢測pA級別的微弱電流，結(jié)合自主研發(fā)的多重深度學(xué)習(xí)算法能夠提供更多分子層面信息。

       探索基因檢測新場景

       白凈衛(wèi)指出，由于更靈活、易攜帶、成本低、耗時短，納米孔測序技術(shù)可以讓基因測序應(yīng)用到更多新的場景。

       一方面，納米孔測序儀有望把科研工作從實驗室里解放出來，不再局限于把樣本帶回實驗室分析的傳統(tǒng)固有模式，而是把測序儀帶到一線研究現(xiàn)場，快速方便地測序；另一方面，這一技術(shù)也讓家用測序儀成為可能，在更多存在可視化和快速需求的場景下得到應(yīng)用。

       更重要的是，納米孔測序技術(shù)能夠彌補NGS技術(shù)的不足。例如，利用超長讀長，可以對病原體等生物進行準確測序，避免片段拼接引入的錯誤。在病原微生物測序中，由于病毒和細菌形成混合物，堿基片段非常相似，NGS技術(shù)往往只能檢測出多種細菌的共性片段，從而很難準確判定細菌類型，但長片段的納米孔測序則能夠更精確地對病原體分類進行定位。

       不過，白凈衛(wèi)強調(diào)，納米孔測序在準確率、穩(wěn)定性、樣本類型等方面還存在全鏈條提升的空間，測序平臺構(gòu)建和市場培訓(xùn)是齊碳科技當(dāng)前很重要的任務(wù)。胡庚告訴動脈網(wǎng)，齊碳科技接觸了國內(nèi)多家知名醫(yī)院，后者對納米孔測序技術(shù)十分期待，“公司會在臨床驗證技術(shù)成果的同時，基于自身對納米孔測序的理解和研發(fā)經(jīng)驗進行前期布局，嘗試解決臨床問題。”

       正如白凈衛(wèi)所言，納米孔測序的底層技術(shù)開始趨于成熟，而臨床應(yīng)用尚未完全成型，此時入局正當(dāng)時。