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      新聞中心

      2021-12-17

      在齊碳科技的新品發布會里,我們看到了基因科技怎樣的未來?

      來源:動脈網官方公眾號

       
      “碳原子為骨架的核酸分子在電場力作用下整齊劃一地穿過蛋白納米孔通道?!?/span>
       
      在QNome-3841的產品發布會上,齊碳科技聯合創始人&CEO胡庚第一次完整對外解釋了公司名稱的由來,這個直白得不能更直白的名字里,或許藏著這群探路者和創新者對造出納米孔單分子基因測序儀的專注和執拗,畢竟在基因科技給人們帶來的無限幻想里,生命信息被精準解碼,是最基本的前提。
       
      齊碳科技聯合創始人&CEO胡庚 (圖片來自齊碳科技)
       
      齊碳科技聯合創始人&首席科學家白凈衛發布了市場期待已久的國產納米孔基因測序儀QNome-3841。這是齊碳團隊繼去年9月發布國內首款納米孔基因測序儀QNome-9604后,又一備受矚目的市場動作——推出第一款可投入量產、大規模投放市場的商業化產品。
       
      如果納米孔測序也成了像NGS那樣的劃時代技術,QNome-3841必定會寫進人類探索微觀世界的歷史。
       
      (圖片來自齊碳科技)
       
      QNome-3841上市前,齊碳科技于今年5月開啟了Alpha Test,基于QNome-9604測序平臺,在病原體研究、遺傳病研究、腫瘤研究、司法刑偵、動植物保護等領域,與高校、科研院所、測序企業等多家機構開展合作,涉及70多個項目,1500多個樣本。
       
      相比穩定輸出的800Gb數據,對齊碳科技而言,Alpha Test更重要的意義在于,用戶給予國產納米孔測序儀的信任與期待,遠超團隊所想。所以從某種意義上講,QNome-3841的上市和國產納米孔測序時代的開啟,并不單純是齊碳科技的事。
       
      在過往與動脈網的每次接觸中,齊碳科技分享更多的其實是關于自身納米孔測序技術階段性局限的思考,比如電學模塊對分子震顫的控制、納米孔結構如何更優化、有機基材芯片可塑性加強等,每次都帶著解決方案。
      今年6月齊碳宣布B輪融資時,白凈衛曾表示,新一代納米孔蛋白的研發正接近尾聲,而12月初,新款儀器的推出,齊碳科技又完成了一次新的產品迭代。
       
      如今,QNome-3841在側,白凈衛的思考又去了更遠處,齊碳科技已經開始設想萬物成鏈、皆可測序的未來。
       
      在國內,齊碳科技幾乎是最早全身心投入基于生物納米孔的測序技術研發創業團隊,他們保持了很高的迭代速度。這個組建于2016年的團隊,第二年就成功研發出16通道的原理樣機,次年即升級到64通道工程樣機。
       
      2020年1月,齊碳科技推出最小可行化產品,實現了384個納米孔。以此為基礎,2020年9月,齊碳科技正式發布抽紙盒大小的初代產品QNome-9604納米孔基因測序儀,輸出百兆級測序通量,單次測序準確率可以達到85%。
       
      發布會當天亮相的測序儀QNome-3841是QNome-9604升級后的版本,采用自主研發的ASIC集成電路,在國內率先實現納米孔測序儀的量產。
       
      單分子測序被視為繼Sanger測序、NGS測序之后的新一代基因測序技術,具備明顯的代際差異化優勢,比如更長的讀長、更快的測序速度、更低的成本等,但準確率缺陷一直制約著這項技術在更廣泛場景中的應用。
       
      對此,齊碳科技的解決方案之一是不斷改進納米孔蛋白。
       
      過去5年間,齊碳科技逐漸建立起了完整的納米孔蛋白篩選、鑒定和優化體系。2020年末,借助飛速發展的結構生物學技術,齊碳科技發現了新的納米孔蛋白系列,并從上百個候選骨架中篩選出具有改造潛力的蛋白質,經過深入研究和改造優化后, K2孔蛋白誕生。
       
      “這其實是個浩大的蛋白質工程?!卑變粜l表示,但新的蛋白骨架效果驚人,在沒有算法優化前,測序準確率就已經從90%躥升到95%,“這是質的變化?!毕啾惹耙淮腒1孔蛋白,K2孔蛋白能使電流信號分布更均勻,跳變范圍更大。
       
      據了解,齊碳科技仍在不斷優化納米孔蛋白的結構均勻性和完整度,進一步將納米孔測序的準確率提升到與NGS相當的水平。
       
       QNome3841(圖片來自齊碳科技)
       
      從外觀看,QNome-3841相比QNome-9604更簡潔、小巧便攜,真正實現了掌上測序儀的設想,方便實驗室人員移動使用,或者帶到現場完成工作。
       
      讀長方面,長讀長本身就是納米孔單分子測序的顯著特點,理論上測序的讀長沒有限制,而只取決于樣本核酸的長度,因此它的讀長范圍很大,齊碳內部實測已達到300kb。
       
      準確率方面,QNome-3841配套的高速模型,單次準確率可以達到90%,一致性準確率(50×)達99.9%。通量方面,QNome-3841相比上代產品也有更好表現,8個小時數據產出可以達到1~1.5Gb。
       
      按照齊碳科技的設想,QNome-3841測序儀將是一款面向各類用戶的,充分發揮鏈測序法技術優勢的,可以邊測序邊分析的,全面認知基因與發現疾病機理的工具。換言之,他們希望人們借力QNome-3841,去更好地認知生命。那么,可及、好用,將是最基本的要求。
       
      齊碳科技聯合創始人謝丹告訴動脈網,齊碳科技位于成都天府國際生物城的生產基地已經建設完工,即將投入使用。
       
      這個總面積4000余平的國內首個納米孔測序儀生產基地,建有蛋白試劑、生物芯片、測序儀等生產車間,實現了納米孔測序的測序儀以及配套芯片試劑全線生產,“產能方面,可輕松實現每年2000臺納米孔測序儀,百萬份配套芯片及試劑盒?!?/span>
       
      “納米孔蛋白是最關鍵的核心部件。我們過去5年主要就是圍繞它的篩選、開發和生產工藝構建在做工作,全自主研發就可以全自主生產,所以進入量產環節,這部分是我們滿足產能最穩定的保障?!敝x丹表示。
       
      作為納米孔測序儀的核心組件,在流體芯片方面,齊碳開發了兩類流體芯片——基于有機基材和基于硅基材。前者開發難度極大,完全屬于齊碳創新性自主研發,有很好的成本優勢;后者基于傳統的半導體工藝加工,具備更成熟的量產可及性,穩定性更好。
       
      操作系統方面,QNome-3841也提供了兩種選擇,即基于高性能計算的單機版測序系統和分布式計算的測序系統,盡可能滿足用戶不同場景下的應用需求,讓它足夠好用。
       
      具體而言,單機版測序系統下,用戶可以選擇高速或者高精度的算法模式,從而在效率需求和準確率需求間自主切換。
      此外,單機版測序平臺支持跨平臺操作,覆蓋PC端、移動端,方便用戶多場景使用,并且軟件平臺采用微服務架構,模塊化的設計,讓運行中不會因為單個模塊需要優化升級而影響其他模塊運行。
       
      分布式計算的測序平臺則是基于云,用戶可以選擇公有云或者私有云,能夠滿足大型醫院、測序中心等應用場景中對多測序平臺的統一管理需求。與此同時,在樣本采集、核酸提取、文庫制備、生信分析等環節,齊碳科技都會提供必要的技術支持。
       
      “我們的目標,就是讓國產的納米孔測序儀真正地服務于應用端,開啟納米孔測序國產化時代?!敝x丹指出。
       
      當被問及國產納米孔測序儀將在何時、以怎樣的方式實現科研、臨床、司法、工業等多個應用場景遍地開花時,謝丹表示這也是齊碳科技一直在思考的問題。
       
      “這就像納米孔測序儀本身的開發,是電化學、結構生物學、基因組學等多個技術共同推動的結果,納米孔測序儀的應用生態構建也不會是單變量作用而成的?!敝x丹說,“我們現在能夠準確把握的,是多個應用場景對納米孔測序儀的明確需求,和它滿足特定需求的能力,我們所要做的,是推動納米孔測序儀在各個應用場景中的繁榮?!?/span>
       
      在Alpha Test階段,QNome-9604被應用到微生物宏基因組檢測、物種鑒定、小型基因組裝、臨床病原體檢測、病毒分型等多個研究領域中,其各項數據的紀錄不斷被打破,齊碳科技內部的產品設計和生產工藝也持續完善。
       
      齊碳科技聯合創始人謝丹 (圖片來自齊碳科技)
       
      在與和清華大學附屬長庚醫院合作的關于血流感染宏基因組研究中,基于納米孔測序平臺特點,合作開發了高效去除宿主核酸的方法,利用QNome-9604測序平臺,對一例臨床發熱患者外周血樣本進行病原微生物宏基因組測序,該樣本的微生物培養法檢測結果為陰性,但利用齊碳測序平臺發現了其中微量的致病菌。
       
      而在另一項與北京大學第三醫院合作的針對下呼吸道感染樣本進行的宏基因組檢測中,利用QNome-9604測序平臺,研究人員獲得了患者體內更全面的感染細菌譜。
       
      謝丹指出,Alpha Test驗證了齊碳科技開發納米孔測序儀的產品邏輯,這種顯著區別于主流NGS測序方法的更長讀長、更快速的測序手段,已經在一系列尚未發現有效測序方案的場景中,提供了新的思路和可以復制的解法,“未來,隨著納米孔測序技術更加完善和普及,我們認為基因科技可以解決更多的人類問題?!?/span>
       
      據了解,在接下來的推廣周期中,一方面,齊碳科技會結合活動、會議、聯合研究的方式,讓更多研究者了解納米孔測序技術。
       
      另一方面,由于納米孔測序作為一項前沿科技,齊碳科技正在積極建立遍布全國的本地服務團隊網絡,配合用戶的學習曲線,提供及時的技術支持?!斑@個階段最重要的工作,就是讓納米孔測序儀在有需求的場景更快、更好地落地?!敝x丹表示。
       


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