2009年12月3日，中科院北京基因組研究所與浪潮集團在北京宣布達成合作，雙方將共同組建實驗室，并有望在3年內(nèi)推出第三代DNA測序儀。第三代DNA測序儀是引發(fā)基因組科學(xué)在社會廣泛應(yīng)用革命性改變的關(guān)鍵技術(shù)，將實質(zhì)性地開啟健康與醫(yī)療體系的“個體化時代”。近日，本刊記者就第三代DNA測序儀的發(fā)展前景等問題采訪了中科院北京基因組研究所副所長于軍。

        占領(lǐng) “個體化醫(yī)療新時代”核心技術(shù)的制高點

        記者：第三代DNA測序儀有哪些優(yōu)勢？
        于軍：第三代DNA測序儀更多地利用了半導(dǎo)體、液體微流控和光電技術(shù)，通過對單分子的操作而減少了繁雜的生物化學(xué)步驟（如電泳和試劑制備等），同時可以通過與海量數(shù)據(jù)高效率處理技術(shù)相結(jié)合，形成對基因序列的廉價和快速的解讀，產(chǎn)生有效的數(shù)據(jù)和信息。
        因此，第三代DNA測序技術(shù)的研發(fā)與國產(chǎn)化至關(guān)重要。這個生命科學(xué)與技術(shù)的制高點，我們一定要去沖鋒，要去攻占。第三代DNA測序?qū)⒁l(fā)基因組科學(xué)應(yīng)用的革命性改變，開啟個體化醫(yī)療的新時代。其實，各國的科學(xué)界和企業(yè)界目前在第三代DNA測序儀的研發(fā)上已展開了激烈的爭奪。美國宣稱要在2012年前推出成熟的第三代基因測序儀，日本和歐洲也有相關(guān)的研發(fā)計劃。我們雙方聯(lián)合開發(fā)的第三代基因測序儀，將實現(xiàn)在10~15分鐘內(nèi)完成一個人的完整基因組測序，成本可降到一千到幾千美元。而目前廣泛應(yīng)用的第二代測序儀，要完成一個人的基因組測序需要長達6周的時間，花費數(shù)萬美金。

        DNA測序國內(nèi)市場規(guī)?；蜻_13000億美元

        記者：目前國內(nèi)基因測序市場如何？
        于軍：目前國內(nèi)DNA測序的市場巨大。就終極目標而言，我們是要建立幾乎每個人的基因序列庫；從社會、法律、倫理和道德來講，不能說只測有錢人的基因，不測沒有錢的人的基因；將來這個費用會在社會保障層面上予以解決，也就是由保險公司或者政府來出錢。如果每個人的基因組測序成本按最低1000美元來估算，這將是一個龐大的數(shù)字：中國有13億人口，總計可達13000億美元，即使按100美元計算，也要1300億美元。因此，我們應(yīng)該拿出這兩個數(shù)的百分之幾來投入試劑的研發(fā)，哺育新的技術(shù)創(chuàng)新和新興產(chǎn)業(yè)。
        當前，我國從事基因研究機構(gòu)所使用的第二代基因測序儀完全依靠進口，這些設(shè)備不僅價格高昂，而且更新?lián)Q代很快，一般在三到五年左右。國內(nèi)研究院所在經(jīng)費受限的情況下，難以獲得足夠數(shù)量的DNA測序設(shè)備，如果把維護和試劑費用加進來費用會更高，導(dǎo)致科研進度受阻。由于基因資源具有唯一性，國外公司可以利用基因測序設(shè)備方面的優(yōu)勢，搶先申請基因?qū)＠?，從而壟斷全球基因產(chǎn)業(yè)。
        國外的大型保險公司已經(jīng)開始嘗試對個人基因組序列的分析，預(yù)測個人今后的健康狀況，從而進行保單的費用評估，同時建立個人基因序列庫，方便在醫(yī)學(xué)上對個人健康狀況的診斷。在未來我國也將建立個人基因庫，在個體化醫(yī)療及保險業(yè)上都將有重要應(yīng)用。

        強大計算能力破解生命密碼

        記者：基因組所和浪潮組成聯(lián)合實驗室，主要進行哪些方面的突破？
        于軍：我們的研究所叫基因組研究所，主要是研究各個物種的基因組，人的基因組在我們這個領(lǐng)域可能是發(fā)展最快的研究方向，未來我們要做個體化的醫(yī)療和個體化的基因組的研究。這里面最重要的東西是信息數(shù)據(jù)怎么獲取，怎么處理，怎么把這些簡單的字符轉(zhuǎn)換成我們能夠理解的生命的密碼，這需要很大的計算能力。
        另外就是各種各樣的高性能計算設(shè)備，有些生物學(xué)的東西一般專用的軟件不能用，我們就需要去開發(fā)。我們研究所幾年前和科學(xué)院計算所聯(lián)合開發(fā)了一些設(shè)備，其中有一個是生物信息專用機，我們這個軟件本身可以實現(xiàn)定型化，可以處理大量信息，好多年前我們也開發(fā)過這樣的設(shè)備，當時叫做曙光4000H，這個設(shè)備是我們研究所和計算所聯(lián)合開發(fā)的，包括硬件。
        這次我們和浪潮合作也是這樣的，這里面包括軟件。其實我們在GPU這個領(lǐng)域已經(jīng)做了很多工作，我的博士生已經(jīng)有文章發(fā)表，把其中很重要的生物信息學(xué)的軟件與GPU整個框架聯(lián)系起來，可以在GPU的設(shè)備上使用。
        對于測序儀的界定我再補充一點，問題比較復(fù)雜。現(xiàn)在我們把新進入市場的測序儀籠統(tǒng)地叫做“下一代的測序儀”。根據(jù)設(shè)計原理的不同，我們將它們分為第一代測序儀、第二代測序儀和第三代測序儀。我們目前要研發(fā)的是第三代測序儀，基本上是高通量、高精確度和高連續(xù)性。第二代測序儀在長度上沒有優(yōu)勢，第三代測序儀要從根本上克服這個問題。
        另外，第三代測序儀的根本特點在于它更微量化，是在單分子的水平上測定DNA的序列，利用冗余度（覆蓋度）來確定質(zhì)量，再有機地與上游和下游的很多技術(shù)整合起來。我們現(xiàn)在是將半導(dǎo)體和生物技術(shù)結(jié)合，我們和我院半導(dǎo)體所已經(jīng)合作了很久，科學(xué)院有很多擅長技術(shù)開發(fā)的研究所，我們能夠合作起來研究下一代測序儀是有優(yōu)勢的。我們需要將光電、納米、半導(dǎo)體加工、軟件設(shè)計等整個過程整合和優(yōu)化。

        比賽就看誰后勁大

        記者：這個項目開發(fā)專利情況如何？
        于軍：我們現(xiàn)在已經(jīng)拿到科學(xué)院的部分經(jīng)費啟動了研發(fā)，將來還要爭取更大的支持力度。比如說測序儀的原理可能是多種多樣的，我們就要在不同的需求上下工夫。現(xiàn)在我們做的是比較單一、比較簡單的機器。我們要先說我們能做，然后才說我們能夠做得更好。現(xiàn)在技術(shù)引進有好多種形式，如自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新。這個領(lǐng)域用的技術(shù)都非常廣普，比方說某些發(fā)明專利不是一家公司在用的。歐洲有一個研發(fā)團體用的就是一個普遍性的化學(xué)原理，美國有的機器也用的是同樣的化學(xué)原理。由于生物和化學(xué)技術(shù)部分的貢獻在不斷減少，新一代測序儀對機械和光電的要求增加了。
        另外，測序儀的組成技術(shù)復(fù)雜，一個公司很難擁有所有的專利。當你深入到技術(shù)層面時，你會發(fā)現(xiàn)這個機器有100個零件的時候，可能30多個已經(jīng)都涉及這樣或那樣的專利了。技術(shù)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的，也就是說，原來有100個零件的機器，盡管99個都是舊的，但增加了一個新的零件時，這個機器也就是新的了。不可能說一個機器的零件都是我的，尤其是當涉及到很多技術(shù)的綜合利用時。同時，這個特點也會告訴我們這些機器需要不斷地更新?lián)Q代，猶如比賽跑步的槍聲已經(jīng)響了，就看誰的后勁大了。我們中國市場起碼有13億人口，當我們發(fā)展成100美元測定一個人的基因組的時候，或說1000元人民幣一個基因組，大家都會希望自己的遺傳密碼也被解讀出來。就疾病研究和治療而言，我們的路會略長些，還要先看看你密碼變化的生物學(xué)的意思，其實基因組研究和應(yīng)用是分多個層次的。第一個層次我們把它叫做“透視生命”。是通過將人的基因與其他生命的基因的比較來了解生命現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)。第二個層次是“解密健康”，畢竟生病的人群不到1%，大家都是健康的，但是健康也是有分子基礎(chǔ)的，比如體能和壽命。第三步才是要“挑戰(zhàn)疾病”，揭示疾病的根源和發(fā)現(xiàn)治療的方法和藥物。
        記者：第三代測序儀會如何推廣？
        于軍：既然是一個設(shè)備，肯定會走過所有的生產(chǎn)流程。先要有一個設(shè)計理念，并證明可行；然后設(shè)計一個較粗糙的東西，能夠?qū)崿F(xiàn)基本技術(shù)指標；還要設(shè)計一個原始的樣機，通過α測試和β測試；最后才是設(shè)計生產(chǎn)用機。現(xiàn)在我們正在搭建機器，我們最初提出來的概念叫“模塊化的DNA分析儀器”。我們是要走過整個過程的，從申請專利到最后走到市場。但是市場模式（贏利模式）還是很難估計的。目前的測序儀有兩種操作模式，一種是把這個儀器賣給用戶，另一種是建立服務(wù)中心。廠家不見得一定要賣機器，還可按它特有操作模式來運作。我們很可能最終不會將測序儀推向終端市場。如果測序儀便宜到1000元錢或100元錢測定一個人的基因組，將來的操作模式可能也會改變。現(xiàn)在美國已經(jīng)有一家公司就成立了一個大的服務(wù)中心，直接展開測序服務(wù)。
        第二代測序儀現(xiàn)在還是相對昂貴。我們測定一個人的基因組要幾萬美元，這就意味著是幾十萬人民幣。而且第二代儀器的價格都是人為的高，你想這么個比汽車要簡單得多的機器，再除去電腦部分，怎么能值50萬美元呢？貴就貴在它研發(fā)的投入和知識產(chǎn)權(quán)。那個機器的成本頂多是10萬美元，實際的試劑成本大概就是兩三百美元。現(xiàn)在設(shè)計的費用和機器的費用差不多一樣高了。有人買的話就不需要降價。



于軍簡介

    于軍，中國科學(xué)院北京基因組研究所副所長、博士生導(dǎo)師、美國紐約大學(xué)博士。
    1978年考入吉林大學(xué)化學(xué)系生物化學(xué)專業(yè)。
    1983年考入中科院生物物理所并獲CUSBEA獎學(xué)金，次年赴美國紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院攻讀博士。
    1990獲得全美泌尿科疾病基金博士獎，任紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院泌尿系研究助理教授。
    1993年參與國際人類基因組計劃，在美國華盛頓大學(xué)基因組中心工作。
    1998年回國后與同事共同創(chuàng)建了中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心和北京基因組研究所。先后參與并主持了國際人類基因組計劃（包括中國部分）、超級雜交水稻基因組計劃、家蠶基因組計劃等重大科學(xué)研究項目。目前擔任國家重大科學(xué)計劃轉(zhuǎn)錄組研究首席科學(xué)家。一直從事基因組學(xué)、生物信息學(xué)和人類遺傳學(xué)等研究。
    2002年，被國際著名的《科學(xué)美國人》雜志評選為首屆年度全球科研領(lǐng)袖。擔任Genomics，Proteomics and Bioinformatics主編，Genomics、BMC Evolutionary Biology和Journal ofComparative Plant Genomics副主編。
    迄今已在包括Nature、Science和PLoS Biology等主要國際雜志發(fā)表科學(xué)論文逾150篇，發(fā)表科學(xué)專著20余本（章），包括《分子細胞學(xué)和分子醫(yī)學(xué)大百科全書》。先后獲得國家自然科學(xué)基金委“杰出青年獎”、中國科學(xué)院“百人計劃”、香港求是科技基金會“求是杰出科技成就獎”、2003年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎。