团队|专访齐碳科技谢丹：团队互补，造出中国第一台纳米孔基因测序仪_上游|中国|基因|工程|纳米|测序

寻找最具成都“潜能力”科创企业
——成都齐碳科技有限公司
领先世界
国内首个纳米孔基因测序仪
拥有完全自主的知识产权

2020年9月，国内首款纳米孔基因测序仪“QNome-9604”诞生，意味着除了为太空基因测序提供技术支持的牛津纳米孔科技（Oxford Nanopore Technologies ，下称ONT），成都齐碳科技有限公司（以下简称“齐碳科技”）成为世界上第二家造出纳米孔基因测序仪的公司，在基因测序上游，齐碳科技获得了世界级的话语权。
2021年4月13日，红星资本局联合新经济发展研究院iNED发起了“寻找成都最具‘潜能力’科创企业”活动，齐碳科技成为第一批入选企业之一。 4月21日，红星资本局走进齐碳科技成都总部，对话公司联合创始人谢丹博士，深入了解了纳米孔基因测序仪在国内的发展情况。

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齐碳科技联合创始人谢丹博士
在基因测序上游才具有话语权
基因测序是一种新型基因检测技术，能够从组织、血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性、个体的生理特点及部分行为特征。基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗。
当下，基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，被认为是“下一个改变世界的技术” 。相关机构研究数据显示，全球基因测序市场在2018年达到107亿美元， 2023年将达到244亿美元， 2018-2023年复合增长率为18%；其中，中国基因测序市场规模于2017年达到12亿美元，预计2022年将达到29亿美元，复合增长率为19% 。具体到基因测序产业链，可分为上、中、下游三个环节。
齐碳科技联合创始人谢丹博士告诉红星资本局：“基因测序行业上游是基因测序仪及配套芯片、试剂，技术门槛最高，研发难度最大，替代性非常低，所以它有很强的议价权。上游基本上有控制整个行业的一个能力，是真正‘卡脖子’的技术。同时，整个基因测序产业链大部分利润集中在上游——基因测序设备。 ”
这一点，其实从业内公司的数量也可以看出。事实上，整个基因测序行业公司非常多，但上游有能力进行仪器设备的研发生产的企业，不管是几代测序，在全球范围来看企业数量都是寥寥无几：二代测序主要就是Illumina（因美纳）、Thermo Fisher（赛默飞世尔）和中国的华大基因，其中Illumina呈现出垄断地位；四代测序在世界范围内，目前只有ONT和齐碳科技。

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齐碳科技研发的纳米孔基因测序仪
谢丹说，当前市场上的基因测序设备几乎全部由国外大公司生产，包括核心技术、成套产品、配套试剂，都形成了一定的垄断。目前主流使用的基因测序设备多采用第二代测序技术，仪器庞大，测序成本高，测序时间长，而二代基因测序的上游环节主要被Illumina和Thermo Fisher等少数国外公司把持。
但谢丹同时指出，以ONT公司和齐碳科技的纳米孔测序仪为代表的第四代测序设备正处于起步阶段，呈现高速增长的趋势。 ONT是全球首家研制出纳米孔测序仪的公司，目前世界上拥有纳米孔测序仪生产技术的公司只有ONT与齐碳科技。
回国创业瞄准基因测序技术
“我1999年本科入学， 2003年毕业的时候，面临硕士专业选择。 ”当初为何选择从事基因测序技术的研究，谢丹告诉红星资本局， “2003年正好有很大的一个事情，叫人类基因组计划的完成。我当时看到报道就觉得非常感兴趣，人类的基因组上面的信息是怎样编码的？生命的奥秘是怎样写在DNA序列上面的？就像我找到一部天书，但是我不知道这个天书的意思是什么。如果我能够用一些信息学的方法，去解读基因信息呢？”
说到这里，谢丹脸上洋溢着对基因测序的热忱， “基于这个原因，我决定要从电子工程专业进入到生物医学工程，后来就一直在这个行业里。完成硕士之后我又到美国留学，学了10年的生物信息学。 ”
博士毕业之后，谢丹进入斯坦福医学院，接触到更深入一些的技术，比如基因测序技术。 2015年谢丹回国，抱着一个很大目的，便是要在国内来实现这一技术。
“现在回头看起来，其实我的这种跨学科背景非常有利。本身做测序仪就是一个非常跨学科的工程，比如纳米孔测序，它横跨了化学、蛋白工程、生物芯片设计、集成电路设计、软件AI等等，现在看起来好像我前面学的东西都有一点。 ”谢丹说， “就像乔布斯说的，你不能事先把点点滴滴串在一起，只有回头看的时候才知道点点滴滴是如何串在一起的。 ”
要将纳米孔测序仪“神话”变成现实
一个看起来小小的纳米孔基因测序仪，所需要的绝不是单一领域的专家，它背后涵盖了蛋白工程、半导体加工、电路芯片设计和生物信息学等多个前沿且庞杂的专业交叉学科，研发难度之大，难以想象。
“实际上纳米孔测序这个概念，在上世纪80年代就有人提出来，但是一直以来，大家都认为这是一个神话，是工程上实现不了的。 ”谢丹向红星资本局说到， “我当时在斯坦福读博士后的时候，做了大量的二代测序，因为在一线接触了很多数据，而且我是做生物信息学的，我知道二代测序虽然很强，但是它也有很大的一个短板——测序长度很短。 ”
谢丹解释，二代测序虽然通量高，可以拿到很多数据，但是只能测几百个BP（碱基对），中间就会涉及到拼接问题，导致你对基因组的认识有缺陷。 “当时在斯坦福的时候，就一直想找到一个解决方案。 ”
在2014年的时候， ONT推出了一款纳米孔测序产品样机，虽然测序准确率仅有70%多，但至少证明了纳米测序仪的技术是可行的。
“当时大家仍然对纳米测序仪的准确率持有质疑，但我还是非常看好这样一个技术路线。 ”谢丹说， “第一是因为它的原理实在太美妙了，核酸分子通过纳米孔直接就可以检测到电流信号，没有任何的物理转变，而二代测序主要是基于光学原理，需要很精密的显微镜系统，是非常复杂的；第二就是它的潜力，它可以完美解决二代测序的短板，实现超长读长。 ”
但是在世界上真正懂基因测序技术的人不多，这个技术也比较小众。
“所以当时我找到白净卫（齐碳科技另一位联合创始人），他曾在Illumina公司从事基因测序技术研发，有超过10年的微纳器件研发经验，属于世界上真正了解纳米孔测序技术平台的极少数人之一。他非常擅长芯片的设计以及前端化学等，而我比较偏向于后端，软件AI、生信分析等。然后我们还缺一个电路设计的人，因为这里面电路非常重要，需要专业人才来进行处理，于是找到七中实验班的同学胡庚，他在西门子做的就是电路，对纳米孔测序仪很感兴趣，大家一拍即合，在2016年成立了齐碳科技。 ”
从0到1 拥有完全自主知识产权
“刚开始公司也没有什么名气，基本上也很少有人相信我们能把这个机器做出来，所以刚开始还是靠我们几个人自己做。 ”对于创业初期的种种艰辛，谢丹轻描淡写地跳过了。
经历了无数的挫折，攻克了大大小小的技术难题， 2020年9月，齐碳科技推出了国内首款纳米孔基因测序仪QNome-9604产品样机。对于第四代基因测序仪，从蛋白工程、生物芯片设计到集成电路设计、软件AI等技术方面，齐碳科技拥有完整的自主知识产权。
据齐碳科技介绍，较目前市场上主流测序仪，纳米孔测序仪具有4个突出的优势。

第一，读长长。二代测序技术读长只有300至500BP ，而纳米孔测序超长读长，可以一次读取10kb到数兆碱基之间的天然DNA连续序列，大大降低了全基因组拼接难度，更重要的是大大减少了过去无法定位的漏洞；
第二，速度快。二代测序需在整个测序完成后才能得到数据进行分析，通常至少需要十几个小时。纳米孔测序可以实时basecalling（basecall：通过机器学习的手段把电信号转变成ATCG碱基序列的过程），可以边测序边分析；
第三，便携小巧。二代设备较庞大，仅局限于中心实验室使用，纳米孔测序仪便携小巧，可做成掌上设备。齐碳去年9月推出的产品样机QNome9604 ，机身仅重1.9kg ，应用场景更为广阔；
第四，成本低。二代设备价格百万元起，纳米孔测序仪只有数万元级别。

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齐碳科技研发的纳米孔基因测序仪具有便携小巧、成本低等优势
谢丹告诉红星资本局， “去年刚发布出来的时候，我们对外公布的准确率在85%左右，目前已经可达90% ，我们的纳米孔测序仪完全可以实现多场景化的应用。 ”
红星资本局了解到，齐碳科技在成都天府国际生物城正在建设符合GMP（药品生产质量管理规范）规范的自动化工厂，建立试剂、芯片、仪器生产线，即将实现批量生产。
自2020年9月产品发布以来，齐碳科技与全国各地多个应用领域的学术专家、科研机构、大型企业开展积极地合作，合作场景广泛，包括病原微生物即时检测、肿瘤检测、罕见病、动植物遗传等。
在POCT（即时检验）领域，齐碳科技正与某知名基因分子诊断平台开展合作研究，对多重扩增子文库进行实时测序，一份样本可快速全面检测几十种以上常见病原菌，预期将会形成临床应用型产品，助力临床诊断、减少广谱抗生素的滥用。
在动物传染病防治领域，齐碳科技正与某高校科研团队开展合作研究，利用纳米孔基因测序仪QNome-9604的便携及快速测序优势，对患病家禽或家畜样本进行宏基因组检测，可快速确定病原种类及序列信息，为疾病监测提供及时、有效的信息。
最后，谢丹告诉红星资本局， “当前我们正在做基因测序仪是一个线性迭代工作，蛋白工程、生物芯片、集成电路等方面都要做一个系统的升级，预计今年实现产品的迭代。 ”
红星新闻采访人员许媛费成鸿实习生向欣荣
责编任志江编辑杨程
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