2.1 生物基因

随着近年来的发展，基因组的基础研究为医疗行业带来了技术的多样化，通过基因组技术根治突变以及遗传病症，已经成为可能。基因技术的发展分为三阶段：第一阶段是基因测序，第二阶段是基因解读，第三阶段是基因编辑。

基因测序：基因测序是指通过测序设备对DNA分子的碱基排列顺序进行的测定，即测定和解读DNA分子中腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）四种碱基的排列顺序，获得一个完整的基因序列的过程。

基因解读：通过将已经整理的序列与已经整合的数据库内容进行比对，寻找出该基因的功能以及该基因序列内是否有许多特异的位点，从而判断生理表征与基因位点关系的过程。

基因编辑：是一组使用生物技术直接操纵有机体基因组、用于改变细胞遗传物质的技术。包括了同一物种和跨物种的基因转移以产生改良的或新的生物体。可以通过使用分子克隆技术分离和复制需要的遗传物质以产生DNA序列，或通过合成DNA，然后插入宿主生物体，以此将新的遗传信息插入宿主基因组中。可以使用核酸酶除去或“敲除”基因。基因靶向技术是使用同源重组来改变内源基因的不同技术，并且可以用于缺失基因，去除外显子，添加基因或引入点突变。

2.1.1 基因测序

第一阶段的基因测序技术发展以人类基因组计划的实施为里程碑，但测序通量限制和高昂的成本一直是阻碍人们深入分析基因组的首要障碍。2005年推出的高通量测序技术初步解决了这个问题，人类基因组测序成本迅速下降。大量测序仪器的采购、对多种动植物的测序培养了中国的测序技术人才，也加快了中国对基因信息产业的理解，为中国进入基因信息解读行业打下了基础。测序技术的提升带来成本的快速下降，大力推动了商用发展。

第二代测序技术使平均每兆数据量基因测序成本由2001年的5 292美元下降到2015年的0.014美元（近380 000∶1）。2001年，个人基因组测序费用约1亿美元，2014 年，Illumina公司开发的测序平台HiSeq X Ten将人类全基因组测序成本降到了1 000美元以下。2017年1月，Illumina公司发布NovaSeq系列高通量测序平台，2018年1月9日JP摩根健康大会上，全球基因检测巨头公司Illumina宣布推出NovaSeq系列测序仪，其无可比拟的通量、简洁的操作、低成本以及灵活性将基因测序成本降低至800美元。

NovaSep系列在测序速度上也有所突破。HiSeqX的全基因组测序时间为72小时，NovaSeq系列则将时间缩短为40个小时。尽管没有真正意义上实现100美元测序，但Illumina表示这一目标将在未来几年内实现。NovaSeq系统的推出，至少标志着基因测序百元级时代的到来。随着技术再一次升级，相信基因测序市场价格将下降到100美元，届时基因检测将拥有更多的用户和更广泛的应用。

基因组测序的发展面临三大挑战：

第一，需要极大的磁盘空间存储基因组大数据。

第二，需要足够快的网络传输速度促进数据共享。

第三，基因组大数据的分析和处理预计会花费数万亿个CPU小时。

一般而言，研究机构或医院没有足够的储存空间来储存如此巨量的数据。即便有能力储存，也不能保证收集的数据立即派上用场，这也会带来一大笔成本，超过储存数据带来的收益。

DNAnexus就是一家专注于为用户提供DNA数据存储、共享、分析、管理等服务的公司。2018年1月，公司结束E轮融资，融资金额总计5 800万美元。DNAnexus的云储存功能完全契合医院、研究机构的需求，它的存储中心可以低成本、高速率存储和调用数据。为了保证数据能够快速上传至云端，DNAnexus提供多种方式上传云端数据，如可以使用命令行上传、网络平台上传、从URL获取，或者DNAnexus API直接上传。

DNAnexus平台的API支持任何数据格式及基于Linux的软件。通过DNAnexus平台，生物制药公司及其合作伙伴可以根据PHI要求安全地搜索患者健康状况和遗传学之间的关系。生物制药公司可使用DNAnexus与医疗健康合作伙伴进行联系，将患者表型信息和基因组信息结合起来，推动开展药物发现、挑选临床试验参与者等活动。

除了支持任何数据格式之外，该平台的API还支持与LIMS、测序仪器以及三级分析和报告软件的端到端集成。DNAnexus提供全球网络，将制药公司与医疗保健提供商、医院和临床实验室连接起来，以加速基因组学在诊所的影响。所有上传的数据均会在云端加密，整个传输过程都将被跟踪控制。DNAnexus把数据的安全性问题看作自己的核心目标之一，在一般情况下，用户可以完全放心基因数据的安全性。

DNAnexus的服务也可解决基因组测序面临的第三个问题。它提供1 000个节点，可同时处理百万个对象。用户可在云端直接执行数据分析，无需下载海量数据。同时，整个使用过程也将全程进行加密处理。

DNAnexus曾分别与斯坦福大学与贝勒医学院合作推出了一个大型项目，以展示该平台对于大规模基因数据处理的价值。在这两个项目里，DNAnexus 共处理了17 000个基因组，生成的基因数组超过500TB。所生成数据可在平台上访问供后续分析与数据共享使用。

理查德·戴利（Richard Daly）任DNAnexus CEO，他在健康管理和基因组学领域面拥有30年的管理经验。戴利在健康管理和健康实验领域均成立过企业，同时也是实验室基因测序和生物信息学先驱可见遗传学（Visible Genetics，纳斯达克股票代码：VGIN）公司的首席执行官。他曾获得纽约大学金融学士学位和哈佛大学工商管理硕士学位。

自DNAnexus成立以来，首席技术官乔治·阿西米诺斯（George Asimenos）博士一直参与设计和调试DNAnexus产品线，并将其交付于全球客户。他目前正在开展战略项目，探索如何使用DNAnexus技术超越传统基因组学界限。乔治拥有斯坦福大学计算机科学博士学位，他曾在那里参与了人类组基因测序计划。他的研究经历包括比较性宏基因组学，用于可重构硬件的硅片编译器和椭圆曲线密码分析。

安德鲁·卡罗尔（Andrew Carroll）博士在DNAnexus任科学副总裁。他帮助运行了最大的云基因组学项目，该项目与CHARGE Consortium和Baylor医学院共同完成，涵盖20 000个基因组/外显子组，迄今为止，进行的最大的植物基因组学项目涵盖了水稻基因组计划中的3 000个水稻基因组。他曾在DNAnexus科学团队工作，在个人和群体、基因表达分析、基因结构变异分析、基因组组装、肿瘤正常分析、计算化学和图像处理等方面开展了SNP和InDel调用的临床和研究项目。他拥有斯坦福大学博士学位，其学术工作涉及植物比较基因组学、蛋白质组学和机器学习。

DNAnexus建立在Microsoft Azure和亚马逊网络服务的基础之上，并拥有可扩展的基础架构，可通过“单一平台”立即满足各类计算和数据存储需求。在DNAnexus进行分析计算时，所有数据和计算工具受同一系统控制，消除重复计算，可提高运算速度并降低能耗成本。

对于临床研究人员来说，DNAnexus网络环境提供了一个人性化的操作界面。除了丰富的统计功能，DNAnexus平台还允许医疗机构开发新的分析工具。研发者既可以使用DNAnexus应用程序库中已有的组件，也可以将现有的应用程序和管道移植到DNAnexus中。从DNAnexus自身业务开展情况及技术研发、投资方参与情况及基因领域发展情况看，这家未来独角兽的发展不可限量，其业务量将迎来新的爆发点。

随着基因组分析整合到临床前阶段和临床阶段，DNAnexus将提供全球网络来帮助基因组和临床数据整合分析，加速发掘基因差异对临床结果的影响。

2.1.2 基因解读

第二阶段的基因解读，简单说就是解读人体的基因信息，可以对人体生理功能、疾病特征、疾病治疗的个性化因素进行描述。这些描述可用于天赋评测、健康呵护、疾病风险评估、疾病诊断、用药指导等。基因解读以基因测序结果作为基础信息输入，以对生命活动的理解作为核心关键技术，是健康和生活的基础信息指引。基因解读是基因检测的升级换代，与之相比，基因解读在基因信息的解读和个性化指导上更精准和超前。

随着基因数据库的不断完善，通过基因解读对病症进行筛查诊断的产业将取得卓越的进展。2018年3月28日，鹍远基因宣布成功完成6 000万美元的A+轮融资。本轮融资由松禾资本和景旭创投领投，先锋医疗投资、九州通医药集团、礼来亚洲基金等新老投资者跟投。

鹍远基因在中国上海和美国加州圣地亚哥设有研发和营运中心。公司专注于开发早期癌症的无创基因检测，致力于通过癌症的早期发现和精准诊断，努力为病人提供早期、精准、全面的诊疗信息，改善癌症患者的临床疗效。

鹍远基因已经开发了一系列基于游离DNA（cfDNA）分析的独有专利技术，主要产品和服务涵盖肿瘤筛查、诊断及个体化治疗等，尤其在利用高通量甲基化测序技术进行循环肿瘤DNA（ctDNA）检测和癌症早期诊断方面取得了卓越的进展。

基因解读百花齐放，解码DNA于2016年3月初完成第二轮融资，本轮融资金额为数千万元人民币，由海汇创投领投，平安创投跟投。此前，解码DNA曾获得来自平安创投的第一轮投资。本轮融资将为解码DNA的业务增长带来强劲动力，加速推进IVD试剂盒的研发及CFDA认证工作，进一步完善产品线和产业布局。

解码（上海）生物医药科技有限公司成立于2011年8月，是一家专注于分子诊断项目及健康管理的高新技术企业，旨在为医疗机构及大众提供基于分子诊断的全方位、个体化的健康管理解决方案。公司已申请30多项发明专利，软件著作权6项，商标授权10件，并获得上海高新技术企业、ISO9001认证。

2014年，解码DNA开始筹建自己的医学检验所。目前，青岛的医学检验所即将正式运行，上海的医学检验所也正在筹建过程中。此次IVD试剂盒工作的大力推进，进一步完善了解码DNA的产业布局。一方面，解码DNA的医学检验所能够为医疗机构提供基因检测服务。另一方面，获得CFDA批准的IVD试剂盒也将为医疗机构提供分子诊断产品。

2.1.3 基因编辑

假如一个人的基因能被改变，而没有或很少有副作用，那么人类未来的命运会不会有新转机？这个观点现阶段听起来很科幻。基因编辑技术便是让这个观点成为现实的钥匙。基因编辑技术指能够让人类对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA片段的敲除、加入等。

一家被美国FDA批准了的基因治疗公司Spark Therapeutics正在研发针对基因治疗的药物。

延伸阅读

案例

Spark Therapeutics是一家基因治疗公司，研发针对遗传性视网膜病变（inherited retinal diseases，IRDs）、神经退行性病变、通过改变肝脏基因有可能得到治愈的遗传性疾病等的药物，这种基因治疗通常一次性给药就可以治愈疾病。

该公司2013年成立，2015年在纳斯达克上市，2017年12月19日首款一次性基因治疗RPE65等位基因突变的视网膜萎缩症药物获美国FDA批准上市，是基因治疗领域的一个分水岭事件。

该公司最早的技术来自于费城儿童医院（Children's Hospital of Philadelphia，CHOP），科学家团队在基因治疗领域已有20多年的经验了，为之后腺病毒相关载体（adeno-associated viral，AAV）平台的研发，工厂的建立，AAV在骨骼、肌肉、肝脏中的作用打下了基础。

该公司连续两年（2016年和2017年）被评为麻省理工学院技术评论50名清单（MIT Technology Review's list 50）的前10名，同时被评为2018年彭博商业周刊最值得注意的50家公司（Bloomberg Businessweek's“50 Companies to Watch”）之一。

遗传性视网膜疾病是一种罕见的盲病，大约由超过220种不同的基因引起，常见于儿童及年轻人，RPE65等位基因突变是其中一种，患者最终都会完全失明，他们会经历夜盲、无意识的眼球震颤。疾病发展时，病人会先失去外周（peripheral）的视野，发展为中间隧道样（tunnel）视野，最终，中间的视野也全部消失，发展成完全失明。

目前，没有其他任何获批的药物针对RPE56突变引起的IRD。根据Spark Therapentics估计的流行病数据，美国、欧洲及环太平洋地区有约6 000名RPE65突变的患者，在美国大约有1 000～2 000名由于RPE65突变致盲的患者，每年在美国新增患者数约10～20名。

2017年12月19日，LUXTURNA正式被美国FDA批准上市，之前获得FDA的认证包括优先审查（priority review）、罕见疾病药物（orphan drug designation）和突破性治疗药物（breakthrough therapy designation）。

此药之前已获得欧洲罕见疾病药物认证（orphan drug designation），这样在欧洲市场就有了十多年的独占权。在欧洲及全球除美国市场，已经颁发许可证（license）给诺华了，公司收到1.05亿美元首付款，6500万美元的里程碑付款，未来还将收到约25%的版税费用。

Spark Therapeutics有全球基因治疗中首个获批的药物，是领域中的先行者，在Philadelphia有全球最先进的cGMP工厂，这也是基因治疗领域首个及唯一被美国FDA批准的工厂。

公司关于欧洲及除美国的全球销售与诺华Novartis（NVS）签订了协议，这对创新性科技公司来说是非常有益的合作，为未来稳定的收入及长远发展打下了基础。