陈超
  • 教师名称:陈超
  • 教师拼音:chenchao
  • 电子邮件:
  • 入职时间:2014年02月18日
  • 职称:教授
  • 单位:中南大学
  • 职务:Professor
  • 学历:博士研究生毕业
  • 学位:博士学位
  • 学科:生物学
  • 毕业院校:复旦大学
  • 获得荣誉:中南大学升华猎英计划;
    中南大学第二批创新驱动计划;
    第13届国际人类遗传学大会旅行奖;
    在生物精神病学协会第67届年度科学会议上获报告奖;
    2011年复旦大学优秀博士毕业论文;
  • 办公地点:长沙市开福区湘雅路110号中南大学国家遗传学重点实验室
  • 联系方式:邮箱:chenchaor@gmail.com
  • 所在学院:生命科学学院
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解码生命,精准基石测序中国-基因检测行业新媒体行业话题[转]
发布时间:2016-04-25 点击数:


近年来,随着技术的飞跃 以及国家政策的护航,基因测序行业逐渐升温,动脉网对近期兴业证券发布的基因测序行业深度报告做了重点摘录,报告通过分析基因测序行业的特殊属性和监管模式,以呈现现阶段行业竞争的业态与格局,并针对产业链不同参与者的成长逻辑,预测未来行业的发展趋势。

一、报告分析了技术和政策对于基因测序行业的发展推动作用:

突破传统医学痛点,引领精准医疗时代到来

细分领域成长性突出,未来渐成主流

技术加速迭代,成本硬约束突破

政策破冰暖风频吹,产业爆发指日可待

二、报告分析了基因测序行业的市场空间

技术突破助力,行业蓝海性质凸显

地域存在差异,亚太潜力巨大

中国有望成为全球二代测序的集中营

三、报告对整个基因测序行业产业链进行了分析和预测,并重点分析了行业中游在国内的发展:

基因测序行业全产业链概览

行业中游未来发展趋势

一、技术和政策推动基因测序行业的发展

1、突破传统医学痛点,引领精准医疗时代到来

基因测序技术由来已久,第一代测序技术已经发展成为鉴定DNA序列的金标准,而快速、低成本、高通量的基因测序方法的出现则极大地推动了科研的进步。

本文所提到的核心基因测序技术是指新一代基因测序(Next Generation Sequencing,NGS,又叫“二代测序”或“高通量测序”),其作为一种划时代的测序技术革命,使基因测序商业化进入临床应用成为可能,并有效解决了传统医学的痛点(由“同病同治”到“同病异治”),奠定了未来精准医疗的基石;同时二代测序在近年已发展较为成熟的IVD领域呈现出突出的比较优势,逐步成为未来行业发展的新方向和增长驱动力。

传统医学主要依赖临床医生个人从业实践经验,结合客观的临床资料和知识,给予症状相同的患者标准化的治疗意见,但实际疗效因个体化差异而不尽相同。

基因测序对DNA序列进行分析,构建大样本量的基因组数据库,结合个体生活信息、临床数据,以此来了解疾病的发病机制和用药机理,并帮助临床为不同个体提供精确合理的疾病预防干预、诊断治疗、用药指导和健康管理,这种个性化的医疗正是奥巴马倡导的“精准医疗”的精髓所在。简单来说,与传统医学相比,精准医学有望成为治疗效果最大化和副作用最小化的一门定制、量化的医疗模式。

根据BCC Research预测,2015年全球精准医疗市场规模近600亿美元,今后5年年增速预计为15%,是医药行业整体增速的3至4倍。精准医疗是医疗健康时代的产物,是未来生物医药产业发展的确定性趋势,基因测序作为精准医疗的基石,有望引领行业持续向上和繁荣。

2、细分领域成长性突出,未来渐成主流

据统计,目前在全球IVD市场中,分子诊断的份额占比为11%,复合增长率也达到11%,居行业首位。而我国的分子诊断占IVD市场的份额仅为5%,但增速高于25%,排名前列。未来随着技术革新推动和应用端的需求倒逼,我国分子诊断细分市场实现高速放量是可预期的。

3、 NGS引领IVD市场走向高端

我国IVD行业总体呈现低端市场增长停滞,中端市场迅速放量,高端市场逐步开拓的“橄榄型”市场结构。未来随着IVD行业的结构升级和技术高端延展化,作为高端技术领域代表的NGS技术行业必将迎来高速成长期。

4、NGS成为细分行业的重要驱动力

近年随着NGS技术的成熟和普及,其普及率持续提升。根据Markets&Markets的研究报告显示,2014年NGS的全球市场规模为25亿美金,预计2020年将达到87亿美金,复合增长率为23%。NGS成为分子诊断领域中增长最快的子行业,超过传统的PCR、FISH和基因芯片技术,未来有望成为行业主流,引领行业发展。

5、技术加速迭代,成本硬约束突破

从技术的演变升级来看,基因测序技术主要历经三代:

第一代测序技术,主要基于Sanger双脱氧终止法的测序原理,结合荧光标记和毛细管阵列电泳技术来实现测序的自动化,1975年由Sanger和Coulson发明,基本方法是链终止或降解法。人类基因组计划就是基于一代测序技术。

第二代测序技术,早期代表平台包括Illumina的Solexa、Life Technologies的Solid、罗氏的454平台等,目前市场的主流机型包括Illumina的HiSeq/MiSeq/NextSeq、Life Technologies的Solid/Ion PGM/Ion Proton等。它们的测序原理不完全相同,但共同的特点是都以舍弃读长为代价实现了高通量。

第三代测序技术又称为单分子DNA 测序,即通过现代光学、高分子、纳米技术等手段来区分碱基信号差异的原理,以达到直接读取序列信息的目的,而不需要使用生物或化学试剂,这对于进一步降低测序成本是非常可取的。

从三代基因测序技术综合比较来看,一代和二代测序技术目前在科研和临床应用领域较为广泛,二代测序相对优势突出,市场空间最大。

一代测序的突出优势是高读长及高准确性,一次读取DNA片段长度可达1000bp,准确性可到到99.99%。然而技术原理的限制下高读长的特点反而增加了测序成本,并且测序的通量大打折扣,这就限制了一代测序的应用范围。

与之相比,二代基因测序的核心提升在于牺牲了读长的前提下极大优化了成本和通量。采用大规模平行测序原理,不仅极大的降低了测序成本,同时在保证了准确性的前提下实现了高通量测序。

第三代基因测序读长较长,如Pacific Biosciences公司的PACBIO RS II的平均读长达到10kb,可以减少生物信息学中的拼接成本,且从作用原理上避免了PCR扩增带来的出错,但是总体上单读长的错误率依然偏高,成为限制其商业应用开展的重要原因,同时其分析软件也不够丰富,在成本和通量上也没有比较优势,短期内很难对二代测序形成替代。

综上所述,在三代基因测序技术突破之前,NGS较现行技术有高通量、高准确性、成本适应当前消费端的优势,所以中短期内,NGS将成为基因测序领域的主力军。

6、政策破冰暖风频吹,产业爆发指日可待

2014年2月国家卫计委、CFDA联合叫停基因检测,相关部门出台文件明确了基因测序行业的双重监管属性,所用的仪器设备归口CFDA报批管理,临床领域的使用归口卫计委或属地管理。3月份卫计委随即出台了《关于开展高通量基因测序技术临床应用试点单位申报工作的通知》,拉开了基因测序行业临床应用规范化的大幕。

随后,从2014年6月到2015年3月不到一年时间,CFDA先后批准华大基因、达安基因等公司的测序仪和测序产品,卫计委先后正式授牌“个体化医学检测试点单位”(3家),确定首批高通量测序技术临床应用试点单位(7家),其中包括5家第三方医学检验所华大、达安、博奥、安诺优达和爱普益,同时陆续公布了临床应用首批四大领域:遗传病诊断、产前筛查与诊断、植入前胚胎遗传学诊断、肿瘤诊断与治疗。

到2015年7月,国家发改委发布《关于实施新兴产业重大工程包的通知》,将在2015至2017年建设30个基因检测技术应用示范中心,以开展遗传病和出生缺陷基因筛查为重点,推动基因检测技术普及和产业化。同时卫计委医政医管局出台的《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南(试行)》和《肿瘤个体化治疗检测技术指南(试行)》文件,则有效解决了药物基因组学和肿瘤个性化治疗的行业标准缺失的问题。

总体而言,监管的明确、试点单位的公布、肿瘤个体化用药等应用端标准的出台,预示着行业的政策严冬过去,行业准入标准提高,以生育健康检测、肿瘤个性化治疗为代表的基因产业下游行业标准框定之后,整个基因测序产业有望重回高速发展的轨道上。

小结:总体来看,技术突破和政策推动,是促使基因测序从实验室走进临床和公众视野,并被产业和资本追逐热捧的两大决定性因素。其中技术的突破和革新使得基因测序可以实现快速、低成本和高通量从而符合了应用端的普及推广和消费端的价格承受能力;同时行业政策的松绑和推动,使得监管责任逐步明确和应用端逐步标准化规范化,从而使阻碍基因测序技术实现商业应用领域渗透的两大瓶颈得以成功突破。从商业化角度来看,测序是一种工具,所对接的临床应用领域市场空间巨大,未来基因测序行业的快速增长和持续繁荣将是大势所趋。

二、测序产业空间巨大,中国与发达国家处于同一起跑线

1、技术突破助力,行业蓝海性质凸显

根据BCC Research数据统计,随着测序成本呈现几何级别下降和商业化的逐步推进,全球基因测序市场规模从2007年的7.94亿美元增长至2013年约45亿美元,年复合增长率达到33.5%,预计未来几年将保持21.1%的复合增速,在2018年达到近117 亿美元的规模,未来5年将有1-2倍的发展空间。

2、地域存在差异,亚太潜力巨大

从全球市场来看,北美地区测序市场份额最大,这主要得益于Illumina和Life Technologies两大测序仪供应商的销售,以及该区域NGS技术与个性化医疗和伴随诊断同时发展,同属资本密集及高研发投资领域。美国临床测序技术在肿瘤以及传染病领域应用居多,预计未来美国仍将是NGS市场的引领者。

亚太地区(不包括日本)占比仅为15%,随着技术成熟普及率不断提高,未来发展潜力巨大。现有数据表明亚太地区NGS市场增长最快,增长率为41.6%。中国和日本将新技术与发展医疗保健、研发和临床开发融合,形成新兴经济体,对亚太地区整个市场的发展具有重大意义。

3、中国有望成为全球二代测序的集中营

中国测序市场在全球范围内增速突出,根据Markets&Markets预测,中国的基因测序产业在2012-2017年间的CAGR有望达20%-25%,位居全球前列。国内测序服务商近些年不断迸发活力,其中最具代表性的是华大基因,其初期承接了人类全基因组计划1%的工作,经过多年发展华大基因已经成为全球最大的测序中心之一。更可喜的是,一大批如“华小系”的贝瑞和康、诺和致源、安诺优达,以及上市公司如达安基因、迪安诊断等优秀企业深入参与到市场竞争中来,并逐步成长为核心主力军,行业呈现出不同于上游的充分竞争的态势。

三、基因测序行业全产业链分析

1、行业全产业链概览

行业上游为测序仪器和试剂生产供应商。目前测序上游是全产业链中规模最大一环,几乎被Illumina、Life Technologies两大国外巨头垄断,高技术壁垒和封闭性的特点使得中国企业在短时间内很难打破垄断格局。

行业中游为基因测序服务提供商,包括测序服务及生物信息学的数据分析。包括面向基础研究的测序服务和面向终端用户的临床、医疗类的测序服务,该领域增长速度最快,是国内企业的主攻方向,呈现出短期加速分散化的竞争态势。随着政策准入标准的提高,集中度提升是必然趋势,未来行业龙头、产业模式成熟且具备持续布局能力,以及具有强大生物信息学分析和数据处理能力的企业有望从中突围。

行业下游是终端用户,主要包括医院、第三方医学检验所(独立实验室,ICL)的临床应用端,以及大学、医院、研究所、药企的科研机构端。从应用领域来看,目前相对成熟的是无创产前诊断(NIPT)的生育健康领域,未来最具价值的是肿瘤筛查和个性化治疗领域,其他还包括遗传缺陷基因检测、致病基因检测、病原微生物检测、疾病风险评估等。

以下我们以波特五力模型来简要分析基因测序行业的市场竞争格局和发展趋势:

上游供应商牢牢把握话语权:目前基因测序行业内的公司主要集中在测序服务商,上游只有Illumina和Life Technologies等为数不多的几家能够选择,同时其测序仪器平台的封闭性极强,必须向供应商购买配套所需的试剂和耗材才能完美使用,因此上游几乎垄断性的产品对下游服务类企业的成本制约和限制较大。

下游医院终端短期内相对强势:由于医院把握着终端客户资源,在整个医疗产业链中属于双向强势地位。基因测序服务商无论是采用第三方独立实验室模式还是采用向医院投放与协作模式,相对于医院的话语权相对偏弱。当然也有少数一些公司在探索引导个人基因组数据的另类消费,如23andMe直接面向客户的高端基因体检等。在目前有高通量测序试点资质的医院尚且较少的情况下(不考虑钻政策空子的灰色地带),面对同一家医院入口,市场中同类的基因测序服务商的数量,远远高于有实力的渠道商数量。因此,有较好渠道资源和政府背景的企业,能够获得更好的医院应用端口,未来也更容易完成下游渗透。

市场准入逐步放开,新竞争者会陆续涌入:基因测序的临床应用终端以医院和独立实验室为主,由于拥有资质的试点单位和临床应用尚且不多,因此商业渠道的通道成本较高,短期来看市场资源比较有限。但另一方面,行业进入壁垒相对不高,而产业和资本关注度较高,除了从科研转型的国内外创业者以外,传统医疗企业、非医疗企业都有意通过并购等方式快速切入该领域,因此,短中期内处于产业链中游的新进入者将层出不穷,呈现高度分散化的趋势。

同业竞争激烈,完成“规模优势+产品优质+渠道粘性”者胜出:前文已经提到,我们预计随着政策准入标准的提高和竞争格局的加剧,测序市场集中度的提升将是必然趋势,未来产业模式成熟且具备持续布局能力、生物信息学分析和数据处理能力一流、大数据价值和渠道价值突出的行业龙头企业有望从中突围。

新老技术目前不构成替代威胁:从技术层次来看,基因测序是分子诊断的金标准,而二代测序的优势是可以将若干个基因检测一次性完成,并精确检测突变和变异类型,适合短时间内完成多种鉴定诊断的临床应用需求,拥有相对广阔的市场空间。前文我们已经提及,传统的基因检测技术在中短期凭借各自优势且根据不同临床需求而仍具备一定的应用价值,但在通量、单位成本方面无法与二代测序相比拟;而新型的三代测序技术仍然不够成熟,在错误率偏高、成本优势不足的情况下,对二代测序的替代为时尚早。

小结:我们预计,上游测序仪的垄断格局中短期难以改变,同时不排除上游优势企业通过并购等方式进行产业链延伸;中游测序服务商的先行者有望通过市场准入抢占先机,尤其在渠道和终端的先发及卡位优势将日益突出,未来在规模效应下对于成本的控制,在应用端的不断开拓和创新,以及在样本积累下基因组数据库的建立和完善,其渠道价值和大数据价值将逐步显现,成熟后的商业模式将引领新一波行业增长,从而吸引更多的企业通过并购方式进入行业;下游应用端在大数据积累和循证医学的驱动下,有望在疾病预防、临床诊断和个性化用药等多个领域实现横向拓展,同时既有的NIPT市场逐步走向成熟,肿瘤领域临床应用端将催生出难以想象的产业空间。

2、中游未来发展趋势:云服务、专业外包、产业链整合、数据挖掘

1)云平台是未来数据存储和分析的趋势

多方面诉求促进云平台对接:一方面,NGS使单个实验室能在合理的成本范围内就可以产生TB、PB级的数据量,但许多测序公司或实验室并不具备储存和处理这些大规模数据的服务器设备。另一方面,计算大规模数据集最重要的是分析算法的并行化,有效解决大数据运算的方法是将任务分配给若干计算机处理器同时计算,针对不同算法可以进行不同类型的并行化运算,通过不同的计算平台来获得最佳性能。从以上可以看出,NGS数据分析解读面临着数据量大、数据处理过程复杂、对计算资源要求高的潜在需求,而云计算提供了一种有效的解决方案,云架构下的平台搭建,存储、计算软件开发和工作流框架正在不断完善和发展。从国内来看,华大基因在这方面布局较早,处于行业领先地位。

2)专业化外包(测序服务或数据分析)将会是另一大主流趋势

一方面,大部分医疗机构缺乏购置测序仪自行开展测序服务的需求和能力,更多会将测序服务外包给第三方独立实验室。目前国内测序服务商较为主流的方式是通过ICL模式打开市场,未来随着企业测序服务和其他临检产品线的齐备,专业化的第三方检测平台将会是发展的重点模式。

另一方面,未来随着NGS数据产出量越来越庞大,外包给专业化的生物信息学公司可能会成为一种趋势。国内方面华大基因将数据存储等部分外包给荣之联等专业数据分析解决方案提供商是一个很好的范例,这不仅仅是一个双赢的模式,更可以看成未来行业专业化分工的一个标志。目前海外提供相关产品和服务的主要公司主要有 CLC bio (丹麦), Biomatters(新西兰), Partek (美国), Genomatix (德国), Knome (美国), DNASTAR (美国),国内方面包括诺和致源、荣之联等。目前这一市场份额基数较小,空间也无法跟测序服务市场相比,但增长潜力巨大。

3)实现全产业链平台整合是龙头企业的发展方向

除了上游外资龙头的全产业链布局野心,类似中游具有显着优势的华大基因等龙头公司为了摆脱上游的依赖和对成本的控制,也通过并购国外测序仪厂商或自产测序仪来完成对上游的突破。总体来看,产业链的双向整合,有利于现有领域龙头突破增长瓶颈,并且打造“仪器+服务+渠道”的有机整体,形成整个产业的规模协同效应。

4)数据积累和挖掘将是永恒的行业主题

目前我们对于基因组的认知并不充分,人体基因组共有23对染色体,包含30亿个碱基,而目前仅有3%能从临床给予解释。对于基因组数据的积累和解读将会直接影响到未来应用领域的拓展、商业化应用的成熟,以及相关标准的制定。不同基因型与表型的联系,从基因水平对人类疾病的致病机理、用药的个性化差异、健康的管理机制的研究将会促使基因组的数据挖掘不断进行下去。

中游企业未来商业模式的突破

中游测序服务平台化是大方向和主线:中短期来看,获批NGS临床试点的测序公司具有先发和卡位优势,其通过自身的政府和医院资源,进行积极的渠道拓展和产品投放,在抢占稀缺试点医院端口方面也具有技术和品牌优势,在样本量和基因组数据的积累之后形成较强的规模化效应,并借助强大的生物学技术平台和生信分析能力也有望实现下游应用领域的突破,进一步巩固细分领域的龙头地位,同时完成一体化测序平台的搭建。

产业和资本通过并购进入,专注于细分领域的长尾:目前已经有不少上市公司通过并购的方式直接切入测序领域,虽然短期内难以与行业龙头抗衡,但是依托自身的优势(比如相关企业在传统IVD领域的技术和渠道积淀,或跨界上市公司较强的融资能力)与原有业务进行协同整合和多元化发展也不失为一种提升自身竞争力的方式,也可以间接推动行业的快速发展。

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解码生命,精准基石.pdf

转自:兴业证券