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站上制高点 基因测序产业“链”动青岛!全球通量最高测序仪青岛

[时间:2022-05-27 10:35来源:未知作者:admin浏览:]

  生命从哪里来,到哪里去?尽管人类已在地球上存在了200万年,但对生命的认知,仍是极其有限的刻度。通过人体组织分析测定基因全序列,在基因测序领域,从“人类基因组计划的1%”开始,已历经20多年的前沿探索。

  幸运的是,中国已经打破国外垄断,实现对基因测序仪的自主可控。作为青岛市聚焦的24条重点产业链链主企业,青岛华大智造自主研发的基因测序仪,助力中国成为目前全球“唯二”的掌握基因测序全产业链(技术、装备、市场应用等)的国家。基因测序又能获得哪些关于生命的奥秘?国产基因测序仪从“引进来”到“走出去”经历了怎样的过程?基因测序产业链上仍然存在哪些痛点?青岛华大智造的故事或许能解答一二。

  安静的实验室里伫立着八个白色“庞然大物”,四个稍高一点的长方体形似放大版的电脑主机,与另外四个“放大版的打印机”交相错落,杆状的机械臂穿梭其间,将载有组织切片的基因测序芯片依次放置到“打印机”上进行信息读取……这是华大智造超高通量基因测序设备工作时的情景片段。“庞然大物”的全名叫做“DNBSEQ-T10×4RS超高通量基因测序仪”,是目前全球最高通量基因测序仪之一。

  基因测序,是一种新型基因检测技术,能够从血液或唾液中解码基因序列,从而预测罹患多种疾病的可能性,解释个体的行为特征及行为习惯。而全基因组级别测序,则可以将人体中的20000到25000个蛋白质编码基因全部解码出来。

  当前,大规模人群基因组学研究项目正在全球范围内持续拓展:美国、新加坡、法国、阿联酋等多国政府先后启动国家级大人群基因组计划;英国政府曾颁布全国性基因组学医疗保健战略——《基因组英国(GenomeUK)》,将在未来持续利用基因组学对特定患者群体进行干预,以应对新的全球性流行病和公共卫生威胁。

  生命科学产业进入基因大数据时代,而基因大数据时代的到来离不开成本可控、超高通量的基因测序仪。

  “超高通量基因测序仪的测序工作全程由机械臂自动操作完成,具有超高通量、超低成本、超强定制、全程自动化的优点。”青岛华大智造科技有限责任公司对外事务负责人薛瑜向记者介绍,基因测序仪按照可承载样本切片的多少,分为不同的“通量”,DNBSEQ-T10×4RS超高通量基因测序仪每24小时能产生20TB的数据量。

  薛瑜表示,目前,这台由青岛华大智造生产的超高通量测序设备已在大人群基因组项目中进行应用。基于基因测序仪不断地迭代升级,且完全实现国产自主可控,人类基因组测序成本已降低至百美元时代,测序一个人的全基因组耗时缩短至24小时。

  与“庞然大物”形成鲜明对比的是华大智造首创的小型基因测序仪DNBSEQ-E5,这款便携式基因测序仪仪器体积极大缩减的同时,还有“集成信号采集模块”“微流控测序载片”黑科技的助力,操作更简单、更便携、更快速,最快3.5小时完成测序,能够即时响应特殊样本的紧急测序需求。

  以新冠病毒的测序为例,DNBSEQ-E5完成测序后可10分钟内输出新冠病毒变异位点基因注释、变异支系鉴别、全长序列,截至目前已高效完成超过10个新冠疫情热点地区的新冠溯源工作,助力疫情防控。

  “设计这款小型基因测序仪,是因为我们希望基因测序能够走出实验室,像核酸检测一样,成为一种更普遍的检测方式。”青岛华大智造科技有限责任公司副总经理刘姗姗说。凭借多年的行业深耕和技术积累,华大智造于2019年在青岛落地生产基地,基于自主研发的源头性核心技术,围绕超高通量、小型快速测序仪等高端生命科技核心工具研发方向实现突破。

  “基因测序仪只是涉及基因的读取,除此之外,我们也会做一些其他生命科技核心工具的布局,比如样本存储类的设备。”刘姗姗向记者介绍。面对海量样本的存储需求,以及样本质量难以保障等问题,为了降低人工操作的复杂程度、减少人工管理潜在的失误,引进自动化存取模式十分必要。

  为此,青岛华大智造与澳柯玛生物合作开发的超低温自动化生物样本库MGICLab-LT系列,是公司推出的首款先进低温存储设备。在青岛华大智造的实验室里,记者看到MGICLab-LT系列存储设备可自动完成样本核对、转运、定位、缓存、分拣全流程,一键智能操控出入库,避免了传统存储模式带来的繁琐流程和人工失误操作的风险。

  刘姗姗向记者介绍,首先,这款集成了自动化功能的大型样本库,通过矩阵的方式实现高密度的存储,通过保温层营造出一个-80℃的超低温样本保存区,把自动化存取装置置于一个可稳定运行的低温环境中,再配合样本库管理系统,实现样本全生命周期的管理,可进行50万到数百万级别的存量。

  其次,上提式+双温区的设计,极力保障了样本安全,为设备保养和维护提供了充足活动空间与人员安全保障。同时还搭载华大智造生物样本管理系统,实现样本数据深度信息化管理,串联华大智造样本前处理平台、高通量测序应用平台,形成一站式“存储+应用”平台工具支撑。目前超低温自动化样本库已经在中国水产科学研究院黄海水产研究所建成的国家海洋渔业生物种质资源库应用,支持我国多样性资源保护。

  从传统冰箱存储转变为新型自动化存储模式,黄海所副研究员王倩博士作为亲身体验者介绍道,“种质资源,尤其是遗传资源的深入研究有赖于样本的高质量保存,这些样本在温度升高后具有易降解的特性,需在稳定的超低温环境下进行保存,保障实验及分析结果的准确性。”因此,渔业种质资源样本的高质量保存,成为水产遗传育种、渔业新种质创制和技术应用的必要前提,而该设备有效避免了无辜样本的回温冲击,极大程度保障了样本质量和活性。

  华大智造不仅实现了“存读写”链式发展,也实现了核心材料“真自由”。据介绍,国内首个、全国最大的多模块自动化集成测序酶试剂青岛智能生产基地已投产,测序酶实现完全自主可控,有效将测序试剂成本降低。华大自主研发生产的DNA聚合酶、逆转录酶、DNA连接酶等分子生物学工具酶已经在病原检测、单细胞组学研究、时空组学研究、合成生物学重要领域发挥重要作用。

  同时,青岛基因测序芯片生产基地也已实现通线批量生产。芯片和测序酶试剂是测序仪使用过程中极为重要的核心材料,测序酶的开发和制备在基因组学和分子诊断产业链上游,具有技术密集、附加值高的特点,青岛华大智造测序核心制剂与耗材的自产自供,实现中国基因测序“真国产”。

  基因测序仪属于科技含量高、比较复杂的设备,需要跨学科的人才,“既需要懂机械、电子、光学的,还需要懂物理又懂生物的。互相读懂对方的语言。”青岛华大智造科技有限责任公司副总经理刘姗姗说出了行业对高端复合型人才的渴望,“基因测序技术只有20多年的发展历程,但是发展速度很快,需要有相应的跨学科人才匹配发展的速度。”

  “作为基因测序产业链链主企业,我们的配套企业也逐步向青岛集聚。”刘姗姗说,“近期我们准备走访配套企业,产业链正在完善中。”除了在人才和配套方面寻求更大突破,刘姗姗期待在应用方面有进一步推广,“华大智造处于行业上游,做的是生命科技底层支撑工具,期望更多的中下游高科技设备进行应用场景的拓展与设计,以满足下游公司的需要。”刘姗姗坦言需要有一批桥梁公司式的合作伙伴。

  “我们希望更多的合作伙伴跟我们一起,打通中间环节,加速高科技的应用。”刘姗姗说,这也是产业加速发展的必然选择。

  基因测序仪作为获取生命信息与基因资源的核心工具,是继5G之后国家科技主动权的必争之地,也是保障国家生物信息安全的重要渠道。“近两年,华大智造基因测序仪在全国市场得到迅速推广,华大智造基因测序仪性能已达到国际先进水平,下一步,将与政府携手把青岛建成引领全球的基因测序装备生产基地。”刘姗姗说。

  华大与青岛的故事,既是一个生命科技产业链不断壮大的故事,也书写着一座城市与高科技企业共成长的故事。位于青岛的华大北方中心已经完成海洋基因库搭建,先后培育青岛华大基因研究院、华大智造、华大股份、华大细胞等10余个产业主体,打造青岛市以基因科技为特色的生命健康产业集群,围绕生命健康、经略海洋、先进制造、疫情防控、前沿科学等五个领域实现全国乃至全球范围内取得重大突破,已初步实现“南深圳,北青岛”的战略布局。

  “在青岛,我们感受到政府部门对企业的贴心服务以及这座城市的开放度。”青岛华大智造科技有限责任公司对外事务负责人薛瑜说。华大智造“可移动”的集成式自动化核酸检测平台,拥有在局部地区突发新冠疫情时快速灵活地响应奔赴到最前线及时开展核酸检测工作的能力。2022年3月份,20天的时间里,青岛华大智造在青岛、潍坊、烟台、德州快速搭建完成近50万单管通量的检测平台。

  “3月17日,市工业和信息化局接到华大智造求助,因受疫情影响,多家与其配套设备及耗材的关键生产供应商中多数处于停产状态,供货不足,核酸检测平台抗疫产品面临断供停产危险。接到求助后,市工业和信息化局立刻对接了解详细情况,迅速致函相关部门,恳请协调支持企业恢复正常生产,保障供应,共克时艰。经深圳市工信局协调,停产企业迅速恢复生产,供应青岛华大智造配套产品,为打赢疫情防控狙击战做出贡献。”薛瑜说。

  青岛市工信局局长卞成表示,下一步,市工业和信息化局将最大限度为企业做好服务,开拓品牌产品销售市场,力争把青岛建设成为全球引领的基因测序装备生产基地。相信经过企业、政府、社会的共同努力,基因测序产业链必将“链”动青岛,引领全球。

  近几十年来,人们对基因的认识、对生命奥秘的探索日趋增强,基因产业的发展也有了突破性的进展,目前国内多地均在加速基因科技产业布局。十四五规划和2035年远景目标中明确,基因与生物技术是我国强化国家战略科技力量,加强原创性引领性科技攻关的七大科技前沿领域攻关领域之一,基因技术也被列为国家战略性新兴产业的未来产业。

  华大智造是全球具有自主研发并量产临床级高通量基因测序仪能力的企业之一,基因测序仪性能已达到国际先进水平,近两年也持续在全球进行推广,青岛为科创企业培育了优良的营商沃土,青岛华大智造落地以来青岛各级政府都给予了极大的帮助和支持,目前已经完成基因测序仪、自动化实验室设备、单细胞实验室、超低温样本存储等生命科技核心工具研发生产的布局。

  本次能入选青岛市生物医药产业链链主企业我们感到非常荣幸,“创新智造引领生命科技”是华大智造的愿景,未来我们会有更多前沿的基因科技成果在青岛落地,也会在青岛孵化出更多自主创新的先进设备和技术,为青岛市、山东省精准医疗、精准健康、资源保存等关系国计民生的实际需求,作为基因测序产业链链主企业,我们也希望能够带动产业上下游企业逐步向青岛集聚,助力青岛基因科技产业的发展。

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