基因测序科技突飞猛进

2011-1-10 13:52 来源: 新浪
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  最新一期的美国《福布斯》于2010年12月底正式出刊,本期封面文章标题为“基因测序科技突飞猛进”。文章对基因创业企业家Jonathan Rothberg和他发明的功能强大的基因测序仪器做了介绍。文章认为,这项发明可能会在医药、食品、能源,甚至消费产品上的一场革命,由此形成规模可达1000亿美元的科技市场。

  Rothberg发明的长宽高仅24X20X21英寸的基因解码器(decoder),可能会改变人类的生活方式。这件看似玩具、或是掌上电脑的小设备,的确可能是自个人电脑以来对科技界的又一次巨大冲击,且未来还会形成规模达1000亿美元的市场。

  这台以硅芯片为基础建造的个人染色体检测仪(Personal Genome Machine,PGM),是当今世上体积最小、检测成本最低的上市产品。它可在2小时之内,以很高的精度解读出1000万个基因代码符号(letters of genetic code)。与现有使用大型电脑和服务器的DNA扫描设备不同,PGM可置于办公桌上,且售价仅5万美元,是当前具有同类功能仪器的十分之一。这也是史上首次科学家个人、社区医院和高校能够负担起的仪器。

  这项由Rothberg和其他工程师发明的小玩意还可用于改变医药、农业、纳米科技和在其他可再生燃料的探索。Rothberg称,在不远的将来,大夫通过DNA测序(DNA sequencing)就能对肿瘤部分的遗传缺陷点位进行修补,并根据癌症患者的不同情形有针对性地用药。患有先天性罕见疾病的儿童,可通对他们的更多染色体组做针对性的解码,以消除估计和误诊。

  PGM更适合于室外医疗环境。在第三世界工作的救险人员可使用这种便携式基因解码器跟踪造成水污染的细菌,或病毒。机场卫生官员能利用它对旅行者的基因做采样分析,在传染性细菌和病毒大规模爆发前对其进行跟踪。工程师还可利用PGM来设计和培养未来燃料的微生物。DNA测序还有助于农户培养出生长更快,抗虫害更强、更耐旱,且施化肥更少的谷物品种。合成生物学家(synthetic biologist)还能做到让细菌为人类服务,以制出洗涤液、服装、家具,甚至能够对裂缝有自我愈合功能的水泥。

  根据Rothberg的看法,基因测序今后会影响到人类生活的各方面。正如上世纪是物理学时代一样,本世纪是生物学世纪。他深信基因测序科技商品化后所形成的市场,可达到像医学检查成像(medical imaging)科技那样的1000亿美元规模。

  Rothberg创建过4家与遗传学相关的企业。发明PGM仪器的Ion Torrent公司,是Rothberg在3年前梦想能快速、便捷地检测DNA后所创建。Rothberg的发明引起了一家名为Life Technologies的专业生产实验室设备企业的强烈关注。在PGM正式生产前,Life Technologies去年秋季以3.75亿美元价格收购了Ion Torrent。有分子遗传学专家认为Rothberg有很美妙的创意,并能使项目团队合作的很顺利。

  寻找基因中致病的错误代码,并将它们从多种无害基因变化体中分离出来,将是破解巨量信息的重大挑战。但是,迎接挑战的科技也在高速改进。政府雇用的研究人员10年前,在花费了纳税人的30亿美元资金后,终于首次成功揭开了人类基因编码。在像基因传奇人物克雷格・文特尔(Craig Venter)等一批私人机构的努力下,人们现在只需花1万美元,再等上数周便能精确地解读自己的整个DNA序列。至今已有近3000人,其中大多数是在研究课题中获得了测序结果。有基因测序专家称,能够获得测序结果的人数到2012年时会猛增至数十万人。在美国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)主任Francis Collins看来,现在能做到的事情在数年前简直想都不敢想。

  尽管顶级的医学刊物在连篇累牍介绍遗传学的研究成果,但大多数科学家还是未接触到DNA解码科技(DNA-decoding technology)。现有的基因测序仪器如同上世纪60年代售价高达60万美元的大型电脑,每项测序结果都需等上1周,并还需要技术团队来运行测序仪器。据高盛公司的报告,在全球1400套的测序仪器中,有半数都安装在20个大型学术和政府研究中心内。

  但是,测序科技和仪器到目前还只是很小的市场,硬件规模仅15亿美元,面对的用户都是科学家。据普华永道会计师事务所(PricewaterhouseCoopers)估计,医学基因检测和另一些分子诊断学(molecular diagnostics)构成了另外的26亿美元市场。

  Rothberg大胆设想的未来20年可能会出现的市场行情如下。

  治疗癌症是短期内的最大应用市场。当今癌症患者治疗的开支都达到了数十万,甚至上百万美元。一些乳腺癌患者已开始接受专业化的基因检测,以帮助大夫针对患者的具体情况对症下药。若类似基因测序能成为欧、美两地400万乳腺癌患者的常规检查,仅此一项就可形成200亿美元市场。还有些患者因肿瘤扩散和变异,因此可能需要多次做测序,由此让市场总规模可达到400亿美元。

  另100亿美元市场可能来自对患有罕见遗传疾病,或有其他基因危险因子(genetic risk factor)的儿童和成年人做测序。另外,对基因测序所获得的复杂信息的理解和说明,以及向患者解释这些信息的意义这一全新的医疗专业领域,也会带来另一100亿美元市场。

  在医院、机场和在购物中心等一些公共场合跟踪传染病,以分解出微生物,并防止它们流行的业务大约也能形成100亿美元的市场。

  若测序成本继续下降,富裕人群作为一种预防手段,会开始对自己和下一代的新生儿做基因组测序。若每年有5000万人以每次检测花费2000美元计算,市场规模也可达100亿美元。这样,全球市场规模已达800亿美元。

  畜牧业筛选最佳配种和使农作物更高效产出的种子优选,可能再带来50亿美元的市场。

  还有像探索其他人造生物燃料,设计用于洗涤液的新型酶,以及一些目前尚未想到的新应用,也可轻松形成150亿美元的市场。由此让PGM应用市场共计达1000亿美元。

  基因检测的价格还会下降,让每次检测如同检验血糖和胆固醇等血指标一样而成为利润率更低的项目。但即使如此,该领域的市场也可达400亿美元。Rothberg发明的设备可能无法获胜,就像1980年代垄断着PC市场的Commodore64家用电脑很快从市场上消失一样,PGM也可能有同样命运。

  目前至少有十多家创业企业在这一领域内竞争。位于加州Menlo Park地区的美国太平洋(11.38,0.38,3.45%)生物科学公司(Pacific Biosciences)在创投基金投入3.7亿美元后,又于去年10月首次公开发行股票上市筹集2亿美元。公司的基因测序仪器将于今年初面市,它还是首次可对单个DNA进行测序的仪器。在相距不远的山景城(MountainView)的整合基因公司(Complete Genomics)甚至认为,DNA测序会变为一项像病理学那样的服务业。在此领域内,所有信息都需要送到超大型的中央实验室去处理。

  Rothberg发明的长宽高仅24X20X21英寸的基因解码器(decoder),可能会改变人类的生活方式。这件看似玩具、或是掌上电脑的小设备,的确可能是自个人电脑以来对科技界的又一次巨大冲击,且未来还会形成规模达1000亿美元的市场。

  这台以硅芯片为基础建造的个人染色体检测仪(Personal Genome Machine,PGM),是当今世上体积最小、检测成本最低的上市产品。它可在2小时之内,以很高的精度解读出1000万个基因代码符号(letters of genetic code)。与现有使用大型电脑和服务器的DNA扫描设备不同,PGM可置于办公桌上,且售价仅5万美元,是当前具有同类功能仪器的十分之一。这也是史上首次科学家个人、社区医院和高校能够负担起的仪器。

  这项由Rothberg和其他工程师发明的小玩意还可用于改变医药、农业、纳米科技和在其他可再生燃料的探索。Rothberg称,在不远的将来,大夫通过DNA测序(DNA sequencing)就能对肿瘤部分的遗传缺陷点位进行修补,并根据癌症患者的不同情形有针对性地用药。患有先天性罕见疾病的儿童,可通对他们的更多染色体组做针对性的解码,以消除估计和误诊。

  PGM更适合于室外医疗环境。在第三世界工作的救险人员可使用这种便携式基因解码器跟踪造成水污染的细菌,或病毒。机场卫生官员能利用它对旅行者的基因做采样分析,在传染性细菌和病毒大规模爆发前对其进行跟踪。工程师还可利用PGM来设计和培养未来燃料的微生物。DNA测序还有助于农户培养出生长更快,抗虫害更强、更耐旱,且施化肥更少的谷物品种。合成生物学家(synthetic biologist)还能做到让细菌为人类服务,以制出洗涤液、服装、家具,甚至能够对裂缝有自我愈合功能的水泥。

  根据Rothberg的看法,基因测序今后会影响到人类生活的各方面。正如上世纪是物理学时代一样,本世纪是生物学世纪。他深信基因测序科技商品化后所形成的市场,可达到像医学检查成像(medical imaging)科技那样的1000亿美元规模。

  Rothberg创建过4家与遗传学相关的企业。发明PGM仪器的Ion Torrent公司,是Rothberg在3年前梦想能快速、便捷地检测DNA后所创建。Rothberg的发明引起了一家名为Life Technologies的专业生产实验室设备企业的强烈关注。在PGM正式生产前,Life Technologies去年秋季以3.75亿美元价格收购了Ion Torrent。有分子遗传学专家认为Rothberg有很美妙的创意,并能使项目团队合作的很顺利。

  寻找基因中致病的错误代码,并将它们从多种无害基因变化体中分离出来,将是破解巨量信息的重大挑战。但是,迎接挑战的科技也在高速改进。政府雇用的研究人员10年前,在花费了纳税人的30亿美元资金后,终于首次成功揭开了人类基因编码。在像基因传奇人物克雷格・文特尔(Craig Venter)等一批私人机构的努力下,人们现在只需花1万美元,再等上数周便能精确地解读自己的整个DNA序列。至今已有近3000人,其中大多数是在研究课题中获得了测序结果。有基因测序专家称,能够获得测序结果的人数到2012年时会猛增至数十万人。在美国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)主任Francis Collins看来,现在能做到的事情在数年前简直想都不敢想。

  尽管顶级的医学刊物在连篇累牍介绍遗传学的研究成果,但大多数科学家还是未接触到DNA解码科技(DNA-decoding technology)。现有的基因测序仪器如同上世纪60年代售价高达60万美元的大型电脑,每项测序结果都需等上1周,并还需要技术团队来运行测序仪器。据高盛公司的报告,在全球1400套的测序仪器中,有半数都安装在20个大型学术和政府研究中心内。

  但是,测序科技和仪器到目前还只是很小的市场,硬件规模仅15亿美元,面对的用户都是科学家。据普华永道会计师事务所(PricewaterhouseCoopers)估计,医学基因检测和另一些分子诊断学(molecular diagnostics)构成了另外的26亿美元市场。

  Rothberg大胆设想的未来20年可能会出现的市场行情如下。

  治疗癌症是短期内的最大应用市场。当今癌症患者治疗的开支都达到了数十万,甚至上百万美元。一些乳腺癌患者已开始接受专业化的基因检测,以帮助大夫针对患者的具体情况对症下药。若类似基因测序能成为欧、美两地400万乳腺癌患者的常规检查,仅此一项就可形成200亿美元市场。还有些患者因肿瘤扩散和变异,因此可能需要多次做测序,由此让市场总规模可达到400亿美元。

  另100亿美元市场可能来自对患有罕见遗传疾病,或有其他基因危险因子(genetic risk factor)的儿童和成年人做测序。另外,对基因测序所获得的复杂信息的理解和说明,以及向患者解释这些信息的意义这一全新的医疗专业领域,也会带来另一100亿美元市场。

  在医院、机场和在购物中心等一些公共场合跟踪传染病,以分解出微生物,并防止它们流行的业务大约也能形成100亿美元的市场。

  若测序成本继续下降,富裕人群作为一种预防手段,会开始对自己和下一代的新生儿做基因组测序。若每年有5000万人以每次检测花费2000美元计算,市场规模也可达100亿美元。这样,全球市场规模已达800亿美元。

  畜牧业筛选最佳配种和使农作物更高效产出的种子优选,可能再带来50亿美元的市场。

  还有像探索其他人造生物燃料,设计用于洗涤液的新型酶,以及一些目前尚未想到的新应用,也可轻松形成150亿美元的市场。由此让PGM应用市场共计达1000亿美元。

  基因检测的价格还会下降,让每次检测如同检验血糖和胆固醇等血指标一样而成为利润率更低的项目。但即使如此,该领域的市场也可达400亿美元。Rothberg发明的设备可能无法获胜,就像1980年代垄断着PC市场的Commodore64家用电脑很快从市场上消失一样,PGM也可能有同样命运。

  目前至少有十多家创业企业在这一领域内竞争。位于加州Menlo Park地区的美国太平洋(11.38,0.38,3.45%)生物科学公司(Pacific Biosciences)在创投基金投入3.7亿美元后,又于去年10月首次公开发行股票上市筹集2亿美元。公司的基因测序仪器将于今年初面市,它还是首次可对单个DNA进行测序的仪器。在相距不远的山景城(MountainView)的整合基因公司(Complete Genomics)甚至认为,DNA测序会变为一项像病理学那样的服务业。在此领域内,所有信息都需要送到超大型的中央实验室去处理。

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  对包括生物科技投资者在内的大多数人而言,人类基因工程是一大失败,未能带来新药物、医学新突破和其他的实际好处。因此,在我开始发表我称为“基因周”的系列博文之时,让我们回顾一下所有医学类股票中表现最佳者,其中不仅涉及生物科技,还涉及医疗设备和药物。

  生物科技领域里的最大赢家们  

公司
5年总回报
5年年均总回报
Illumina公司
798 %
55%
Alexion制药公司
695%
51%
Dendreon公司
544%
45%
Perrigo公司
341%
34%
诺和诺德制药有限公司
327%
33%

  很容易看出,最大赢家就是Illumina公司。自2005年末以来,这家DNA测序设备主要生产商为投资者带来了近800%的总回报率,年均高达50%,这得益于该公司销售增长了12倍,从2005年的7,300万美元增至去年的约8.79亿美元。该公司目前的盈利为7,200万美元,但高盛估计,这个数字到2012年将增至3倍。[]