中国选手

2011年之前，无论罗氏、赛默飞世尔和Illumina的竞争再激烈，中国人也只能作壁上观，但事情很快发生了变化。

2011~2013年间，Illumina 单方面要求测序仪配套试剂提价，大大挤压了华大原有的利润空间；而对这个最大的中国客户的设备维修服务需求，Illumina 面也是消极应对，让华大方面有“卡脖子”的感觉。^[18]

2013年1月，Illumina以3.5亿美元（另有2015年之前付1亿美元的里程碑款项）收购Verinata Health公司，后者主要业务是“无创基因产前检测”（NIPT），是华大基因的直接竞争对手。

自建测序平台迫在眉睫。

类似2018年“中兴事件”，基因测序产业也被上游高精尖技术（测序仪、测序试剂、耗材和软件等）外国企业把持。但想拥有自主测序平台，不单单需要分子生物学、机械、电子等技术，还需要化学、物理、信息软件等学科的力量，这其中门槛之高，投入资金之多和人力之众，绝非短短数年所能蹴就。

收购是唯一的捷径。

2012年，Illumina的直接竞争对手Complete Genomics（CG公司）正在寻求出售。作为一家上市公司，CG因业务不稳定、收入过少，导致其财务状况日益堪忧，股价从巅峰时期的近18美元跌至8美元左右，到2012年9月，股价已经在3美元上下徘徊。

尽管华大基因和Illumina都在寻求收购CG，但Illumina软硬兼施，一方面提出收购，另一方面又起诉CG侵犯其测序专利（Illumina 早在2010年就曾起诉 CG ，称CG侵犯其数项专利。（ US Patent No.6,306,597; No. 7,232,656; No. 7,598,035）2012年，为阻止对手收购 CG，Illumina再次起诉CG，认为其联合探针锚定聚合技术实际上侵犯了自家的另一项专利（US Patent No. 8,192,930））。

2013年3月，华大基因完成了从Illumina最大的客户到竞争对手的突变——以1.176亿美元的总价（每股出价仅比Ilumina高0.05美元^[19]），收购了CG公司，成为Illumina的直接竞争对手。

CG 的测序仪原理与 Illumina 的略有不同。^[20]
首先是在构建文库方面，CG更精准。普通的链式扩增反应虽然可以达到指数级的快速增多，但是扩增中出现的错误也会累积增多；而 CG 使用的滚环扩增技术（RCA），就像从卷纸抽出纸一样，随着卷轴的转动，始终以最开始的母链作为模版，降低了扩增过程中可能出现的错误积累。滚环式扩增得到的产物也像卷纸一样，会形成一条长的 DNA 链。

随后，这条长长的 DNA 链会像你放进背包的耳机线一般，卷成一个 DNA 纳米球（DNB）。在扩增过程中加在 DNA 链上的一些片段会像“磁铁”一样，让 DNA 纳米球被特有的规则矩阵芯片所吸引并固定，利于带有荧光的分子探针扫描，并与之结合，发出光信号，再经数字化处理后即可获得待测序列。

华大智造测序仪原理示意图^[21]

Illumina法务使出浑身解数，也仍未能阻止这场决定华大命运的收购。双方由此交恶，Illumina将测序周边产品大幅提价，华大则开始投入重金进行测序仪研发。

又一场追逐战开始了。

2016年，华大基因剥离测序仪制造业务，成立华大智造。华大智造在回复“放大灯”（ID：guokr233）采访时称，到2019年11月，基因测序仪的销量为1300台，在海外，包括英国Sanger研究所、日本理化研究所、瑞典卡洛林斯卡医学院转化微生物组研究中心（CTMR）等，都是华大智造的客户。

Illumina 当然不能容忍新的竞争对手出现，尤其它还曾是自己的大客户。在2019年4月、5月和6月，Illumina 挥舞“专利诉讼”大棒，先后起诉华大在德国、丹麦、瑞士和土耳其的子公司，指控它们侵犯自家专利组合（EP. 3,002,589 B1; EP 1,530,578 B1; EP 1,828,412 B1; EP 3,002,289 B1），甚至还控告华大在其测序仪上使用的 MGISEQ 商标侵犯了 Illumina 注册的 MISEQ 名称的欧盟商标（第8972127号，仅一字之差）。^[22]

另外，Illumina还开始翻旧账，2019年6月在美国北加州地区起诉华大智造，称其收购的 CG 侵犯其边合成边测序技术相关专利（US Patents No.7,566,537; No. 9,410,200） 。^[23]

华大也予以反击。2019年5月和9月，华大智造在美国北加州地区和特拉华地区对 Illumina 提起诉讼，指控其侵犯了 CG 的两项专利。（US Patent No. 9,944,984; No.9,222,132）
 

华大智造和Illumina关于测序仪的专利纠纷 | 放大灯制图
 

2020年初，Illumina再次对华大提出诉讼，认为华大在英国和瑞典的子公司侵犯了其四项欧洲专利（EP 1530578 B1; EP 3002289 B1; EP 1828412 B2; EP 2021415 B1）。^[24]

华大与Illumina的故事未完待续。

天书的新译者

到目前为止，世界上可完全独立制造第二代基因测序仪（NGS）的市场格局成型，前三分别是：Illumina、赛默飞世尔和华大智造。

总结起来，第二代基因测序仪市场格局演化路径如下：

整合制图丨放大灯团队
 

这不是终点，人们很快盯上了第三代测序技术。

Illumina此前也曾艰难洽购第三代测序商Pacific Biosciences，但其一贯咄咄逼人的姿态引发同行警惕，被第三代测序仪公司Oxford Nanopore质疑和举报，认为该交易或导致垄断，导致交易陷入胶着。Illumina显然过于乐观，在2019年Q3财报中曾信誓旦旦地说，收购将在2019年底完成，但事实并未如愿：在美国联邦贸易委员会和英国竞争和市场管理局都拒绝批准这项高达12亿美元的收购交易^[26]。

交易最终告吹，Illunima 霸业遇挫。

除了纳米孔测序技术外，第三代测序技术类型还包括SMS、SMRT、FRET等。后三种技术都会用到荧光染料，在此基础上识别碱基类型和次序。

这里重点介绍纳米孔测序技术原理：用酶将DNA分子一个个切下来，依次通过只能容纳单一核苷酸纳通过的纳米孔（Nanopore）中，穿过的瞬间会引发电流变化，以不同的电流强度确定不同的碱基类型和次序。

三代测序技术优劣对比，制表丨放大灯团队

测序仪不是科技公司的技术秀场，而是有着实实在在的用途。

技术的进步直接决定了分子生物学的诞生，而后者的日臻完善，又推动技术进一步商业化。

最初受益的是科研圈。在高通量的二代测序仪出现后，人们利用这些设备实现了对人的全基因DNA测序，以及对细菌、拟南芥、水稻的RNA测序（有哪些生物的全基因已被完整测序？可以参考GNN的梳理^[27] )。除此之外，测序仪还可用于环保、农业等领域。十几年来，随着测序仪应用范围越来越广，基因测序技术快速商业化，已经逐渐形成了一条完整的产业链条。

• 产业上游是以Illumina、赛默飞世尔和华大智造为主体的测序仪制造商（还会卖与测序仪相配套的“试剂盒”，也正是因为测序仪厂商一度包圆了试剂盒生产，导致华大基因在向上游业务发展时，Illumina能通过提价相要挟）；

一款基因检测试剂盒的使用，图源：Illumina
你可以把它想象成一组试管，已经添加好每步反应所需的生物化学试剂。只需要在其中一个试管中注入样品，样品会由测序仪自动转移至各个试管内依次完成反应
 

• 中游则是以购买上游产品、在此基础上研制试剂盒、PCR扩增仪等周边设备进行测序的基因测序公司，这些公司要么开展to B的业务，与医院展开合作测序，要么开展to C业务，进行网络化营销，做几百上千元不等的基因测序服务。

• 下游则是消费级基因测序和临床诊疗市场。

最具诱惑力的市场是医疗健康产业。随着基因测序仪的不断精准化、小型化的升级换代，中游的基因测序公司和下游临床应用越来越多。到目前为止，基因医疗已实现了对人从生前到死后的全流程覆盖，包括产前无创DNA产前检测（NIPT）、个人基因组检测、肿瘤遗传基因检测、肿瘤早筛与实体瘤靶向基因检测。

围绕测序仪的科技战+商战，关乎核心技术、专利保护以及产业上下游的市场蛋糕，科技和商业不再两极分化，而是相辅相成。

地球生物的全部秘密，都写进了基因中。读这本“天书”的工具就是基因测序仪，它们是这部天书的翻译者，而这些争抢测序仪市场的公司们，是翻译者背后的大脑。谁掌握了翻译者，谁就掌握了整个行业发展的最源头，对人类科研、医疗的进步有着至关重要的作用。

更多更好的天书翻译者们，还在路上。

References：

[1] WHO: Summary ofprobable SARS cases with onset of illness from 1 November  2002 to 31 July 2003  https://www.who.int/csr/sars/country/table2004_04_21/en/

[2] Offical Website :Canada's Michael Smith Genome Sciences Centre
https://www.bcgsc.ca/about-us/our-story

[3] Enserink, M. (2003). SARS IN CHINA: China’s Missed Chance.Science, 301(5631), 294–296. doi:10.1126/science.301.5631.294

[4] 武汉卫健委：武汉市卫健委关于当前我市肺炎疫情的情况通报  武汉市卫健委关于当前我市肺炎疫情的情况通报http://wjw.wuhan.gov.cn/front/web/showDetail/2019123108989及http://wjw.wuhan.gov.cn/front/web/showDetail/2020010309017

[5] 新华网：专家称系新型冠状病毒 武汉不明原因的病毒性肺炎疫情病原学鉴定取得初步进展http://www.xinhuanet.com/2020-01/09/c_1125438971.htm

[6] WHO：Novel Coronavirus – China https://www.who.int/csr/don/12-january-2020-novel-coronavirus-china/en/

[7] “体外诊断网”：WHO命名新冠状病毒第二天，圣湘、硕世、达安、之江快速推出检测产品 https://mp.weixin.qq.com/s/sw_CmYzosKGWV75zgBXLBQ

[8] 国家卫健委官方微信公众号“健康中国”：国家卫生健康委积极开展新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作 https://mp.weixin.qq.com/s/nOQh6Ksv0duik53ILZQ2oA

[9] “八点健闻”：北京确诊新冠状病毒肺炎2例，广东1例，武汉新增136例 https://mp.weixin.qq.com/s/DLZrbphDXYL_Qd_PF4tJ0A

[10] Nicholas Wade. TheQuest for the ＄1,000 Human Genome. NewYorkTimes.July,18,2006 (Page F00001). https://www.nytimes.com/2006/07/18/science/the-quest-for-the-1000-human-genome.html

[11] Wheeler, D.,Srinivasan, M., Egholm, M. et al. Thecomplete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing. Nature 452, 872–876 (2008)  doi:10.1038/nature06884

[12] Wadman, M. JamesWatson's genome sequenced at high speed. Nature452, 788 (2008)  doi:10.1038/452788b

[13] Sanger, F., &Coulson, A. R. (1975). A rapid methodfor  determining sequences in DNA byprimed synthesis with DNA polymerase. Journal of Molecular Biology, 94(3), 441–448. doi:10.1016/0022-2836(75)90213-2

[14]BioITWorld."Project Jim": 454 Sequences James Watson's DoubleHelix.Mar.23.2007( http://www.bio-itworld.com/newsitems/2007/march/03-23-07-watson/)

[15] Ronaghi, M.,Karamohamed, S., Pettersson, B., Uhlén, M., & Nyrén, P. (1996). Real-Time DNA Sequencing Using Detection ofPyrophosphate Release. Analytical Biochemistry, 242(1), 84–89.doi:10.1006/abio.1996.0432

[16] Offical website:Roche offers to acquire all outstanding shares of Illumina, Inc. to furtherstrengthen its leading role in diagnostics. 25,January,2012. https://www.roche.com/media/releases/med-cor-2012-01-25.htm

[17]  Michael J. de la Merced: Illumina Fends OffRoche’s Hostile Bid. NewYorkTimes. April 18, 2012 https://dealbook.nytimes.com/2012/04/18/illumina-fends-off-roches-hostile-bid/

[18] 谷业凯：解码生命有了国产利器.人民日报.2019年05月27日 http://scitech.people.com.cn/n1/2019/0527/c1007-31103568.html

[19] 林腾：基因测序的硬件往事.界面新闻 https://www.jiemian.com/article/3494132.html

[20] Radoje et al., HumanGenome Sequencing Using Unchained Base Reads on Self-Assembling DNA Nanoarrays.1 Jan, 2010, VOL 327. DOI: 10.1126/science.1181498

[21] Drmanac, R., Sparks,A. B., Callow, M. J., Halpern, A. L., Burns, N. L., Kermani, B. G., … Yeung, G.(2009). Human Genome Sequencing UsingUnchained Base Reads on Self-Assembling DNA Nanoarrays. Science, 327(5961),78–81. doi:10.1126/science.1181498

[22] Illumina Files PatentInfringement Suit Against BGI Europe in Denmark. GenomeWEB. May 15, 2019. https://www.genomeweb.com/sequencing/illumina-files-patent-infringement-suit-against-bgi-europe-denmark#.XiFvIS2tZQI

[23] Illumina Sues BGI,Affiliates Over Sequencing Patents in US, Switzerland, Turkey. GenomeWEB. Jun28, 2019. https://www.genomeweb.com/sequencing/illumina-sues-bgi-affiliates-over-sequencing-patents-us-switzerland-turkey#.XiFsYy2tZQI

[24] RTTNews Staff Writer.llumina Files Patent Infringement Suits Against BGI In Sweden And U.S. RTTNews. 1/10/2020. https://www.rttnews.com/3058135/illumina-files-patent-infringement-suits-against-bgi-in-sweden-and-u-s.aspx

[25] Reuters: Rocheacquires DNA sequencing firm for up to $350 million https://www.reuters.com/article/us-roche-hldg-genia/roche-acquires-dna-sequencing-firm-for-up-to-350-million-idUSKBN0ED0LV20140602

[26] Illumina calls itquits after FTC blocks its $1.2B offer for PacBiohttps://www.fiercebiotech.com/medtech/illumina-calls-it-quits-after-ftc-blocks-its-1-2b-offer-for-pacbio

[27] GNN: A Quick Guide toSequenced Genomes http://www.genomenewsnetwork.org/resources/sequenced_genomes/genome_guide_p1.shtml