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基因大數(shù)據(jù)分析在基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)鏈中的地位

基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游基因測(cè)序設(shè)備制造廠商、中游測(cè)序服務(wù)機(jī)構(gòu)及基因數(shù)據(jù)分析服務(wù)機(jī)構(gòu)和下游醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)組成。從上游的發(fā)展來看，Illumina新一代測(cè)序儀NovaSeq已經(jīng)可以把單個(gè)基因組測(cè)序成本控制在1000美元以下。

▲ 圖片來源：NIH

上游測(cè)序設(shè)備成本的下降，帶來的是下游應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)張，尤其是臨床檢測(cè)領(lǐng)域。未來可能每個(gè)人都會(huì)有自己的DNA序列信息，就像血型一樣成為個(gè)人醫(yī)療記錄的一部分。截至2017年12月31日，中國(guó)有340家醫(yī)療機(jī)構(gòu)經(jīng)批準(zhǔn)可開展產(chǎn)前診斷技術(shù)服務(wù)，可以預(yù)計(jì)基因測(cè)序數(shù)據(jù)必然大幅增加，而腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用空間則更大，未來生成的數(shù)據(jù)已遠(yuǎn)非“海量”足以形容。

在上述幾個(gè)因素的推動(dòng)下，終結(jié)果是市場(chǎng)對(duì)中游基因數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的需求激增?；驍?shù)據(jù)本來就是天生的大數(shù)據(jù), 儲(chǔ)存1個(gè)基因組就需要約60Gb的儲(chǔ)存空間，大約1000個(gè)CPU時(shí)間來處理，更不用說還要把基因數(shù)據(jù)與醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)、信息和藥理數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一一比對(duì)。

所以，未來基因測(cè)序的工作重心會(huì)從人工測(cè)序轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)分析上，未來基因數(shù)據(jù)分析的價(jià)值很可能會(huì)超過測(cè)序本身。這個(gè)環(huán)節(jié)涉及到分子生物學(xué)、云計(jì)算架構(gòu)、生物信息學(xué)等多學(xué)科，因此的大型測(cè)序公司和科技公司都在利用自己的專長(zhǎng)積極的布局基因數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析領(lǐng)域，中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)自然倍受關(guān)注。

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近一年基因大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的投資動(dòng)向

相對(duì)于測(cè)序儀領(lǐng)域Illumina一家獨(dú)大而言，基因數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域市場(chǎng)集中度較低，可謂百家爭(zhēng)鳴，別有精彩。

illumina

不過，首先還是要從Illumina說起。Illumina這兩年積極布局基因產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，自然不會(huì)放棄數(shù)據(jù)分析這個(gè)領(lǐng)域，三周前Illumina剛剛以1億美元收購(gòu)了Edico Genome，Edico Genome的DRAGEN™ Bio-IT平臺(tái)——提供新一代測(cè)序（Next-generation sequencing, NGS）數(shù)據(jù)分析的加速解決方案。

該平臺(tái)利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）技術(shù)以及專有的軟件算法，可減少數(shù)據(jù)占用空間，并且縮短獲得結(jié)果所需要的時(shí)間。之前美國(guó)瑞迪兒童基因組醫(yī)學(xué)研究所（Rady Children's Institute for Genomic Medicine）打破世界紀(jì)錄，成功地在19.5小時(shí)內(nèi)對(duì)一個(gè)全基因組進(jìn)行測(cè)序與分析，依賴的就是Illumina的測(cè)序儀和DRAGEN數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

▲ 圖片來源：Edicon Genome

中國(guó)市場(chǎng)方面，今年年初，Illumina的云計(jì)算平臺(tái)BaseSpace終于在北京落地，該平臺(tái)可以提供基因數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析，幫助企業(yè)提高測(cè)序能力。

BaseSpace在國(guó)內(nèi)的運(yùn)行由Illumina的合作伙伴光環(huán)新網(wǎng)技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)，這是一家Amazon網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司的合作伙伴，獲得了ISO27001認(rèn)證，符合中國(guó)的基因數(shù)據(jù)隱私和合規(guī)規(guī)定。BaseSpace是Illumina在大中華區(qū)市場(chǎng)除去之前的儀器和試劑銷售，上線的一項(xiàng)新業(yè)務(wù)，從5年前就開始布局了，是Illumina在中國(guó)市場(chǎng)重要的一步棋。

aliyun

2015年英特爾、華大基因和阿里云三家企業(yè)共同推出大規(guī)模生物信息分析平臺(tái)BGI Online，2017年5月英特爾再次宣布與博德研究所(Broad Institute)、華大基因及阿里云達(dá)成協(xié)議，將通過BGI Online為用戶免費(fèi)提供新版的基因組分析工具箱GATK4(Genome Analysis Toolkit 4)的使用授權(quán)。過去完成3000份的全基因組數(shù)據(jù)分析至少需要6個(gè)星期，而應(yīng)用GATK4，在兩個(gè)星期內(nèi)就可以同時(shí)完成1.5萬個(gè)全基因組數(shù)據(jù)的分析。

華大基因這些年發(fā)展迅猛，早已由Illumina的合作伙伴變成強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，自然要完善基因檢測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)。作為一個(gè)簡(jiǎn)單、、安全的基因數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，BGI Online堪稱基因行業(yè)的“應(yīng)用市場(chǎng)”，該平臺(tái)可以為研究機(jī)構(gòu)、藥廠和臨床實(shí)驗(yàn)室等用戶提供基因組學(xué)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用，滿足行業(yè)需要。

用戶可以在BGI Online訪問自己的數(shù)據(jù)，獲取標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果，也可以定制個(gè)性化的數(shù)據(jù)分析方案，并與其他授權(quán)用戶分享數(shù)據(jù)和成果。依托部署在阿里云計(jì)算平臺(tái)的服務(wù)，BGI Online更輕松地?fù)碛辛颂幚泶笠?guī)模基因組數(shù)據(jù)分析的能力。

合作過程中，阿里云為華大基因提供企業(yè)級(jí)支持服務(wù)和專家服務(wù)，保障華大基因的云上業(yè)務(wù)搭建與運(yùn)轉(zhuǎn)。包括指導(dǎo)產(chǎn)品選型與使用技術(shù)、提供應(yīng)用性能管理（Application Performance Management，APM）報(bào)告及相應(yīng)性能的分析優(yōu)化；排查整改系統(tǒng)安全隱患、對(duì)生產(chǎn)高峰的任務(wù)支持進(jìn)行專門保障。從曾經(jīng)3-4天才能輸出一人基因分析，到如今實(shí)現(xiàn)了22小時(shí)內(nèi)千人基因組分析。

英特爾公司除了與華大合作之外，還與上海交通大學(xué)、上海市兒童醫(yī)院，香港大學(xué)，北京諾禾致源生物信息科技有限公司，以及北京榮之聯(lián)科技股份有限公司簽署戰(zhàn)略合作備忘錄，合力推動(dòng)診斷、疾病預(yù)防等服務(wù)的落地和實(shí)踐。

2017年6月，英特爾和上海市兒童醫(yī)院宣布啟動(dòng)兒童健康協(xié)作云中心，這是一個(gè)開放式平臺(tái)，目的是把兒童遺傳基因組研究和數(shù)據(jù)交換應(yīng)用于臨床。該平臺(tái)已在上海市兒童醫(yī)院、聯(lián)盟醫(yī)院和上海交大生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化中心上線。上海市兒童醫(yī)院和聯(lián)盟醫(yī)院利用該平臺(tái)，在不同站點(diǎn)之間對(duì)兒童發(fā)育遲緩案例進(jìn)行基因變異識(shí)別和比較。

英特爾在合作中大的貢獻(xiàn)是，顯著提高了基因組分析速度，通過硬件和系統(tǒng)解決方案，將測(cè)序和處理時(shí)間顯著降低，可以在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療的主要過程，包括數(shù)據(jù)采集、分析、找出病因、給出個(gè)性化的靶向藥等等，不過目前成本還比較高。英特爾公司副總裁兼中國(guó)區(qū)總裁楊旭曾稱：“2020年要把24小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)人全基因分析的費(fèi)用降到500美元。”我們拭目以待。

Google

2007年至2015年間，谷歌投資了多家醫(yī)療健康領(lǐng)域的公司，其中一家就是致力于打造云端基因數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)業(yè)公司DNAnexus。

該公司2011年A輪融資的風(fēng)險(xiǎn)投資方為Google Ventures和TPG Biotech。今年1月，DNAnexus正式完成5800萬美元E輪融資。E輪融資由Foresite Capital領(lǐng)投，微軟、GV（原谷歌風(fēng)險(xiǎn)投資公司）、TPG Biotech、藥明明碼（WuXi NextCODE）、Claremont Creek Ventures和MidCap Financial跟投。其中，藥明明碼是繼2015年4月其集團(tuán)公司藥明康德投資繼續(xù)跟投DNAnexus。

除了投資之外，Google 同時(shí)也推出自己的Google Genomics數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，用于收集基因組數(shù)據(jù)。到目前為止，谷歌基因組平臺(tái)上已經(jīng)整合了許多公共數(shù)據(jù)，包括1000基因組計(jì)劃、Illumina Platinum Genomes和MSSNG Database for Autism （自閉癥）Researchers等。

此外，基因數(shù)據(jù)創(chuàng)業(yè)公司Tute Genomics也把自己大量的數(shù)據(jù)公開在了谷歌基因組上，包括基因組數(shù)據(jù)和差異的注釋結(jié)果。任何谷歌基因組的用戶都可以查詢或?qū)⒆约旱臄?shù)據(jù)與公共數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

多年前，DNAnexus就開始與國(guó)內(nèi)的藥明明碼（藥明康德集團(tuán)旗下企業(yè)）等公司合作，為藥廠、科研院校等機(jī)構(gòu)提供基因大數(shù)據(jù)的云平臺(tái)服務(wù)。2015年4月，中國(guó)藥明康德公司向DNAnexus注資1500萬美金，作為交換，DNAnexus公司將助力藥明康德公司在基因組數(shù)據(jù)云端存儲(chǔ)和基因分析處理等方面的研發(fā)工作。

合作后，藥明康德公司*的基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)模型、臨床和研究接口可以直接放置在DNAnexus云端使用，用戶可以在同一平臺(tái)上存儲(chǔ)、展示測(cè)序數(shù)據(jù)，并且與同行共享。這兩次的投資，既加強(qiáng)了藥明康德在基因組領(lǐng)域的實(shí)力，也讓DNAnexus公司的業(yè)務(wù)范圍開始拓展到無限潛力的中國(guó)市場(chǎng)。

DNAnexus建立在Microsoft Azure和亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)之上，并擁有可擴(kuò)展的基礎(chǔ)架構(gòu)，可通過“單一平臺(tái)”立即滿足各類計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。為了保證數(shù)據(jù)能夠快速上傳至云端，DNAnexus提供多種方式上傳云端數(shù)據(jù)。

用戶可以使用命令行上傳；通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳；從URL獲??；或者通過DNAnexus API直接上傳。除了豐富的統(tǒng)計(jì)功能，DNAnexus平臺(tái)還允許醫(yī)療機(jī)構(gòu)開發(fā)新的分析工具。DNAnexus平臺(tái)可以說是代表了未來DNA數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析的方法，巧妙地將云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和專業(yè)的生物信息學(xué)結(jié)合在一起。

Microsoft

自2016年，微軟也全面展開了其在醫(yī)療領(lǐng)域的布局，今年對(duì)DNAnexus的投資再次展示了它的野心。投資DNAnexus項(xiàng)目也為Microsoft Genomics發(fā)展鋪平了道路， Microsoft Genomics提供一種易于使用的Web服務(wù)，用于分析比較用戶的基因組，這一服務(wù)比傳統(tǒng)手段要快數(shù)千倍，而且遵循麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)Broad研究所確定的一致性和準(zhǔn)確性準(zhǔn)則，這些特性都使其可以廣泛應(yīng)用于癌癥、罕見疾病、大健康和醫(yī)療領(lǐng)域。

IBM

IBM Watson是認(rèn)知計(jì)算系統(tǒng)的杰出代表，Watson health板塊中與基因大數(shù)據(jù)相關(guān)的項(xiàng)目包括：Watson for oncology、Watson for genomics、Watson for drug discovery。

2017年3月末，IBM將Watson Health（沃森健康）的Watson for oncology（沃森腫瘤解決方案）3年獨(dú)jia總代分銷權(quán)授予中國(guó)本土企業(yè)百洋智能科技，借此共同推進(jìn)腫瘤基因組分析于中國(guó)市場(chǎng)的落地應(yīng)用。今年，IBM與百洋智能科技又把獨(dú)jia總代分銷權(quán)從3年延長(zhǎng)到8年。

Watson基因解決方案可以讀取基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與大量的臨床、科學(xué)和藥理數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，為執(zhí)業(yè)醫(yī)師提供分析工具，通過由臨床醫(yī)生上傳的已刪除個(gè)人身份信息的患者腫瘤活檢測(cè)序結(jié)果，對(duì)患者的基因組數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，發(fā)現(xiàn)與患者病情發(fā)展情況相關(guān)的DNA變化，并針對(duì)這些變化提供更為、有理有據(jù)的可選治療方案報(bào)告，供醫(yī)生參考、判斷基于患者的致癌因素變化的治療方案或標(biāo)準(zhǔn)治療方案。

Amazon

作為大的云計(jì)算公司，Amazon與Google在基因大數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)可謂激烈。Amazon除了給多個(gè)生物信息公司提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)外，與Google一樣也為基因組項(xiàng)目提供免費(fèi)云存儲(chǔ)服務(wù)。根據(jù)分析師、基因科學(xué)家和公司披露的相關(guān)數(shù)據(jù)，亞馬遜云服務(wù)可能略勝*。

亞馬遜為Multiple Myeloma Foundation的項(xiàng)目提供存儲(chǔ)服務(wù)（該項(xiàng)目旨在為新型藥物靶標(biāo)提供病人的基因信息）。亞馬遜還贏得了Alzheimer's Disease Sequencing Project項(xiàng)目。美國(guó)制藥公司Regeneron Pharmaceuticals和醫(yī)療機(jī)構(gòu)Geisinger Health Systems合作測(cè)序了250,000個(gè)基因組序列。這些DNA數(shù)據(jù)也被上傳到亞馬遜云服務(wù)。

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結(jié)語

基因組醫(yī)學(xué)代表著一個(gè)尤為重大的機(jī)遇，因?yàn)閿?shù)據(jù)的規(guī)模和復(fù)雜性是的。目前，共有100多家生物信息公司從事基因數(shù)據(jù)的分析和處理。這些開源的基因組云數(shù)據(jù)平臺(tái)，在為基因公司和研究機(jī)構(gòu)提供便利的同時(shí)，也收集到了大量的基因數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)越發(fā)完整和壯大后，更多的疾病將會(huì)與基因直接起來，而基因藥物的研發(fā)也會(huì)得到極大的幫助。但是現(xiàn)階段生物信息公司業(yè)務(wù)往往大而雜，專注某一醫(yī)療領(lǐng)域的生物信息公司（如癌癥）少之又少。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)專注基因組數(shù)據(jù)分析的生物信息公司也還很少。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)基因行業(yè)融資總額超過90億，同比增長(zhǎng)超過60%，融資階段整體趨于B輪，天使輪數(shù)目降低；2018年基因檢測(cè)行業(yè)火爆程度持續(xù)高熱。然而，2018將會(huì)是逐步拉開差距的開始，未來幾年會(huì)在基因檢測(cè)的上、中、下游的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，出現(xiàn)一批具有一定優(yōu)勢(shì)的企業(yè)。

屆時(shí)，會(huì)不會(huì)有專注于基因大數(shù)據(jù)分析的中國(guó)公司脫穎而出呢？中國(guó)投資方又能從中獲益多少呢？讓我們靜觀其變吧！
（美柏醫(yī)?。?/span>

參考資料：

1.醫(yī)療產(chǎn)業(yè)鏈解析之基因測(cè)序
2.2017年中國(guó)基因測(cè)序行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈及政策匯總
3. With Edico Buy, Illumina to Focus on Rare Disease Diagnostic Sequencing Market 
4. Business Report:Marketing to the Big Data Inside Us