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

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

▲ 圖片來源：NIH

上游測序設(shè)備成本的下降，帶來的是下游應(yīng)用領(lǐng)域的擴張，尤其是臨床檢測領(lǐng)域。未來可能每個人都會有自己的DNA序列信息，就像血型一樣成為個人醫(yī)療記錄的一部分。截至2017年12月31日，中國有340家醫(yī)療機構(gòu)經(jīng)批準(zhǔn)可開展產(chǎn)前診斷技術(shù)服務(wù)，可以預(yù)計基因測序數(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)已遠非“海量”足以形容。

在上述幾個因素的推動下，終結(jié)果是市場對中游基因數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的需求激增。基因數(shù)據(jù)本來就是天生的大數(shù)據(jù), 儲存1個基因組就需要約60Gb的儲存空間，大約1000個CPU時間來處理，更不用說還要把基因數(shù)據(jù)與醫(yī)學(xué)文獻、信息和藥理數(shù)據(jù)庫進行一一比對。

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

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近一年基因大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的投資動向

相對于測序儀領(lǐng)域Illumina一家獨大而言，基因數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域市場集中度較低，可謂百家爭鳴，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，自然不會放棄數(shù)據(jù)分析這個領(lǐng)域，三周前Illumina剛剛以1億美元收購了Edico Genome，Edico Genome的DRAGEN™ Bio-IT平臺——提供新一代測序（Next-generation sequencing, NGS）數(shù)據(jù)分析的加速解決方案。

該平臺利用現(xiàn)場可編程門陣列（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)果所需要的時間。之前美國瑞迪兒童基因組醫(yī)學(xué)研究所（Rady Children's Institute for Genomic Medicine）打破世界紀錄，成功地在19.5小時內(nèi)對一個全基因組進行測序與分析，依賴的就是Illumina的測序儀和DRAGEN數(shù)據(jù)分析平臺。

▲ 圖片來源：Edicon Genome

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

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

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成協(xié)議，將通過BGI Online為用戶免費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個星期，而應(yīng)用GATK4，在兩個星期內(nèi)就可以同時完成1.5萬個全基因組數(shù)據(jù)的分析。

華大基因這些年發(fā)展迅猛，早已由Illumina的合作伙伴變成強有力的競爭對手，自然要完善基因檢測產(chǎn)業(yè)鏈的每一個環(huán)節(jié)。作為一個簡單、、安全的基因數(shù)據(jù)分析平臺，BGI Online堪稱基因行業(yè)的“應(yīng)用市場”，該平臺可以為研究機構(gòu)、藥廠和臨床實驗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算平臺的服務(wù)，BGI Online更輕松地擁有了處理大規(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、對生產(chǎn)高峰的任務(wù)支持進行專門保障。從曾經(jīng)3-4天才能輸出一人基因分析，到如今實現(xiàn)了22小時內(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，合力推動診斷、疾病預(yù)防等服務(wù)的落地和實踐。

2017年6月，英特爾和上海市兒童醫(yī)院宣布啟動兒童健康協(xié)作云中心，這是一個開放式平臺，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，在不同站點之間對兒童發(fā)育遲緩案例進行基因變異識別和比較。

英特爾在合作中大的貢獻是，顯著提高了基因組分析速度，通過硬件和系統(tǒng)解決方案，將測序和處理時間顯著降低，可以在24小時內(nèi)實現(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區(qū)總裁楊旭曾稱：“2020年要把24小時內(nèi)完成一個人全基因分析的費用降到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)庫的創(chuàng)業(yè)公司DNAnexus。

該公司2011年A輪融資的風(fēng)險投資方為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月其集團公司藥明康德投資繼續(xù)跟投DNAnexus。

除了投資之外，Google 同時也推出自己的Google Genomics數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，用于收集基因組數(shù)據(jù)。到目前為止，谷歌基因組平臺上已經(jīng)整合了許多公共數(shù)據(jù)，包括1000基因組計劃、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)進行比對。

多年前，DNAnexus就開始與國內(nèi)的藥明明碼（藥明康德集團旗下企業(yè)）等公司合作，為藥廠、科研院校等機構(gòu)提供基因大數(shù)據(jù)的云平臺服務(wù)。2015年4月，中國藥明康德公司向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上存儲、展示測序數(shù)據(jù)，并且與同行共享。這兩次的投資，既加強了藥明康德在基因組領(lǐng)域的實力，也讓DNAnexus公司的業(yè)務(wù)范圍開始拓展到無限潛力的中國市場。

DNAnexus建立在Microsoft Azure和亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)之上，并擁有可擴展的基礎(chǔ)架構(gòu)，可通過“單一平臺”立即滿足各類計算和數(shù)據(jù)存儲需求。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)平臺上傳；從URL獲取；或者通過DNAnexus API直接上傳。除了豐富的統(tǒng)計功能，DNAnexus平臺還允許醫(yī)療機構(gòu)開發(fā)新的分析工具。DNAnexus平臺可以說是代表了未來DNA數(shù)據(jù)儲存和分析的方法，巧妙地將云計算基礎(chǔ)設(shè)施、靈活的系統(tǒng)設(shè)計和專業(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DNAnexus的投資再次展示了它的野心。投資DNAnexus項目也為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是認知計算系統(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jia總代分銷權(quán)授予中國本土企業(yè)百洋智能科技，借此共同推進腫瘤基因組分析于中國市場的落地應(yīng)用。今年，IBM與百洋智能科技又把獨jia總代分銷權(quán)從3年延長到8年。

Watson基因解決方案可以讀取基因組測序數(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)庫進行比較，為執(zhí)業(yè)醫(yī)師提供分析工具，通過由臨床醫(yī)生上傳的已刪除個人身份信息的患者腫瘤活檢測序結(jié)果，對患者的基因組數(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，并針對這些變化提供更為、有理有據(jù)的可選治療方案報告，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

作為大的云計算公司，Amazon與Google在基因大數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的競爭可謂激烈。Amazon除了給多個生物信息公司提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)外，與Google一樣也為基因組項目提供免費云存儲服務(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的項目提供存儲服務(wù)（該項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項目。美國制藥公司Regeneron Pharmaceuticals和醫(yī)療機構(gòu)Geisinger Health Systems合作測序了250,000個基因組序列。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)代表著一個尤為重大的機遇，因為數(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，在為基因公司和研究機構(gòu)提供便利的同時，也收集到了大量的基因數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)庫越發(fā)完整和壯大后，更多的疾病將會與基因直接起來，而基因藥物的研發(fā)也會得到極大的幫助。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。國內(nèi)市場專注基因組數(shù)據(jù)分析的生物信息公司也還很少。

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

屆時，會不會有專注于基因大數(shù)據(jù)分析的中國公司脫穎而出呢？中國投資方又能從中獲益多少呢？讓我們靜觀其變吧！
（美柏醫(yī)健）

參考資料：

1.醫(yī)療產(chǎn)業(yè)鏈解析之基因測序
2.2017年中國基因測序行業(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