基因测序发展趋势是什么样子？
结合本人的专栏文章，分析一下基因芯片和基因测序。  作为基因表达分析技术之一的基因芯片技术在国内越来越受到关注。针对基因芯片技术的发展趋势和基因芯片行业的投资,本人结合其技术前景和市场应用走势,作出以下判断: ❖基因芯片技术在学术研究领域的应用将会在10－15年被下一代基因测序技术（NGS）取代 ❖基因芯片技术在临床诊断领域将稳步发展,本人对其在中国未来发展空间持中性态度  基因表达主流分析技术❖PCR（聚合酶链反应）－金标准 ❖SSCP（单链构象多态性） ❖DNA Sequencing（DNA测序） ❖Microarray（基因芯片） ❖Next Generation Sequencing （下一代测序）  基因芯片发展历程[1] 1979，美国布兰迪斯大学Gergen引入microarray（阵列）概念。 1986，美国华盛顿大学米勒应用微孔板技术分析单核苷酸。 1991，美国Affymetrix创始人合成首张寡核苷酸基因芯片。1996，美国研发出高密度基因阵列。 1994，斯坦福大学制作了第一个以玻片为载体的cDNA芯片，并于1997年以此技术实现了酵母全基因分析。 2001，美国安捷伦收购了基于喷墨打印技术和寡核苷酸合成化学的基因芯片制作方法。同年，基因表达协会发布基于芯片数据收集的迈阿密标准。 2004，美罗氏发布了Amplichip CYP450，首张FDA认证的用于临床诊断的基因芯片 2005，美国Illunima公司发布BeadChip，进军基因芯片行业。 2014，美国Affymetrix公司的芯片CytoScan DX获得美国FDA批准，用于染色体异常的先天性疾病检测。2016年，该公司被Thermo fisher 以13亿美元收购。  基因芯片应用领域和方法学 应用领域 ❖基础研究：学术 （主要用于对比实验，因学术研究对量化，全基因分析及可靠性的需求，该技术在学术不属于金标准） ❖药物研发：精准医疗；免疫药物；（因药理的复杂性，此应用还处于非常初级的阶段） ❖临床诊断：遗传病相关基因定位；感染性疾病的诊断；肿瘤疾病的诊断；（相对应用最有前景的领域） 方法学 ❖有监督分析（Supervised Analysis）：根据基因图谱数据库，在测试芯片上排列已知对照样本，与测试样本对比分类。这是目前基因芯片技术最广泛的应用。 ❖无监督分析（Unsupervised Analysis）:疾病分类未知，将测试样本在芯片上进行基因表达分析，根据表达结果进行人为分类。该应用目前还以pcr技术为主。  有监督基因芯片检测原理 [2]❖原理与酶免ELISA类似：样品制备（核酸分离与复制）－核酸标记－杂交－洗片－图像处理 ❖定性（或半定量分析） ❖灵敏度与特异性是基因芯片技术中最核心的问题之一  基因芯片制造技术简析 [3]基因芯片根据制备技术不同，可以分为两大类：cDNA芯片和寡核苷酸芯片（Oligo）  cDNA 芯片   寡核苷酸芯片（Oligo） cDNA芯片特点： 以玻片为载体，cDNA为探针； 成本低廉； 相对oligo有定量优势； 实验程序复杂； 可重复性差；  Oligo芯片特点： 以硅片为载体； 稳定，质量可控； 实验程序可标准化； 工业化程度高；  Oligo芯片是基因芯片制造技术的趋势。基因芯片VS下一代基因测序（RNA-sq）[4]  基因芯片研究的热度 [5]从核心期刊发表的论文数据来看，全球基因芯片在2010年达到顶峰，美国为领导者，中国紧跟美国的步伐。从近期基因芯片研究的热度来看，呈逐年下降趋势。 详细数据请参照‘火石创造’的咨询报告‘120页报告深度解密基因芯片’。  国际学术界人士对基因芯片VS基因测序（RNA-sq）看法’The only wasted microarray data are those that are of poorquality or where there is insufficient data (MIAME or clinical annotation) toallow their appropriate use. There are certainly plenty of worthless microarraydata sets out there but these were poor before the advent of RNAseq.’ Prof.Robert Clarke, Georgetown university，2014 ’Many people do profiling to get an idea which known genes and pathways might beinvolved in a biological response (to a treatment, to a disease, to a cell development...).Microarrays are perfectly fine here. ‘ Prof.Jochen,Justus-Liebig-Universität Gießen，2014 ‘We have switched completely to RNA-Seq. It provides quantitativeand comprehensive expression data.’ Michael Iadorala, National Institutes of Health，2014‘For all the results generating from each steps in the procedure of microarraystechnique, the possible standarderror of the means ranged from 5-10%. When you multiple these 5-10% 3 to 4 times (steps), the final possible standard error of the means will be completely unreliable. ‘ Pro. MH Zhou, University of HongKong， 2014 ‘I would choose next generation sequencing for my next expression profiling study.The cost is dropping fast and its unbiased nature are indeed preferable over microarrays’. Prof. Oliver, Stanford University， 2014 学术界对基因芯片的未来持不乐观态度。但是，这些学术人士是从基因研究的量化和准确性的需求而做出的判断。那么多对于量化需求更低一级的医学检测应用，前景又如何呢？基因芯片的市场前景[6] 近几年，基因芯片的主要市场还是在学术研究领域，临床诊断所占比例不足一半。 业内市场人士观点：基因芯片市场将会处于稳定或稍微下降的趋势；“I think the overall market is probably declining a little bit, but arraysaren’t going away like people thought,” says Yong Yi, associate director ofmarketing for genomics at Agilent Technologies，2013。 2015年，BCC research 市场研究报告显示，2014全球基因芯片市场为39亿美元，2015年为47亿美元，预计2020年达到180亿美元，复合增长率为30%。 个人观点：根据基因芯片巨头Illumina和Affymetrix的市场表现，该市场预测过于乐观（见下一段）。  全球基因芯片领军者业绩状况❖Illumina 2016、2015、2014、2013 年基因芯 片业务占比分别为 16%、14%、19%和 27%,对应的营收金额分别是 3.8、3.1、3.5和 3.8 亿美元。其基因测序方向的业务（并非基因芯片业务）是占比例最大和增长最快的。 ❖Affymetrix 主营基因芯片业务， 2015、2014、2013 年对应的营收分别为3.1、2.9 以及 2.9 亿美金。 由此可见，基因芯片业务并没有BCC预测报告的那样呈现快速增长的趋势，基本处于维持现状的水平。  基因芯片技术面临的挑战需要自身技术提高的关键点： ❖1. 提高基因芯片的特异性; ❖2. 简化样品制备和标记操作; ❖3. 增加信号检测的灵敏度; ❖4. 高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记及检测仪器的研制和开发。 来自基因测序技术的压力： ❖1. 基因测序技术价格几乎每六个月降价一半； ❖2. 基因测序相关操作和数据分析标准化进展很快，为以后大通量分析奠定基础； ❖3. 更广泛的全基因表达应用； 基因芯片的发展趋势：会不会被下一代基因测序（NGS）取代？❖在学术研究领域，尤其以下分支，NGS因全基因测序，特异性灵敏性高和快速走低的价格会在10-15年取代基因芯片技术 染色质免疫沉淀（Chromatin immunoprecipitation） 基因表达（Gene Expression） 细胞遗传学（Cytogenetics） ❖但在以下应用领域，基因芯片技术10－15年因简单操作，标准化，通量大和暂时的价格优势而无法被取代（就像分子诊断暂时无法取代elisa一样） 基因分型（Genotyping） 临床诊断（Diagnostics） 总结：基因芯片技术经过二十多年的发展，目前处于相对稳定的发展期。其近十年的市场前景不会再进入爆发期（其主要的应用领域基因诊断市场全球增速仅10%左右），也不会萎缩（下一代基因检测技术还暂时无法在诊断领域取代）。对于是否值得投资的个案还要看该基因芯片公司的技术和应用的细分市场容量。  投资基因芯片公司个案DD（尽调）技术要点❖灵敏度 ❖特异性 ❖检测周期 ❖价格 ❖可操作性 ❖产品可拓展性   参考资料 [1] A REVIEW ON DNA MICROARRAY TECHNOLOGY,A Singh ， N Kumar, International Journal of Current Research &amp; Review , 2013 [2] DNA Microarrays I, UIUC lecture, Nanohub.org [3] Microarray Overview, Genome Resource Facility, www.grf.lshtm.ac.uk [4] &quot;Multistranded, Alternative, and Helical Transitional DNA and RNA Microarrays: The Next Generation&quot;. http://www.americanlaboratory.com. Retrieved 2017-7-26. [5] 120页报告深度解密基因芯片, 火石创造，Retrieved 2017-7-26. [6] 'Global Array Instruments Market to Research US$1.12 billion in 2020', Transparency Market Research. Retrieved 2017-7-26. 更多参考资料请参见 DNA microarray in wikipedia.