今天推出《11大IVD巨頭企業(yè)發(fā)展史匯編》系列第七篇——— Illumina

在測(cè)序行業(yè),，Illumina公司就像是IT界中的Google一樣,，無人不知。事實(shí)上,，它們的聲名和影響力早已超出基因測(cè)序行業(yè),，它經(jīng)常出現(xiàn)在各大榜單顯著位置。2014年2月,，它又被美國麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》雜志（MIT Technology Review）選出2014全球最聰明的50家公司（50 Smartest Companies）中榜首,，將谷歌、蘋果等諸多互聯(lián)網(wǎng)巨頭公司遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。

Illumina公司產(chǎn)品線介紹

Illumina公司的產(chǎn)品線主要分為三大類,，高通量生物芯片檢測(cè)儀,，高通量測(cè)序儀及定量PCR儀。

高通量生物芯片技術(shù)是Illumina公司成長的第一個(gè)里程碑,，在人類基因組計(jì)劃完成后,，生命科學(xué)研究進(jìn)入后基因組時(shí)代，對(duì)于SNP的研究成了基因功能研究 的主要技術(shù)手段,，國際上也有了專門針對(duì)SNP研究的Hapmap計(jì)劃,，而Illumina公司的高通量芯片稱為Hapmap計(jì)劃的主要技術(shù)平臺(tái)，所有 Hapmap的數(shù)據(jù),，80％以上都來自于Illumina的高通量芯片平臺(tái),，全世界科學(xué)家選擇Illumina芯片平臺(tái)的主要原因也在于此。

高通量測(cè)序儀可謂是Illumina最大的產(chǎn)品線,，高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展可以說是近五年時(shí)間內(nèi)生命科學(xué)領(lǐng)域最具有革命性發(fā)展的技術(shù)之一,，它極大的加速 了整個(gè)科學(xué)研究的進(jìn)程，也改變了應(yīng)用領(lǐng)域和臨床研究及診斷的思路,。目前,，公司主打產(chǎn)品有MiSeq測(cè)序儀、HiSeq X Ten測(cè)序儀,、Miseq FGx測(cè)序儀,、NextSeq 500/550桌上型測(cè)序儀、MiniSeq臺(tái)式測(cè)序儀等等,。

定量PCR儀Eco,，是Illumina公司在2010年收購另外一個(gè)定量PCR儀廠家而擴(kuò)增的產(chǎn)品線。定量PCR儀是目前分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的核苷酸檢測(cè)設(shè)備,，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)方面,，包括新藥開發(fā)研究、藥物療效研究,、藥物預(yù)后指標(biāo)研究等等。

Illumina公司發(fā)展歷史

Illumina是 由David Walt博士,、CW 集團(tuán)的Larry Bock,、獸醫(yī)學(xué)博士John Stuelpnagel、 Anthony Czarnik博士及Mark Chee博士于1998年4月共同組建,。在與CW 集團(tuán)風(fēng)險(xiǎn)投資公司合作期間,，Larry和John在Tufts大學(xué)研究出了BeadArray技術(shù)，經(jīng)過商議他們?nèi)〉昧嗽摷夹g(shù)的專屬授權(quán),。他們把 Illumina的總部設(shè)于加利福尼亞的圣地亞哥,，并于2000年7月首次公開上市。

Illumina于2001年開始提供SNP基因分型服務(wù)，并于一年后利用GoldenGate基因分型技術(shù)推出首個(gè)Illumina BeadLab系統(tǒng),。目前,，Illumina針對(duì)日益成熟的基因序列分析市場，提供基于微陣列技術(shù)的產(chǎn)品和服務(wù),。

• 1998年4月1日: Illumina 公司成立

Illumina由David Walt博士(Tufts University,，BeadArray技術(shù)投資者)、Larry Bock(CW Group),、John Stuelpnagel,、D.V.M.、Anthony Czarnik博士及Mark Chee博士創(chuàng)立,。

• 1998年11月1日: 公司總體框架形成

Illumina成立時(shí)有7名員工,，啟動(dòng)資金為860萬美元，在加州圣迭戈10,000平方英尺的廠房內(nèi)開始研發(fā)核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品,。

• 2008年1月4日: 宣布公司重組

Illumina重組了經(jīng)營結(jié)構(gòu),，以便進(jìn)一步利用測(cè)序和基因分型業(yè)務(wù)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)。

• 2008年1月7日: 推出高密度產(chǎn)品線

Infinium HD Human1M-Duo(兩個(gè)樣品/芯片)和Human610-Quad(四個(gè)樣品/芯片)特有每張BeadChip芯片上多達(dá)230萬個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP),，讓樣品通量加倍,，而DNA起始量降低了70%。

• 2008年1月15日: 發(fā)行Infinium BovineSNP50 芯片

Infinium BovineSNP50 BeadChip芯片是一個(gè)12個(gè)樣品的基因分型產(chǎn)品,，特有54,000個(gè)SNP,，能檢測(cè)任何牛品種的基因變異。

• 2008年2月6日: Illumina測(cè)出第一個(gè)非洲人基因組的序列

Illumina的科學(xué)家利用Genome Analyzer對(duì)一名匿名的非洲男性(來自尼日利亞的約魯巴人)的基因組進(jìn)行了測(cè)序,。這項(xiàng)成果確立了Illumina測(cè)序技術(shù)在準(zhǔn)確測(cè)序大且復(fù)雜的基因組上的直接作用,。

2006年11月1日: 收購Solexa。Solexa公司的基因測(cè)序技術(shù)非常新穎,，它采用綜合的方法進(jìn)行測(cè)序,，比其他公司的技術(shù)快100倍，而且價(jià)格更低,。2006年,，Solexa的年收入只有250萬美元，是一家規(guī)模很小的公司,。Illumina收購了Solexa之后,，為其提供了全球銷售網(wǎng)絡(luò)，“第一年我們的收入就達(dá)到了1億美元,，這就是Illumina的轉(zhuǎn)折點(diǎn),。從此我們開始極速發(fā)展?！盨olexa的加入也是Illumina其他競爭對(duì)手的轉(zhuǎn)折點(diǎn),，這使他們?cè)诩夹g(shù)層面上立刻被拖后。

2012年9月，Illumina收購英國的遺傳變異測(cè)序服務(wù)公司Blue Gnome,；2013年1月,，收購了Verinata Health公司。Verinata Health公司在產(chǎn)前血液測(cè)試領(lǐng)域具有最寶貴的知識(shí)產(chǎn)權(quán),；2014年7月,，繼續(xù)收購一家專注于伴隨診斷及其他IVD的咨詢公司Myraqa；同年,，Illumina聯(lián)合多個(gè)癌癥研究中心,，宣布成立AGC（規(guī)范基因組聯(lián)盟）聯(lián)合機(jī)構(gòu)，指導(dǎo)下一代測(cè)序技術(shù)在腫瘤臨床診斷中的應(yīng)用,。

Illumina公司2006-2015年度營收情況

凈銷售額：（單位：百萬美元）

近10年來都處于持續(xù)增長,，并且平均保持在20%左右的增長率。

銷貨成本

從上表可以看出,，Illumina公司銷貨成本處于30%-40%,，并處于下降趨勢(shì)，在往30%點(diǎn)靠近,；以此能推出Illumina公司銷貨成本的增加在于業(yè)務(wù)銷售量的增長,。

毛利

毛利是銷貨成本的對(duì)立面，基本上保持在65%并向70%靠近,。

凈收入

凈收入大體保持穩(wěn)定且增長的趨勢(shì),，長期效率偏好。

研發(fā)費(fèi)用

研發(fā)費(fèi)用的增加,，表明Illumina會(huì)有一定新產(chǎn)品的產(chǎn)出,，但同時(shí)所占比例又慢慢控制在20%以內(nèi)。

一般銷售及行政費(fèi)用

行政費(fèi)用整體增長,，但所占比大概在25%-30%,；

總結(jié)

Illumina從1998年4月1日成立，啟動(dòng)資金為860萬美元,；于2000年7月1日股票首次公開招募籌得超過1億美元,；直至2007年1月公布了五年內(nèi)首次盈利的12個(gè)月；此后便踏上業(yè)務(wù)不斷增長的時(shí)期,。各成本比例一直控制得相對(duì)比較均衡穩(wěn)定,，在不算非營收部分的情況下，基本有20%左右的凈收入,，效益良好。

年度財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)見文末附表,。

從客戶分布的情況看,，美國占了55%，歐洲，中東和非洲占了25%,，亞太占了21%,，日本占了8%。 

從客戶種類的分布增速看政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)是最大頭,，過去五年的復(fù)合增長率為14%,。商業(yè)用途排名第二，但增長最快,，過去五年的復(fù)合增長率34%,。醫(yī)院占比還是很小，過去五年復(fù)合增長率24%,。非營利組織過去五年復(fù)合增長率13%,。 

具體業(yè)務(wù)方面，商業(yè)用途又細(xì)分為產(chǎn)前診斷,，制藥業(yè),，商用分子診斷以及服務(wù)業(yè)等方面。

HiSeq2000是Illumina公司于2010年推出的新款測(cè)序儀,，測(cè)序原理與Genome Analyzer相同,，采用穩(wěn)定的可逆終止法邊合成邊測(cè)序技術(shù)。該技術(shù)使用4種含有末端阻斷基團(tuán)和不同熒光信號(hào)的堿基進(jìn)行模板互補(bǔ)鏈合成,，不僅確保了測(cè)序的高精確性和高順序性,，而且排除了由重復(fù)序列和同聚物導(dǎo)致的測(cè)序錯(cuò)誤。與Genome Analyzer不同的是,，HiSeq2000融合了最新的光學(xué)系統(tǒng)和制造工藝,，采用2個(gè)激光源對(duì)Flow Cell掃描，用4臺(tái)照相機(jī)對(duì)4種堿基分別進(jìn)行記錄,，減少了不同堿基間的信號(hào)干擾,，提高了測(cè)序準(zhǔn)確度。HiSeq2000因采用了Flow Cell雙表面成像技術(shù),，增加了Flow Cell有效面積,，從而增大了測(cè)序通量，降低了測(cè)序成本,。

HiSeq2500是Illumina于2012年推出的HiSeq2000測(cè)序儀的升級(jí)版,。HiSeq2500與HiSeq2000相比，有兩種測(cè)序模式：High Output模式和Rapid 模式,。High Output模式與現(xiàn)在的HiSeq2000測(cè)序模式相同,，測(cè)序所用Flow Cell和測(cè)序試劑無改變；Rapid模式采用全新Flow Cell及測(cè)序試劑,，縮短了測(cè)序時(shí)間,，測(cè)序讀長可達(dá)150bp,。

Illumina Miseq是2011年2月推出的新一代小型化（bench-top）測(cè)序儀，這款儀器使用了Illumina TruSeq可逆中止堿基邊合成邊測(cè)序的化學(xué)方法,，與HiSeq 2000相比,，雖然每個(gè)Run的測(cè)序通量很低，但是久經(jīng)考驗(yàn)的新一代測(cè)序試劑帶來無可比擬的準(zhǔn)確性,，結(jié)合上全新的流體系統(tǒng),，使得一個(gè)測(cè)序循環(huán)時(shí)間縮短了8倍以上。

2014年在第32屆摩根大通保健大會(huì)上重磅推出兩款測(cè)序儀：HiSeq X Ten和NextSeq 500,。HiSeq X Ten定位為工廠規(guī)模的測(cè)序儀,，通量超高，價(jià)格不菲,；而NextSeq 500則旨在以MiSeq的大小提供HiSeq的性能,。

NextSeq 500系統(tǒng)集高通量測(cè)序的性能和臺(tái)式測(cè)序儀的簡約為一體，是目前唯一一款可實(shí)現(xiàn)外顯子組,、轉(zhuǎn)錄組和全基因組測(cè)序的臺(tái)式測(cè)序儀,。它可在兩種模式下開展測(cè)序?qū)?驗(yàn)：高產(chǎn)量（High Output）和中等產(chǎn)量（Medium Output），在單次運(yùn)行中可獲得20-120 Gb的數(shù)據(jù),。

布局測(cè)序產(chǎn)業(yè)中下游

Illumina 公司一直引領(lǐng)者測(cè)序行業(yè)的發(fā)展,，對(duì)測(cè)序行業(yè)的控制，主要是它牢牢地掌握著測(cè)序行業(yè)的源頭,，開鑿蓄水均由它來掌控,。市場上60%左右的測(cè)序儀是 Illumina公司生產(chǎn)的，盡管它已經(jīng)感受到了擁有強(qiáng)大后盾的Life Tech公司的競爭壓力,，但這種在測(cè)序行業(yè)處于主導(dǎo)位置的局面還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間,。

Illumina希望自己并不僅僅是一家測(cè)序儀制造商。 2012年9月,，Illumina就收購了英國的遺傳變異測(cè)序服務(wù)公司BlueGnome,。Illumina的一系列的動(dòng)作都彰顯了Illumina希望 憑借自己在測(cè)序技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)快速進(jìn)入DNA測(cè)序臨床應(yīng)用領(lǐng)域的意圖。今年7月下旬,，Illumina收購了一家專注于伴隨診斷及其他IVD的咨詢公司 Myraqa,，此外，Illumina今年表示,，它正在開發(fā)供FDA批準(zhǔn)的腫瘤panel,，它計(jì)劃在2014年底向FDA提交基于HiSeq2500的 Verifi無創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)，以獲得體外診斷的許可,。布局基因測(cè)序行業(yè)中下游已初見端倪,。

這種情況或許讓那些已購買過Illumina昂貴的測(cè)序儀公司最為頭疼。它們潛心孵化出來的市場很容易被Illumina搶走,。而這些測(cè)序服務(wù)公司唯一的出路就是優(yōu)化和提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和多元化業(yè)務(wù)組合,。

很多人知道個(gè)人基因組測(cè)序是未來測(cè)序行業(yè)中一塊很大的蛋糕,，23andme、foundation medicine等公司目前正在潛心孵化這方面的市場,，而這一市場也陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)入更多的公司。Illumina會(huì)不會(huì)進(jìn)入這一領(lǐng)域呢,？毋庸置疑,，Illumina會(huì)涉足這一領(lǐng)域。目前這一領(lǐng)域的市場并沒有培養(yǎng)起來,，加上這些公司的影響力還沒有到不足以撼動(dòng)的程度,，所以Illumina公司暫時(shí) 還沒有發(fā)力進(jìn)入這一領(lǐng)域，但它會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)會(huì)選擇進(jìn)入個(gè)人基因測(cè)序服務(wù)市場,，因?yàn)檫@塊市場是未來增長最快,，也是最具有潛力的。事實(shí)上,，Illumina公司在這一領(lǐng)域也有些動(dòng)作,，如最近Illumina公司開始著眼于消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域，計(jì)劃開發(fā)出一款可直接插入智能手機(jī)中的芯片,，智能手機(jī)將成為“分子聽診器”,，從而帶來個(gè)人化的基因醫(yī)療。

統(tǒng)領(lǐng)測(cè)序行業(yè)全局

除此之外,，Illumina公司還想 掌控整個(gè)測(cè)序行業(yè)全局,。2014年上半年，Illumina公司推出世界首個(gè)基因組學(xué)孵化器,，該孵化期用于為基因組學(xué)產(chǎn)業(yè)營造一個(gè)創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng),。孵化器 項(xiàng)目將致力于為企業(yè)家加快上市時(shí)間，減少入市壁壘,，并為一些從事科學(xué)和商業(yè)前景新一代測(cè)序 (NGS)應(yīng)用的新創(chuàng)企業(yè)提供援助,。除為創(chuàng)新公司提供資金、技術(shù)之外,，還將提供輔導(dǎo),、全球客戶資源、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),、合作伙伴支持等一系列的支持,，以幫助創(chuàng)新公 司的成長。

另外,，在個(gè)人遺傳信息咨詢,，個(gè)人遺傳信息存儲(chǔ)以及生物遺傳信息挖掘方面，Illumina公司也大有所為,。

Illumina公司市場表現(xiàn)

二代基因測(cè)序儀市場份額

自從2007年初,，Illumina收購了基因測(cè)序公司Solexa,，才算真正進(jìn)入DNA測(cè)序市場，從08年到現(xiàn)在,，過去10年,，股價(jià)翻了10倍。Illumina在過去5年中,，收入端復(fù)合增長率23%,，EPS復(fù)合增長率28%，除了占據(jù)市場份額第一的測(cè)序業(yè)務(wù),，Illumina還有14%的收入來自測(cè)序服務(wù),。

基因測(cè)序目前可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域和非醫(yī)療領(lǐng)域。

醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域主要有生殖健康,、遺傳病檢測(cè),、新藥研發(fā)、腫瘤診斷及治療,、心血管疾病以及醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究,，其中生殖健康、腫瘤診斷及治療,、新藥研發(fā)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究是目前最主要的應(yīng)用領(lǐng)域,。基因測(cè)序在非醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要有環(huán)境污染治理,、生物多樣性保護(hù)、食品及中藥材同源鑒定,、農(nóng)牧業(yè)育種及司法鑒定。

Illumina公司主要是二代測(cè)序產(chǎn)品,，因此在此重點(diǎn)搜集NGS臨床相關(guān)應(yīng)用：包括1、婦幼與生殖健康,；2、腫瘤分子診斷及個(gè)體化用藥,；3、遺傳性疾?。?,、藥物基因組學(xué),。

1,、婦幼與生殖健康

• 一級(jí)預(yù)防：孕前預(yù)防（PGD/PGS（Preimplantation Genetic Diagnosis/Screening）

胚胎植入前遺傳學(xué)診斷/篩查技術(shù),，進(jìn)行試管嬰兒技術(shù)助孕時(shí)，在胚胎移植之前,，對(duì)早期胚胎進(jìn)行染色體非整倍體,、非平衡易位和單基因疾病檢測(cè)，以期挑選染色體正常的胚胎植入子宮,，提高患者的臨床妊娠率、降低流產(chǎn)率,。與傳統(tǒng)依賴顯微鏡技術(shù)挑選形態(tài)學(xué)等級(jí)高的胚胎進(jìn)行移植的胚胎形態(tài)學(xué)相比：PGS可直接對(duì)胚胎的遺傳物質(zhì)進(jìn)行分析；對(duì)早期胚胎進(jìn)行染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常的檢測(cè),；

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國平均每8對(duì)夫妻中就有一對(duì)遭遇生育困境,而且不能生育的夫妻呈年輕化趨勢(shì),，25歲至30歲的患者居多。目前,，中國不孕不育患者已超過4000萬，占育齡人口的12.5%,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國每年約有10萬試管嬰兒出生,。在我國,，需要輔助生殖助孕的育齡婦女大約有400萬左右。

• PGS臨床流程：

  
  

檢測(cè)內(nèi)容：全部染色體非整倍體,；大于4Mb的新發(fā)的染色體微缺失/微重復(fù),；大于1Mb的遺傳自父母的染色體微缺失/微重復(fù)。

使用范圍: 高齡患者（≧35歲）,； 有反復(fù)流產(chǎn)史的患者（自然流產(chǎn)≧3次）,； 反復(fù)胚胎種植失敗的患者（失敗≧3次）；生育過染色體異?；純旱姆驄D,；自身染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)異常的夫婦；嚴(yán)重的男性不育（SMF）,，少弱精子癥,、 畸精癥；自愿接受胚胎染色體異常排查的夫婦,。

• 二級(jí)預(yù)防：產(chǎn)前篩查,、診斷（NIPT 無創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè) Non-invasive Prenatal Testing）

一項(xiàng)應(yīng)用于臨床檢測(cè)的基因組新技術(shù)，NIPT主要是通過孕期母體的外周血,，對(duì)其中的游離DNA,、 RNA（含有胎兒來源的DNA、 RNA）進(jìn)行測(cè)序,，來判斷胎兒是否患有某些遺傳病,，如21-三體綜合征、 18三體綜合征以及13-三體綜合征,。

NIPT的基本原理：針對(duì)孕婦外周血漿中,，主要來自孕婦自身組織細(xì)胞，少部分來自胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞經(jīng)過凋亡（apoptosis）后形成的不完整的游離DNA片段（平均50~200堿基）,；在NGS儀器內(nèi)比對(duì)已經(jīng)建立的以36堿基為基本的龐大核苷酸序列資料庫,，利用大規(guī)模并行測(cè)序方式進(jìn)行辨識(shí)，將其分門別類后,，累計(jì)加總,，計(jì)算出不同染色體位置來源的DNA片段出現(xiàn)數(shù)目或頻率（不分辨DNA片段來自孕婦或胎盤）；再以邏輯統(tǒng)計(jì)方式,，分析出特定染色體來源的DNA片段是否超標(biāo)。利用目前較普遍被使用的分析程式得出的Z值（Z score）超過3,；或標(biāo)準(zhǔn)化染色體值（normalized chromosomevalues, NCVs）超過4即被認(rèn)定為染色體非整倍體（aneuploidy）,。

NIPT檢出率：21三體綜合征〉 99% 

18三體綜合征〉 97% 

13三體綜合征〉 90%

NIPT假陽性率：復(fù)合假陽性率不高于0.5%

NIPT陽性預(yù)測(cè)值：復(fù)合陽性預(yù)測(cè)值不低于50%

NIPT假陰性率：復(fù)合假陰性率約為0.3%

NIPT適應(yīng)人群：

• 所有希望排除胎兒染色體非整倍性疾病的孕婦,；

• 孕早,、中期血清篩查高危的孕婦；

• 夫婦一方為染色體病患者,，或曾妊娠、生育過染色體病患兒的孕婦,；

• 有不明原因自然流產(chǎn)史,、畸胎史、死胎或死產(chǎn)史的孕婦,；

• 有異常胎兒超聲波檢查結(jié)果者 ( NT、鼻梁高度 ) ；

• 夫婦一方有致畸物質(zhì)接觸史,。

• 三級(jí)預(yù)防：生后， NGS與新生兒基因篩查

• 對(duì)象：

具有家族遺傳病史的新生兒,；

新媽媽年齡在35歲以上的新生兒；

具有家族遺傳病史的新生兒,； 

父母長期接觸有害放射線或農(nóng)藥的新生兒。

• 目的：使出生缺陷得到治療和控制 

全球出生缺陷平均比例高達(dá)6%,，每年新增790萬出生缺陷嬰兒。中國：我國出生缺陷高達(dá)5.6%,，每年新增90萬先天缺陷嬰兒,。其中基因遺傳導(dǎo)致的出生缺陷約占25%。

• 技術(shù)原理： 通過采集新生嬰兒出生24小時(shí)以后的足跟血提取DNA進(jìn)行檢測(cè)和分析,，對(duì)新生兒常見遺傳病患病風(fēng)險(xiǎn)和兒童藥物敏感性進(jìn)行評(píng)估和提示。 

新生兒基因檢測(cè)采用目標(biāo)區(qū)域捕獲技術(shù)針對(duì)基因組DNA中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高通量測(cè)序和生物信息分析,，檢測(cè)區(qū)域覆蓋度達(dá)95%以上,，準(zhǔn)確性高達(dá)99%。

• 流程：通過采集新生兒出生24小時(shí)后的足跟血提取DNA,；利用高通量測(cè)序技術(shù)和信息分析平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)和分析；對(duì)新生兒常見遺傳病患病風(fēng)險(xiǎn)和兒童藥物敏感基因進(jìn)行評(píng)估和提示,。

• 優(yōu)勢(shì)：早發(fā)現(xiàn),、早診斷,、早治療，避免因診治延誤而造成患兒不可逆的損傷,；了解新生兒致病突變基因攜帶情況,，為新生兒提供生育指導(dǎo),；指導(dǎo)兒童科學(xué)用藥，避免用藥不當(dāng)產(chǎn)生的不良反應(yīng),。

2、腫瘤分子診斷及個(gè)體化用藥：

腫瘤診斷治療應(yīng)用為基因測(cè)序最具潛力的應(yīng)用市場,。

腫瘤是機(jī)體在各種致癌因素作用下，局部組織的細(xì)胞在基因水平上失去對(duì)其生長的控制增生所形成的新生物,。 《 2014 年世界癌癥報(bào)告》 數(shù)據(jù)顯示，全球癌癥病例預(yù)計(jì)癌癥新增病例會(huì)從 2012 年的 1400 萬,，遞增至 2025 年的1900 萬,，到 2035年將達(dá) 2400 萬,。Illumina公司預(yù)測(cè)基因測(cè)序全球總市場容量為200億美元,，腫瘤診斷與治療應(yīng)用方向?yàn)?20億美元,，占比為60%，是基因測(cè)序最大的應(yīng)用市場,。同時(shí)，麥肯錫預(yù)測(cè)基因測(cè)序技術(shù)在肺癌,、腸癌,、乳腺癌和前列腺癌等領(lǐng)域的滲透率將高于20%。艾瑞分析認(rèn)為,，腫瘤診斷和治療是基因測(cè)序最具發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用市場,，主要原因有：

1）全球癌癥發(fā)病率逐步攀升，癌癥負(fù)擔(dān)正在不斷加重,，8 個(gè)死亡病例中就有 1 個(gè)就是癌癥，特別對(duì)中國而言,，人口老齡化的不斷增加,，環(huán)境污染和食品安全問題日益惡化，都使癌癥的負(fù)擔(dān)尤為突出,；

2）由于腫瘤具有顯著的個(gè)體差異性，傳統(tǒng)醫(yī)療方式在腫瘤治療上具有非常大的局限性,，而基因測(cè)序能夠提供病患個(gè)體差異信息,，并為腫瘤治療提供指導(dǎo)，能夠提高用藥的安全性和有效性,。

靶向用藥相關(guān)基因檢測(cè),、化療用藥相關(guān)基因檢測(cè),、腫瘤易感性相關(guān)基因檢測(cè)、腫瘤發(fā)生相關(guān)基因檢測(cè)等等,，全面的基因檢測(cè)可涉及腫瘤診療的各個(gè)階段：

1）預(yù)防--腫瘤基因檢測(cè),；

2）診治--個(gè)性化用藥指導(dǎo)；

3）預(yù)后--復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)和藥效評(píng)估,。

• 腫瘤早期篩查：

• 腫瘤診斷：

• 腫瘤個(gè)體化用藥及靶向治療：

是針對(duì)已經(jīng)明確的致癌位點(diǎn),，來設(shè)計(jì)相應(yīng)的治療藥物，來設(shè)計(jì)相應(yīng)的治療藥物,，所以分子靶向治療又被稱為“生物導(dǎo)彈”,。根據(jù)《 NCCN腫瘤學(xué)臨床實(shí)踐指南》 建議:腫瘤個(gè)體化用藥基因檢測(cè)是服用靶向藥物時(shí)必檢項(xiàng)目。

• 靶向藥物臨床路徑：

美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（NCCN）《 結(jié)直腸癌臨床實(shí)踐指南》 中明確指出,，（1）所有轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者都應(yīng)檢測(cè)KRAS基因狀態(tài),；（2）只有KRAS野生型患者才建議接受EGFR抑制劑（如愛必妥和帕尼單抗）治療。

美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（NCCN）《 非小細(xì)胞肺癌臨床實(shí)踐指南》 中也指出：當(dāng)KRAS基因發(fā)生突變時(shí),，不建議使用EGFRTKls靶向治療藥物,。

美國食品藥品監(jiān)督管理委員會(huì)(FDA)規(guī)定,，基因檢測(cè)是靶向藥物治療的必要前提,，只有相應(yīng)基因突變的患者,，才能成為靶向治療的適用對(duì)象,。 FDA已經(jīng)強(qiáng)制要求用藥前進(jìn)行EGFR,、 KRAS等基因檢測(cè),。至2013年12月，F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)超過200個(gè)需要患者基因信息指導(dǎo)才能準(zhǔn)確治療的藥物。廣州市醫(yī)保中心報(bào)銷標(biāo)準(zhǔn),，只有EGFR基因突變檢測(cè)為陽性的肺癌患者才可享受靶向藥物的醫(yī)保報(bào)銷,。

• 藥物代謝檢測(cè)：

可以根據(jù)藥物代謝基因的突變情況將藥物代謝分為超快代謝,、快代謝、中間代謝和慢代謝四種類型,。檢測(cè)藥物代謝酶基因位點(diǎn)后,，醫(yī)生根據(jù)代謝類型確定用藥劑量，從而提高療效和減少不良反應(yīng),。

• 復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)：

根據(jù)2011年《 NCCN乳腺癌臨床實(shí)踐指南》 ,，部分侵襲性乳腺癌患者可以使用21基因預(yù)測(cè)化療收益和10年內(nèi)乳腺癌的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),。21基因檢測(cè)通過研究21個(gè)基因（ 16個(gè)癌癥相關(guān)基因,、 5個(gè)參考基因）的表達(dá)，計(jì)算復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)值和評(píng)估化療收益,。

3,、遺傳性疾病：

遺傳性疾病是由生殖細(xì)胞或受精卵的遺傳物質(zhì),，即染色體和基因,，發(fā)生改變而引發(fā)的疾病,，它有家族性,、先天性等特點(diǎn),。血友病,、白化病,、色盲等都是遺傳性疾病，腫瘤,、高血壓,、冠心病、糖尿病和精神性疾病也往往同遺傳有關(guān)系,。遺傳性疾病較難治愈,，因此它對(duì)人類的危害較大。在25歲時(shí),，5.5%的人會(huì)患上遺傳性疾病,，隨年齡增加，逐漸上升到60%,；11.1%的兒童和12%的成年住院病人是由遺傳因素導(dǎo)致的,；30-50%的新生兒死亡是由于先天性畸形導(dǎo)致,；2-3%的新生兒帶有先天性或遺傳決定的異常,。

遺傳性疾病又分單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體異常遺傳?。?/p>

單基因遺傳病是由單個(gè)基因發(fā)生突變所引起的遺傳病,。它可能是等位基因中的一個(gè)發(fā)生突變,，也可能是成對(duì)的等位基因都改變。單基因病本質(zhì)上屬于單基因性狀的遺傳,，故稱之為孟德爾疾病。

多基因遺傳病又稱多因素遺傳病(multifactorial inheritance)是由多個(gè)基因的累加效應(yīng)引起的遺傳性狀,，一般與環(huán)境因素共同作用,。因有遺傳因素在內(nèi)，故發(fā)病呈家族傾向,，但不符合孟德爾遺傳規(guī)律，即同胞中的患病率遠(yuǎn)比1/2或1/4低,，大約只有1％－10％,。大多數(shù)先天性畸形如無腦兒、脊柱裂和其它神經(jīng)管缺損以及大多數(shù)先天性心臟病,，以及許多常見的成人疾病如癌癥,、高血壓、冠心病,、痛風(fēng),、精神分裂癥、抑郁癥及糖尿病等,，不是單純由單基因突變或染色體異常所引起的疾病,，這些疾病都是由多個(gè)基因和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，都屬于多基因遺傳病,。多基因病與單基因病比較,，在同胞（兄弟姐妹）中的發(fā)病率比較低，約為1％－10％（單基因病在同胞中的發(fā)病率一般為1/2－1/4）,，但在群體中的發(fā)病率卻比較高,。

如果人的染色體發(fā)生異常,，也可以引起許多種遺傳病，這些病在遺傳學(xué)上叫做染色體異常遺傳病,。由于染色體變異常引起遺傳物質(zhì)較大的改變,，患者大多壽命短暫，甚至在胚胎期就死亡造成流產(chǎn),。

NGS遺傳性疾病應(yīng)用原理：目標(biāo)區(qū)域捕獲測(cè)序和全基因組低覆蓋度測(cè)序方法,，加入相應(yīng)的生物信息分析，來尋找與疾病相關(guān)的突變位點(diǎn),，為輔助臨床診斷,、輔助臨床治療和疾病篩查提供科學(xué)依據(jù)。

目標(biāo)區(qū)域捕獲：針對(duì)自閉癥相關(guān)基因設(shè)計(jì)的特異性捕獲芯片,，對(duì)與疾病非常相關(guān)的170個(gè)基因進(jìn)行捕獲,對(duì)其中所有單個(gè)位點(diǎn)的遺傳突變和小片段缺失重復(fù)的遺傳變異進(jìn)行分析,。

全基因組低覆蓋度測(cè)序：（low-coverage genome-wide sequencing）依托第二代測(cè)序平臺(tái)，采用高靈敏度的高通量測(cè)序,，對(duì)受檢者的DNA進(jìn)行全基因組低覆蓋度測(cè)序,，獲得DNA分子信息，進(jìn)一步通過生物信息學(xué)分析,，準(zhǔn)確定位受檢樣本的基因組上出現(xiàn)的染色體數(shù)目異常,、染色體微缺失和微重復(fù)片段。該方法可檢測(cè)1M以上的染色體微缺失,、微重復(fù),，不適于檢測(cè)點(diǎn)突變及1M以下的缺失或重復(fù)、平衡易位,、單親二倍體,、嵌合體。

4,、藥物基因組學(xué)：

藥物基因組學(xué)（pharmacogenomics）是研究基因序列的多態(tài)性與藥物效應(yīng)多樣性之間關(guān)系,，即基因本身及其突變體與藥物效應(yīng)相互關(guān)系的一門科學(xué)。

藥物相關(guān)的基因大致可分為四類：

1）藥物代謝相關(guān)的酶,；

2）藥物結(jié)合相關(guān)的受體,；

3）藥物轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的膜通道；

4）信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的蛋白質(zhì)等的編碼基因,。

藥物基因組學(xué)研究內(nèi)容：藥物基因組學(xué)研究藥物效應(yīng)的個(gè)體間差異,，以基因多態(tài)性為基礎(chǔ)，針對(duì)不同個(gè)體基因型進(jìn)行個(gè)性化治療,。包括,，藥物效應(yīng)的基因型預(yù)測(cè)和基因組學(xué)在醫(yī)藥上的應(yīng)用；在分子水平上證明和闡述藥物療效、藥物作用的靶位,、作用模式和毒副作用,。

藥物基因組學(xué)研究目的：

1）合理用藥, 個(gè)性化治療；

2）新藥的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)

二代基因測(cè)序技術(shù)（Next-generation Sequencing,，NGS），又稱為高通量測(cè)序技術(shù)（High-throughput Sequencing）,，可以一次并行對(duì)幾十萬到幾百萬條DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定,。相對(duì)于傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序，NGS有些顯著的優(yōu)點(diǎn)：1.測(cè)序效率大幅度提高,；2.測(cè)序費(fèi)用大幅度降低,。

454公司在2005年推出焦磷酸測(cè)序平臺(tái)后，很好的解決了傳統(tǒng)Sanger測(cè)序的通量和成本問題,，極大地推動(dòng)分子生物學(xué)的發(fā)展,，隨后Illumina公司通過收購Solexa公司進(jìn)軍測(cè)序領(lǐng)域，并經(jīng)過多年高速發(fā)展,，已經(jīng)成為全球測(cè)序儀的龍頭企業(yè),。

盡管NGS技術(shù)極大地推動(dòng)生物技術(shù)的向前發(fā)展，都也并非完美無瑕,。NGS的錯(cuò)誤率依舊是其硬傷,，因?yàn)镹GS的讀長（Read）普遍較短，短于Sanger測(cè)序,，所以需要更嚴(yán)格和復(fù)雜的序列拼接,，也帶來錯(cuò)誤率偏高的頑疾。

NGS技術(shù)分為兩種：邊連接邊測(cè)序（Sequencing by Ligation,，SBL）和邊合成邊測(cè)序（Sequencing by Synthesis,，SBS）。在SBL方法中,，帶有熒光基團(tuán)的探針與DNA片段雜交并且與臨近的寡核糖核酸連接從而得以成像,，人們通過熒光基團(tuán)的發(fā)射波長來判斷堿基或者其互補(bǔ)堿基的序列。SBS方法通常使用聚合酶,，而且,，諸如熒光基團(tuán)在鏈的延伸過程中被插入其中。而我們要討論的Illumina公司所采用的便是SBS技術(shù),。

SBS技術(shù)是指依賴于大量DNA聚合酶來進(jìn)行測(cè)序的方法,，但SBS技術(shù)其實(shí)還可進(jìn)一步細(xì)分，可分為循環(huán)可逆終止（Cyclic Reversible Termination,，CRT）和單核糖核酸增加（Single-nucleotide Addition,，SNA）兩種，Illumina公司即是CRT技術(shù)。 

CRT技術(shù)有些類似于Sanger測(cè)序的末端終止法,，其3’-OH被屏蔽而被阻止繼續(xù)延伸,。反應(yīng)開始時(shí)，DNA模板被一段和探針序列互補(bǔ)的接頭結(jié)合,，DNA聚合酶也是從這段序列開始結(jié)合,。每個(gè)循環(huán)過程中，四種單獨(dú)標(biāo)記的復(fù)合物和3’-OH被屏蔽的dNTP被添加進(jìn)反應(yīng)中,。在延伸過程中,，每結(jié)合一個(gè)dNTP，其它沒被結(jié)合的dNTPs被移除,，并且獲取圖像來確定是哪個(gè)堿基在哪個(gè)簇中被結(jié)合,。熒光基團(tuán)以及屏蔽基團(tuán)隨后被移除并且開始新一輪的反應(yīng)。

Illumina公司的兩個(gè)測(cè)序平臺(tái)Solexa和Hiseq的核心技術(shù)原理和主要操作步驟是相同的,，現(xiàn)在對(duì)操作步驟進(jìn)行介紹,，共分為四步：

1）DNA待測(cè)文庫構(gòu)建

利用超聲波把待測(cè)的DNA樣本打斷成小片段，打斷成200—500bp長的序列片段,，并在這些小片段的兩端添加上不同的接頭,，構(gòu)建單鏈DNA文庫。

2）Flowcell

Flowcell是用于吸附流動(dòng)DNA片段的槽道,，當(dāng)文庫建好后,，文庫中的DNA在通過Flowcell的時(shí)候會(huì)隨機(jī)附著在Flowcell表面的channel上。每個(gè)Flowcell有8個(gè)channel,，每個(gè)channel的表面都附有很多接頭,，這些接頭能和建庫過程中加在DNA片段兩端的接頭相互配對(duì)，并能支持DNA在其表面進(jìn)行橋式PCR的擴(kuò)增,。

3）橋式PCR擴(kuò)增與變性

橋式PCR以Flowcell表面所固定的接頭為模板,，進(jìn)行橋形擴(kuò)增。經(jīng)過不斷的擴(kuò)增和變性循環(huán),，最終每個(gè)DNA片段都將在各自的位置上集中成束,，每一個(gè)束都含有單個(gè)DNA模板的很多份拷貝，進(jìn)行這一過程的目的在于實(shí)現(xiàn)將堿基的信號(hào)強(qiáng)度放大,，以達(dá)到測(cè)序所需的信號(hào)要求,。

4）測(cè)序

測(cè)序方法前面已經(jīng)有所提及，采用邊合成邊測(cè)序的方法,，向反應(yīng)體系中同時(shí)添加DNA聚合酶,、接頭引物和帶有堿基特異熒光標(biāo)記的4種dNTP。這些dNTP的3’-OH被化學(xué)方法所保護(hù),，因而每次只能添加一個(gè)dNTP,。在dNTP被添加到合成鏈上后,，所有未使用的游離dNTP和DNA聚合酶會(huì)被洗脫掉。接著,，再加入激發(fā)熒光所需的緩沖液,，用激光激發(fā)熒光信號(hào)，并有光學(xué)設(shè)備完成熒光信號(hào)的記錄,，最后利用計(jì)算機(jī)分析將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為測(cè)序堿基,。這樣熒光信號(hào)記錄完成后，再加入化學(xué)試劑淬滅熒光信號(hào)并去除dNTP的3’-OH保護(hù)基團(tuán),，以便能進(jìn)行下一輪的測(cè)序反應(yīng),。Illumina的這種測(cè)序技術(shù)每次只添加一個(gè)dNTP的特點(diǎn)能夠很好的地解決同聚物長度的準(zhǔn)確測(cè)量問題，它的主要測(cè)序錯(cuò)誤來源是堿基的替換,，目前它的測(cè)序錯(cuò)誤率在1%—1.5%之間,。

附表：