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硬招迭出!华大发布纳米孔测序仪、基因检测多模态大模型,推出 “探极计划”

发布日期:2024/09/09

长宽高都不到20厘米,类似一个金属质感的小型音箱,科技感强,小巧方正;
3公斤多重,10分钟至72小时内完成测序……


2024年9月9日,作为全球领先的生命科学前沿机构,华大集团在25周岁生日到来之际,向全球发布最新测序技术——CycloneSEQ测序技术,两款小而美、小而优,拥有自主产权的新型基因测序仪——纳米孔测序仪CycloneSEQ-WT02(以下简称“WT02”,中文名“梧桐”)、CycloneSEQ-WY01(以下简称“WY01”,中文名“五岳”)首次呈现在世人面前。

CycloneSEQ-WT02

CycloneSEQ-WY01

伴随全读长时代的到来,生命更加可以测量。华大在“读”生命的工具——基因测序仪领域成为全世界唯一拥有激发光、自发光、不发光三种不同技术路径测序仪的机构,中国将给全世界更多、更新、更好的选择。

华大集团同时向全社会发布面向临床的基因检测多模态大模型、面向人人的基因组咨询平台和智能化的疾病防控系统,还正式发起“探极计划”,呼唤全球合作伙伴,共同推动极端环境下的样本采集、科学研究和产业应用

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先利其器:读、写、存工具贯穿


上个世纪以来,世界进入大科学时代,科研范式发生深刻变革,一个个大科学计划深刻影响世界力量格局。从DNA双螺旋结构到生命中心法则,从DNA重组到DNA测序,20世纪中叶尤其是人类基因组计划实施20多来,生命科学和生物技术突飞猛进。

为了祖国的荣誉,为了破解生命密码,华大于1999年9月9日诞生。怀着强烈的家国情怀,在汪建、杨焕明、刘斯奇、于军4位创始人的倡议和带领下,华大排除万难,牵头承担并圆满完成大科学计划——人类基因组计划1%项目,中国成为唯一参与人类基因组计划的发展中国家,被中华世纪坛青铜甬道永远铭刻。

从北京到杭州到深圳,华大诞生25年来,始终坚持大目标导向,坚持“基因科技造福人类”,坚持大平台、大资源、大合作、大场景、大数据、大科学、大产业多管齐下,聚焦生命多组学,聚焦生命科学“读写存”工具的研发、应用,勇于创新,敢于突破,以任务带学科、带产业、带人才,研产学一体化,成为全球领先的生命科学前沿机构,中国也成为继美国之后第二个掌握临床级高通量测序仪的国家,成为多组学这个新的竞赛场地的重要规则的制定者之一。

从激发光测序仪到自发光测序仪,再到今天公布的不发光测序仪,三类机器,三种不同原理、不同测序方式结合在一块,我们是全世界唯一的一家。在下一个生命时代,我们绝对不能亦步亦趋,要走出一个新的路子,换一种交通方式。我们要飞起来,让'旋风'旋起来,在未来以大数据为基础的生命科学发展、生物经济发展上走出一条引领世界、支撑世界的发展道路。”华大集团联合创始人、董事长汪建在发布会致辞中表示。

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十年一剑:从“首款”到“首款”


凡是生命,皆为序列。130多亿年宇宙史、40多亿年地球史、30多亿年生命史……自有生命以来,所有生命都使用一种语言,即都是由A、T、C、G这4种碱基组成。

一部社会发展史,就是一部科技进步史、一部工具进步史。从最初购买,到后来的引进、消化吸收、再创新,过去十多年来,华大投入上百亿资金,联合上下游产业机构,经过艰苦卓绝的努力,实现生命科学读、写、存工具全贯穿,研制出一系列具有自主知识产权的“大国重器”:“读”工具上,覆盖高中低不同通量,全球最高通量测序仪DNBSEQ-T20x2的单人全基因组检测试剂成本降到100美元以下;“写”工具上,高通量基因合成仪不仅变成现实,还初步实现规模化、商业化;“存”工具上,已经研制出DNA存储设备、生物样本库。在测序技术基础上,华大还实现时空组学技术突破,分辨率达到500纳米,被誉为“超广角百亿像素生命照相机”。共有、共为、共享,坚持走工程生物学道路,华大智造测序仪已经覆盖70多个国家和地区。

从2015年首款自研高通量基因测序仪发布,到如今首款华大纳米孔基因测序仪诞生,自发光、激发光、不发光三种技术路径的测序仪均已问世,十年磨一剑,华大已成为国内首个掌握“短读长”及“长读长”测序工具的机构,也是全球唯一一家掌握超高通量、超低成本、超长读长测序仪的机构, 真正实现了“全读长”测序产品的全周期闭环

基于全新推出的CycloneSEQ测序技术,华大生命科学研究院院长、华大集团执行董事徐讯在发布会上正式带着两款小巧便携的“WT02”及“WY01”测序仪亮相。这两款测序仪在核心技术和关键组件上实现突破,特别是在单芯片孔道蛋白数量、测序速度、测序读长和准确率等关键指标上表现卓越,彰显了其在测序领域的领先地位。

“有了工具在手,我们在基础科研、临床应用上不断取得新的突破。然而随着不断探索,我们遇到了到基于DNB的短片段测序仪仍然无法解决的问题。基因组上仍然有8%的‘暗物质’区域无法检测到;许多微生物基因组GC含量异常,常规测序无法完成组装;现有DNB平台面对复杂结构变异造成的遗传疾病很难解析;也无法实现实时、快速的测序,解决ICU里感染的快速检测需求。面对这些挑战,已有成熟的技术和产品,提升10%,已经是极限。只有打破惯性,寻找提升10倍、甚至100倍的新技术,也许能够更容易、更快地解决问题。”徐讯介绍道。

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WT02是一款中通量的纳米孔基因测序仪,小巧便携,采用双芯片架构,支持独立运行,具有灵活的通量选择。它的优势可以用三个词概括:全覆盖、快速读和自由测。它不仅能够轻松应对复杂序列的挑战,而且单次测序成本低、无需凑样、随测随停,能实时输出测序结果。WT02在生命科学领域有广泛的应用场景,比如,它能快速识别病原微生物并且快速溯源;准确完整检测复杂遗传病帮助更多家庭;获取基因组图谱推进生物多样性研究等。

WY01是一台高通量纳米孔测序仪,配套高通量高密度芯片,不仅具有超长读长和持久续测等性能,更能够全面覆盖复杂基因组序列。它可应用于数据通量需求更高的应用场景,比如大基因组、人基因组重测序、全长转录组测序和表观遗传学检测等。WY01的出现,填补了国内纳米孔测序领域高通量芯片的空白,多项关键性能处于全球领先的水平,它可加速疾病研究和诊断,促进跨学科研究合作,支持生物多样性和生态学研究。

如果说WT02可以被喻为“全公路越野车”,稳定且强悍,能够在复杂的样本中精准捕捉细微信息。那么,另外一款纳米孔测序仪WY01更像是一辆全副武装的工程车,其独特的生产能力令人瞩目。这款设备能够在短时间内完成更多的任务,快速而高效地扫描整个基因组。

在性能参数方面,两款纳米孔测序仪的测序读长均覆盖百bp至Mbp (1Mbp等于10的6次方)级别的读长范围,可满足从基础科研到复杂疾病研究的广泛需求;在测序时长与速度上,用户可根据实验需求在10分钟至72小时内完成测序,测序速度为350 - 420 nt/s,每分钟可以产生10Mb的数据,并且可实时获取测序序列结果。在测序准确率上,单次测序准确率为97%。在更深的测序深度下可实现99.99%的一致性准确率。此外,WT02的单芯片孔道蛋白数高达4092个,单芯片实验室最大通量达50Gb(1Gb 等于10的9次方)。WT01在此基础上,单芯片将提供8倍数量的孔蛋白,将达到惊人的3万个蛋白孔,单芯片数据产量将提升到8倍。

CycloneSEQ测序平台经过多个用户测试,证实了其卓越的性能和稳定性。该平台在感染疾病诊断中能迅速识别各种病原体,如呼吸道百种病原,同时也能在遗传病诊断中精确检测复杂的遗传变异,如地中海贫血等疾病。

在科研领域,CycloneSEQ已经成功完成上千个物种的单菌组装图,并实现了多个动植物染色体级别参考基因组图谱的构建,其中包括首次完成鬃狮蜥Z染色体的完整解析,发现大量的转座单元和频繁重组区域,提示了这个物种潜在的性别决定机制。

面对极端GC含量基因组等技术挑战,CycloneSEQ也能实现环状基因组的完整组装。作为深海测序仪系统之一,它在极端环境下稳定运行,并成功地对水体环境微生物进行了原位鉴定。此外,结合时空组学和细胞组学工具等多组学工具,CycloneSEQ提供了多维基因组分析,为推动生命科学领域的发展提供了强大的支持。

今年6月,华大智造获得华大序风纳米孔测序产品的全球市场经销权,WT02将于即日起开放订购,WY01计划将于2025年上半年上市。这也意味着,除了DNBSEQ高通量基因测序仪以外,华大智造将为全球用户提供包括纳米孔测序仪在内的多组学工具,为生命科学6D时代注入澎湃动能。



生态赋能:给世界更好的选择


伴随对生命认识的加深和工具的进步,人类在科技创新的精度上显著加强,对生物大分子和基因的研究进入精准调控阶段,从认识生命、改造生命走向合成生命、设计生命,一场多组学革命正在全球范围掀起,世界正在加速进入生物经济时代。

欲善其事,先利其器。2015年,历经引进、消化吸收、再创新的艰难历程,中国首款国产桌面型高通量基因测序仪BGISEQ-500问世。此后将近十年的时间里,华大智造构筑了覆盖高中低不同通量的完整产品矩阵,将基于DNBSEQ技术的“短读长”测序仪带到了全球70多个国家和地区,测序设备新增装机市场份额连续两年位居国内第一,中国国产测序仪在生育健康、肿瘤和传感染疾病防控、慢性病管理等场景,在大人群基因组学、疾控、海关、司法、教育、文物、生态环境、生物多样性等领域得到越来越广泛的应用。作为行业奠基者、引领者,伴随技术带动和外溢效应,中国基因检测行业也得到了长足发展。

2024年,随着代表“长读长”技术路线的首款纳米孔测序仪正式推出,华大实现了“全读长”测序产品的闭环。基于前期积累的全球化网络与稳定的物流供应链、完善的售后服务体系,华大将为用户带来更好的体验。

华大集团CEO、执行董事尹烨在《生命可测:SEQ ALL》主旨演讲中指出,生命科学领域也有自己的“光刻机”,那就是基因测序仪,而“不能自己造硬件的实验室,可以是一流,却往往不是顶尖。”他特别提到了行业有关“测序技术代际关系”的描述常常存在“误解”,他认为“测序从不分代,只是技术路线不同。能解决问题的,就是好技术。”

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尹烨表示:“在过去的20年间,基因测序成本下降为千万分之一。短短9年的时间,我们从‘给世界多一个选择’,到如今实现 ‘给世界更好的选择’。100美元个人全基因组已经由华大团队率先实现,而10美元基因组,我们已经在路上。”

伴随学科交叉融合的不断发展,科学技术和经济社会发展的加速渗透融合,科学研究也正向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力,不断突破人类认知边界。

华大人的“足迹”,也正不断向极端环境迈进,已经延伸到了海拔8848米的珠穆朗玛峰、10900米深的马里亚纳海沟,以及南北极区,不同研究团队持续进行极端环境下的科学研究。尹烨在发表主旨演讲时宣布,华大集团正式发起“探极计划”,期待联合全球合作伙伴,共同推动极端环境下的样本采集、科学研究和产业应用。

CyloneSEQ纳米孔测序仪发布后,在汪建和华大集团执行董事、华大智造CEO牟峰的见证下,超过70家科研及临床用户代表与华大生命科学研究院领域首席科学家、华大序风总经理董宇亮,华大智造副总裁 、中国区总经理彭欢欢共同签署合作协议,首批CycloneSEQ用户达成签约合作意向。

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随后,超过140家科研机构及企业代表共聚一堂,正式宣布“SEQ ALL联盟”成立,该联盟旨在构建开放、透明的应用生态合作组织,基于“全读长”测序平台及多组学工具,凝聚行业之力,共同推动行业标准的制定与完善,提升行业技术水平及服务质量,为行业良性发展提供标杆,共同攀登生命科学技术高峰,同时更广泛地在卫生健康、科研等领域加以应用,推动“基因科技造福人类”进一步变成现实。

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AI驱动:人人基因组时代加速到来


近些年来,伴随高通量基因测序、自动化数据分析、生物信息分析等技术的发展,生命科学研究越来越依赖于大数据技术分析,尤其是深度学习的人工智能方法。根据《2023年基因行业蓝皮书》分析,基因产业链包括基因测序、基因合成、基因治疗等,从竞争力上分析,我国在测序仪、生物信息分析、无创产前筛查等方面处于世界领先水平,但在分子育种、基因治疗、基因大数据等领域与行业先进水平比还有很大差距。

SEQ ALL势必加速推动人人基因组时代的到来。如何从海量生命数据中高效、精准地解读生命奥秘,成为行业关注的焦点。发布会上,华大基因CEO赵立见与研发团队提出了“生成式生物智能范式GBI ALL (Generative Bio-Intelligent)”理念,正式发布了面向临床的基因检测多模态大模型GeneT(Genetic Transformer)、面向人人的基因组咨询平台ChatGeneT和智能化的疾病防控系统13311i。赵立见表示,华大以基因检测大数据为基础,搭载AI算法为核心,从SEQ ALL到GBI ALL,开启生命数智化新时代

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近年来,伴随美国、英国等国家围绕生物技术和生物制造、工程生物学等出台一系列国家战略、目标和愿景,生命科学和生物技术领域的竞争日趋激烈。

无尽前沿,无尽探索。在向生命科学高峰不断攀登的征程中,核心工具将继续发挥关键作用。从“给世界多一个选择”到“给世界更好的选择”,华大将进一步拥抱多组学浪潮,持续推出更灵活、更多元、更完整的生命解码工具,为解决生老病死、万物生长、生命起源、意识起源等终极问题持续提供先进“利器”。

面对人人基因组时代的呼啸而至,面对大数据驱动下的范式变革,从规模化到智能化,从大队列到大人群,从珠峰到深海,从沙“膜”到多年生作物,从生命起源到意识起源,华大将进一步联合学界业界同仁,以实际行动践行“基因科技造福人类”的使命和愿景。