產前基因測序(Prenatal DNA Sequencing)，是《MIT科技評論》評選的2013年十大突破科技之一。外媒預測，隨著個體化醫療和分子診斷的蓬勃發展，qPCR、第二代測序(NGS)/第三代測序(3GS)、芯片、PCR、CE測序、數字PCR等純基因組技術相關儀器將產生最大的市場規模和技術進展。而基因測序儀和PCR儀(包括qPCR和數字PCR)在過去的一段時間內里已經發生了技術上的飛躍。本文將最近半年內基因測序儀和PCR儀領域推出的新產品新技術和市場機會集中展示給廣大用戶。
繼2012年初， Life Technologies公司推出了一款標價僅為14.9萬美元，且能夠在24小時內就可完成整個基因組測序的臺式測序儀Ion Proton之后，Oxford更是揭開了其納米孔測序平臺GridION的神秘面紗。該系統將使用帶有多個蛋白納米孔的陣列芯片來分析DNA、RNA和蛋白質。Pacific Biosciences公司也于今年4月宣布推出行業內準確性最高和讀長最長的PacBio測序儀PacBio RS II。Illumina公司在2013年上半年也加緊了對多個核心測序平臺的改進。包括針對HiSeq 2500試劑進行改進。以實現提升通量、讀長和現有儀器的速度。
數字PCR是生命科學領域最令人振奮的創新之一。Life Technologies公司于2013年6月正式發售QuantStudio™ 3D數字PCR系統。這臺儀器的核心是高密度的納米流體芯片，最多可產生20,000個數據點，滿足了當今大部分數字PCR應用的需求。Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR儀，仍體現其一貫倡導的環保理念。
基因測序儀：讀長更長，通量更高
新一代基因組測序技術可謂掀開了生命科學新的篇章，不僅促進了許多研究方向的復蘇或蓬勃發展，也為大眾化基因組測序帶來了希望。基因測序技術無可爭辯的成為當今基因組學乃至整個生命科學領域發展最為迅速的前沿技術。2013年伊始，《Nature Methods》雜志就預測，2013年我們將看到第一臺商業化的納米孔測序儀。會使人們會看到每個堿基的典型模式，還能檢測甲基化和羥甲基化的堿基，甚至還能對RNA進行直接測序。這些極具顛覆性的技術的預測，無疑使我們對2013年的基因測序儀技術的發展更加期待。
在目前的測序儀中，一提起讀長，PacBio無疑令人矚目。從上市伊始，PacBio RS系統一直有著傲視群雄的讀長。最初是1,000 bp，之后是3,000 bp。2013年4月，Pacific Biosciences公司宣布推出新版本的PacBio測序儀：PacBio RS II。這款新的單分子實時(SMRT)DNA測序系統能帶來行業最高的一致準確性和最長的讀長，且通量較之前的版本增加一倍。基于革命性的SMRT測序技術，使得PacBio RS II的平均讀長達5,000 bp，最長讀長超過20,000 bp。此系統提供了簡單快速、端對端的SMRT測序流程，適合傳染病、微生物、農業和復雜遺傳病的研究。它讓科學家能夠快速經濟地完成基因組組裝、揭示并了解表觀基因組，以及鑒定基因組變異。
PacBio測序儀：PacBio RS II
Illumina公司在2012年第三季度推出了HiSeq 2000的升級版——HiSeq 2500。它是Illumina第一臺特有兩種運行模式的測序系統，包括快速運行和高產量運行模式，可使用一個或兩個流動槽，相當靈活。圍繞著HiSeq 2500提升通量、讀長和現有儀器的速度，并降低運行成本的要求，Illumina公司在2013年上半年加緊了對多個核心測序平臺的改進。這一核心就是針對HiSeq 2500試劑進行改進。HiSeq 2500試劑改進后將帶來行業最高的日通量，并降低全基因組測序的價格。有了快速運行模式下對2x250 bp讀長的支持，HiSeq 2500能夠在快速模式中產生300 Gb，且從樣品到數據不到3天。這些改進預計將在2013年下半年實現。
Life Technologies公司也于2013年5月宣布了Ion PGM™ 測序儀的性能提升。據Life Technologies介紹，Ion PGM™ 如今有著“最簡單快速的流程，最低的成本，以及最高的靈敏度，適合多個基礎和臨床研究應用”。此次性能提升源自多個因素，前期的樣品制備自動化，新的Ion PGM™ 半導體芯片，以及軟件的改進。此外，重新設計的Ion PGM™ 測序儀在價格上也低了30%，這要歸功于電子產品制造的規模經濟。
另一家主流測序儀公司羅氏公司繼去年底推出一款能顯著改善其GS FLX+系統上長讀取鳥槍法測序性能新的軟件包(v2.8)之后，今年上半年正加緊研發v2.9版本軟件，這一軟件將實現超長讀取的擴增子測序。預計該軟件將于今年推出。此次改進將讓研究人員發現更多復雜的遺傳變異，并揭開隱藏在基因組、轉錄組和宏基因組樣品中難以測序的區域下的生物學秘密。
測序新秀Oxford Nanopore Technologies公司總是給我們更多驚喜，便攜式的測序系統MinION于去年年末展出。這款儀器只有U盤大小，價格低于900美元。這款產品有望帶來高達100 kb的讀長，而原始錯誤率大約在1%左右。立即引發了市場轟動。不止如此，Oxford更是揭開了其納米孔測序平臺GridION的神秘面紗。該系統將使用帶有多個蛋白納米孔的陣列芯片來分析DNA、RNA和蛋白等。該陣列芯片放置在一次性的cartridge內，cartridge隨后上樣到節點(node)內。用戶可根據需要，連接若干個這樣的節點，組成一個可擴展的測序平臺。我們或許有幸在今年下半年盼望到第一臺商業化的納米孔測序儀的誕生。
新一代測序儀市場：預計每年增長16%
測序技術革新推動了測序儀乃至整個基因組學儀器的市場規模，當然這也得益于分子診斷，個體化醫療的蓬勃興起，DNA測序技術已經在臨床,法醫,CDC等應用領域發揮越來越大的作用。據外媒報道，2012年全球基因測序市場產值為13億美元，2017年將增長至27億美元，增速為16.3%。DeciBio生命科學市場研究公司曾發表報告說：“新一代測序儀市場預計每年增長16%”。
過去幾年，測序儀的市場一直被羅氏，Illumina和Life Technologies所占據，測序領域的巨人華大基因所擁有的新一代測序平臺就依托羅氏公司的454 GS FLX+ System，Illumina公司Hiseq 2000和Life Technologies公司的Ion Torrent。而其所擁有的Hiseq 2000測序儀更是高達128臺。讓華大選擇Hiseq 2000的原因，無疑是其所具有的高通量和低成本。雖然新型測序企業不斷涌現，但這種三足鼎立的局面，在未來幾年內仍無法打破。
新一代測序儀的市場規模
(其中2012年為實際發生，其余年份為預測數據。)
據專家預測，新一代測序儀的市場規模2016年預計達到22.5億美元，增長驅動力主要來源于試劑和儀器成本下降。展望未來，為遺傳變異而進行的人類基因組重新測序，以及癌活檢的重復測序和表達分析都將繼續推動該技術被采用。同時，圍繞新應用計劃的發展，如甲基化和miRNA的從頭發現和更實惠的開發平臺，將是增長驅動的關鍵。
我們還應注意到，在新一代測序技術飛速發展的同時，以ABI 3730測序儀為代表的第一代測序儀，由于價格低廉，先期市場應用廣泛，仍然在基因鑒定，BAC等的測序中發揮重要作用，短期內仍無法被新一代測序儀所替代。
PCR技術趨勢：樣品量更少，靈敏度更強
今年是PCR誕生三十周年，生命科學的蓬勃發展促使這項分子生物學技術在三十年的時間內發生了顛覆性的變化，從第一臺PCR儀的誕生，到耐熱性DNA多聚酶被發現，再到熒光定量PCR技術的建立，再到如今開發的數字PCR系統。三十年前的科研工作者無法想象今天PCR技術的變化，然而，如今的PCR技術仍然不斷的發生著一個又一個飛躍。
與其說生命科學的發展推動者PCR的創新，不如說PCR新技術的實現促進了生命科學的進步。DNA擴增已經成為了生物學研究的基礎。基因組測序，分子診斷，基因芯片……這些活躍的新興技術都離不開PCR的革新。
數字PCR是生命科學領域最令人振奮的創新之一。與傳統定量PCR技術不同的是數字PCR不依賴于擴增曲線的循環閾值(CT)進行定量,不受擴增效率的影響,也不必采用看家基因和標準曲線,具有很好的準確度和重現性,可以實現絕對定量分析。
Life Technologies公司于2013年6月正式發售QuantStudio™ 3D數字PCR系統。這款儀器外形小巧，流程簡單，適用于需要對目標DNA分子進行絕對定量的實驗。簡單的流程，再加上基于芯片的方法，大大減少了手工操作的步驟，同時也降低了樣品污染和DNA損失的風險。一旦樣品上樣到芯片上，系統在1分鐘內即可返回初步的數據。儀器的核心是高密度的納米流體芯片，最多可產生20,000個數據點，滿足了當今大部分數字PCR應用的需求。
QuantStudio™ 3D數字PCR系統
羅氏公司于2013年6月發布新的軟件升級，包括適用于LightCycler® 96的高分辨率熔解分析和定量基因檢測模塊以及適用于LightCycler® Nano系統的新支持特征。LightCyler® 96實時熒光定量PCR儀是羅氏公司于去年年底推出，它的突出特點是使用2×96根等距玻璃光纖，使得用戶徹底告別普通qPCR儀器檢測的邊緣效應。最新推出的高分辨率熔解分析模塊將特別適合人類遺傳病研究的應用。它實現了已知和未知基因突變的快速檢測。而新的定量檢測模塊實現了目的基因存在或缺失的直接檢測和驗證。LightCycler® Nano熒光定量PCR儀于2011年上市，此次新發布的特征包括先進的基因表達分析，支持導入外部的標準曲線。它還為高分辨率熔解實驗提供了增強的分析方法。
Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR儀，Mastercycler nexus X1 PCR儀模塊采用銀作為導熱材料，可以實現5度/秒的升溫速度，并具有極佳的溫度均一性和溫控精確性， Mastercycler nexus X1延用了Mastercycler nexus直觀簡便的中文操作界面，并具有日程預約、E-mail提醒等功能。Mastercycler nexus X1的設計符合Eppendorf近來倡導的環保理念，體積小巧、節能環保，并且實現超靜音運行。
Mastercycler nexus X1 PCR儀
縱觀PCR技術的發展趨勢，在下半年或是不遠的時間內，我們有望看到PCR技術在以下方面取得突破。
首先，微流體技術開發了一種全新的單細胞基因表達檢測方法，推動了微流體PCR朝著單分子分析方向發展。尤其是用于單細胞捕獲制備的芯片及用于單細胞基因表達的芯片的開發，使得在技術平臺上可以進行單細胞表達分析，未來這一技術有望進一步推動微流體在PCR上的應用，使得未來的PCR使用的樣品量更少，靈敏度更強。
其次，能夠用于絕對定量的數字PCR還處在起步階段。數字PCR工作流程比傳統qPCR簡單得多，靈敏度和精確性也更好。在尋找罕見突變時數字PCR尤其適用。但數字PCR不可回避的不足是的通量比較低，而傳統的qPCR通量更高，未來研究人員對于如何能通過dPCR增加通量，使得數字PCR設備中的微流控能在一天時間內完成從幾十萬到上百萬的反應的研究是數字PCR領域可以預見的突破。
第三，隨著PCR的普及，具有環保理念的PCR產品也是未來的發展方向，體積小巧、節能環保，超靜音運行將是未來主流PCR的共性特征。
qPCR市場：6%的年復合增長率
由于數字PCR帶動了高增長的技術領域，DeciBio生命科學市場研究公司預測該技術的復合增長率將飆升至90%，隨之帶來的qPCR市場將有一個6%的年復合增長率，市場規模將在2016年節節攀升至29.5億美元，而普通PCR市場年復合增長率僅為1%，普通PCR的市場增量不被看好。
qPCR市場規模
(其中2012年為實際發生，其余年份為預測數據。)
目前，全球體外診斷 (IVD) 市場規模約為520億美元，預計到2015年將達到700億美元。基于實時熒光定量分析的分子診斷檢測已經是臨床實驗室中不可缺少的一部分。分子檢測是診斷學市場發展最快的一個領域，因而隨著檢測技術的更新改善，實時熒光定量分析儀性能的提高，qPCR儀的市場在下半年乃至未來幾年都會迎來較大的上漲空間。
也應注意到，受全球金融危機的影響，來自生物、醫療、科研等行業的需求也隨之有所回落，因而導致下游企業對實時熒光定量分析儀的需求也有所回落。另外，受金融危機持續影響，各國紛紛采取措施保護本國經濟的發展，保護本國生產企業，通過提高關稅或者改變產品的市場準入標準等方式來實現事實上的國際貿易壁壘的目的。
同時，分子診斷行業迎來了大發展，據統計，分子診斷是全球體外診斷市場中發展最為迅速的一部分，其占體外診斷的比例已經從1995年的2%增長到了2009的10%，年增長速度達到10%以上。我國的分子診斷市場發展更為迅猛。2010年我國體外診斷市場規模為20.7億美元(約合136.8億元)，其中5%的份額為新興的分子診斷占據。雖然目前國內分子診斷的比重并不大，但其年均增長速度是全球的2倍。PCR儀是分子診斷領域不可缺少的組成部分，在未來的一兩年內，qPCR儀市場在全球將有6%左右的增長，在我國，實時熒光定量分析儀市場的增量預計可達到10%左右。
另外，未來隨著分子診斷業的發展，PCR儀無疑將更加重視滿足臨床診斷實驗室的特定需求，并且將會更加關注于是否取得體外診斷 (IVD) 醫療器械認證。
2013年上半年，對于國內實時熒光定量分析儀企業也擁有一些利好信息，2013年，《生物產業發展規劃》中，制定了2013—2015年，生物產業產值年均增速保持在20%以上的發展目標，標志著我國生物產業已步入快速發展期。
國家衛生主管部門、國家衛生部門臨床檢驗中心以及國家食品藥品監督管理局提倡用戶選擇國內儀器。因為選擇儀器價格只有國外的三分之一左右并且性能接近的國產儀器，能為國家節省大量的外匯，同時能促進國產儀器的技術進步，民族產業的發展。如今國內的實時熒光定量分析儀廠商在不斷的進步之中，隨著越來越多的一流人才加入到生物技術領域中，相信未來國內實時熒光定量分析儀企業會將國外廠商的壟斷局面打破。（編輯：喬峰）
