专访普译生物黄亿华：从头研发具有自主知识产权的第四代测序仪

作为一种底层技术，基因测序的应用范围广阔，几乎涵盖医疗、生物、农业、环境保护等各行各业。以医疗领域为例，通过对患者基因组测序可发现基因突变，从而有助于制定个性化的治疗方案，大幅提高疗效。

基因测序技术的发展历经了多次迭代，目前已经广泛的应用于各种研究和临床实践中。就现阶段而言，第二代测序（NGS）是当前业界的主流技术，第三代测序（SMRT）的影响力逐年攀升，但它们在长读长、成本控制等方面仍有提升空间。

去年，Nature Methods将“长读长测序”（Long-read sequencing）列入“2022 年度科学方法”。纳米孔测序技术作为长读长测序的成熟代表，被称为是第四代测序技术，它补齐了前代测序在长读长、成本等方面的“短板”，是一种更具商业化前景的基因测序新技术，如今已经进入蓄势待发的阶段，然而由于其自带“多学科交叉”的高技术壁垒属性，这一领域的“玩家”并不多。

北京普译生物科技有限公司（简称普译生物）是一家专注于自主知识产权的纳米孔基因测序系统的公司，不久前推出了旗下首款中通量纳米孔基因测序系统等产品，为长读长测序应用带来新解决方案。

近日，生辉联系到普译生物创始人、董事长黄亿华博士，访谈中他围绕公司业务布局、研发进展，以及纳米孔测序技术和产业等多个方面进行了分享与解读。

▲图｜普译生物创始人、董事长黄亿华博士（来源：受访者）

黄亿华本科、硕士均就读于北京大学，毕业后赴美国康奈尔大学医学院攻读博士学位，读博期间师从美国科学院院士吴皓教授，围绕结构生物学开展研究；后来他进入美国德州大学西南医学中心从事博士后研究，期间合作导师为诺贝尔奖获得者 Johann Deisenhofer 教授，研究方向为膜蛋白结构生物学。也正是从那时起，他开始扎根于膜蛋白纳米孔测序领域，立足原始创新开发自主知识产权的生物纳米孔基因测序产品。

从头创新开发自主知识产权的纳米孔测序仪

“此前，我们围绕纳米孔蛋白 CsgG 的论文发表之后被其他团队取得专利并基于此开发出世界首款商用测序设备。我们想开发属于我们自己专利的技术和测序仪器，不被国外卡脖子。”谈及创立普译生物的初衷，黄亿华笃定地说道。内心怀揣着这份不甘，他决定从头再来，于是踏上了寻找新的可用于测序的纳米孔蛋白的道路。

2016 年，黄亿华在实验室里鉴定出一种全新的纳米孔蛋白，其性能不亚于 CsgG，随后他和生物物理研究所研究员娄继忠博士联合组建了纳米孔测序技术研发团队，推动国内自主专利技术的第四代纳米孔测序仪的开发。经过两年的协作攻关，他们在实验室基本完成了纳米孔测序原理概念验证，并在单通道条件下完成了纳米孔测序全部流程。

而在此时，第四代测序技术也受到国家层面的重点关注。“2019 年，我们团队获得科技部国家重点研发计划变革型技术关键科学问题重点专项数千万元的资助，这也是科技部首个纳米孔测序技术专项项目。随后，我们又陆续获得中国科学院重大仪器设备研制项目、中国科学院 0-1 项目，广州生物岛实验室项目以及科技部国家重点研发计划‘基础条件与重大科学仪器设备研发’第三代基因测序仪项目等数千万元的资助。”黄亿华介绍道。

资金的注入让研究项目得以顺利开展，随着研发进程的不断深入，他们开始将目标投向高通量测序，而这就涉及到芯片开发，也意味着需要更庞大的资金来支撑。“想要真正把纳米孔测序仪做成、做好，单纯依靠国家资助还远远不够，我们计划着手成立公司，依托资本通过融资的方式来加速推进项目研发进程，去实现这个目标。”他说道。2021 年，黄亿华联合娄继忠博士、王大千博士等人共同创立了普译生物。

普译生物其实是源自中国科学院生物物理研究所科研成果的转化，虽然成立至今只有两年多的时间，但其已经以科研团队的形式运行了多年，目前已具备纳米孔测序仪、测序芯片和试剂的全链条生产能力。

据介绍，普译生物现阶段的业务布局主要围绕测序仪器设备、测序芯片以及配套生化试剂的研发生产。具体而言，围绕仪器主要包括主机、芯片、算法以及界面程序等的设计开发，测序化学方面主要包括纳米孔蛋白质工程与控速蛋白筛选与优化、测序建库接头设计、嵌段共聚物膜合成、表面化学处理等方面的开发。

“现阶段，我们的在研产品包括两款测序设备和三款试剂。”黄亿华介绍道，其中，两款设备分别为PolyseqOne 测序仪（已经发布）和 PolyseqHive 测序仪（即把多个芯片集成在一起进行同时测序，该产品计划将在今年第三季度推出），这两款测序仪对应的芯片都是PolyseqCell；三款试剂分别为通用型 DNA 建库试剂盒（PY-DNA101）、快速 DNA 建库试剂盒（PY-DNA201）以及 RNA 直接测序试剂盒。

▲图｜PolyseqOne 测序仪和 PolyseqCell 芯片（来源：受访者）

据介绍，PolyseqOne 是一款中通量纳米孔测序仪，采用一体成型铝合金机身，整机重约1.5 kg，体积小巧便携，温控精度达0.1 ℃，配备 USB3.0 数据接口可与计算机接驳；与之配套的 PolyseqCell 是一款硅基半导体芯片，拥有2560 个测序单元，连续测序可持续 48 小时，最高可获得15-20 Gb的高质量数据，具有高集成度、高通量、低噪声等优势。测序方面，目前 PolyseqOne 已获得超200 Kb的单次读长数据，单次准确率中位数超97%，一致性准确率（30x）超99.99%。

“目前，PolyseqOne 测序仪和 PolyseqCell 芯片，以及 PY-DNA101 和 PY-DNA201 试剂盒已经完成开发并推出，随着首款测序仪的开发完成，我们下一步的重点是应用的开发、产品的性能保证和上市销售。因此，公司接下来除继续扩大研发团队外，另一个重点是推进产品开发优化和提高测序系统的稳定性。”黄亿华说道。

“公司未来发展所面临的挑战，也正是我们今后侧重和攻关的方向，主要包括两个层面。技术层面，针对纳米孔测序技术的优化与开发，包括进一步提高测序稳定性和准确率、提高通量、芯片使用寿命、简化测序步骤、降低测序成本等多个方面，我们将会持续发力；产品层面，需要提高仪器设备和试剂的产能，比如刚刚提到的 PolyseqOne 测序仪，重点主要围绕稳定量产以及市场开拓。”他补充说。

聚焦纳米孔测序技术和产品，普译生物未来将会持续优化和迭代。“比如 PolyseqOne 测序仪单次准确率达 97%，但这一数字目前仍低于第二代测序仪，所以还需要提高准确率；同时还要增加测序通量，一方面在芯片上增加更多测序单元，目前我们更高通量的芯片已经开始流片，另一方面，增加芯片的使用和储存寿命，而这也有助于降低成本和提高测序通量。除此之外，让测序过程更简单化，降低上手难度，这有助于扩大纳米孔测序的应用场景和范围。”黄亿华表示。

未来将对技术和产品进行持续优化和迭代

据统计数据显示，目前全球基因测序市场规模已达200亿美元，而国内基因测序市场已超200亿元，预计 2032 年将达到268亿元左右。“应用方面，鉴定新物种、新病原体等离不开测序技术，各种生物医疗技术，包括基因编辑、基因疗法等的开发也离不开测序技术，作为一种底层工具，基因测序市场需求未来将会持续高速增长。”黄亿华指出。

作为一种新型测序技术，纳米孔测序近年来非常热门，究其原因主要是由于它是一种在原理上完全区别于其他几代测序技术的新方法，尤其适合长度长测序。“纳米孔测序又称第四代测序技术，具有独特优势，除了对 DNA 测序，还可以对 RNA 直接测序，而且在测序的同时还能对 DNA 和 RNA 上的一些表观遗传修饰进行检测，这些都是其他测序技术难以实现的，未来还有望对蛋白质进行测序，因此纳米孔测序技术可以说是一个 DNA、RNA、蛋白质‘通吃’的技术。”黄亿华介绍道。

“此外，纳米孔测序设备体积相对更为小巧且对环境要求较低，得益于便携、成本低、操作简单、数据产出快等优势，纳米孔测序仪有潜力发展成为一种测序常规医疗设备，实现普及化，广泛用于各个生命科学实验室、医院和疾控中心等。”他表示。

▲图｜普译生物研发实验室一角（来源：受访者）

长期以来，黄亿华专注于生物纳米孔测序技术领域的研究，普译生物成立后，他又多了一个企业管理者的身份。“纳米孔测序技术的发展离不开新方法的开发，比如寻找新的纳米孔蛋白，论研发能力，实验室肯定要比公司更具优势，而技术的最终落地则离不开公司，把科研成果转化为产品应用。一方面，我在研究所实验室围绕膜蛋白结构生物学开展研究，另一方面，我也参与到公司的研发、运营以及生产等工作中。”他说道。

众所周知，测序技术开发的覆盖面非常广，属于典型的多学科交叉技术，涉及到分子生物学、结构生物学、化学合成、蛋白质工程、生物信息学、芯片设计和光刻工艺、微流控技术、电路设计和机器学习等众多领域，而这就需要不同学科背景研发人员的联合协作。

“我所在的生物物理研究所拥有多学科背景人才、良好的科研氛围和卓越的创新能力，这都在普译生物被传承了下来，大幅加速了公司产品研发速度，加之我们在技术层面前期已经具备了坚实的基础，虽然成立只有两年多的时间，但我们已经成功推出了测序仪、测序芯片和试剂。”黄亿华表示。

“围绕纳米孔测序技术开发，一方面是芯片，其制程工艺、迭代速度远不及手机、电脑，围绕芯片的竞争难分伯仲；另一方面是测序化学，包括纳米孔与控速蛋白的优化与表征、测序策略和人工膜的合成与表征等，这方面各家研发能力不尽相同，而这恰恰是我们所擅长的领域，因此我们专注于把测序化学这一核心技术做精、做好，就能拉开差距，并在未来的竞争中保持优势。”他说道。

“价格是当前测序产业所面临的主要挑战之一，只有成本足够低，才能让测序技术的应用范围更加广阔，实现规模化普及，市场空间才会更大，而这也会进一步推动中国测序技术的快速迭代发展。”黄亿华指出。

融资方面，2022 年 1 月，普译生物完成了数千万元天使轮融资；2023 年 5 月，普译生物完成了近亿元的 A 轮融资。对于资本的持续加码，“资本首先看重的是项目本身在这个领域能否带来经济收益，作为一种不可或缺的底层技术工具，基因测序技术显然属于这样的项目；此外资本也看重团队成员的技术积累，普译生物研发团队几乎涵盖了纳米孔测序技术开发所需要的各种学科背景，具有的‘先天’的生化、测序化学等方面技术优势。”他表示。

“完成 A 轮融资后，我们进一步完善了团队架构，其中包括芯片设计团队的组建，生化领域是我们的强项，随着接下来在芯片领域的“短板补齐”，势必将会进一步加速我们的纳米孔测序仪研发进程和产品迭代，不仅能让原创纳米孔测序技术在国内落地，突破长读长测序方面‘卡脖子’环节，同时还有望走出国门让全球用上‘中国造’纳米孔测序设备。”他总结道。

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