科幻电影中，常有在太空飞船中进行基因测序的情节，不过这一情节的科幻感越来越弱——2016年人类首次实现了在太空中的基因测序，其结果与在地球上的测序并无二致。科幻已经成为现实。
得益于商业宣传，基因测序经科普祛魅了成百上千次，并通过「产前筛查」这类医疗应用进入寻常百姓家。这么看来，在太空进行基因测序，不过是将一个在地球上做滥了的实验搬到太空复现，有什么值得吹嘘的呢？
NASA宇航员Kate Rubins在太空进行基因测序
事情没这么简单。
成都齐碳科技联合创始人谢丹教授告诉雨前顾问，虽然基因测序已经很容易实现，但目前大规模使用的测序仪却相当笨重，且这些仪器大多基于光学原理，有复杂而精密的显微镜系统，稍有晃动，就需调校。火箭发射震动剧烈，航天器又经常需要加速变轨，把又大又重的仪器发射到轨道上，还要保证光学部件随时可用，几乎不可能。
如何破？科学家们打算另辟蹊径，从源头出发，让基因测序摆脱对光学系统的依赖。2015年人类首次实现的太空基因测序，其关键正是运用了一种基于测序新原理——纳米孔测序——的仪器。这种小型化且在移动条件下也能使用的测序仪，让人类最尖端的生物技术成功迈过「太空」这道门槛，意义不可谓不大。
为太空基因测序提供技术支持的牛津纳米孔科技（Oxford Nanopore Technologies，下称ONT），是全球首家研制出纳米孔测序仪的公司。去年9月，齐碳科技发布了自主研发的纳米孔单分子基因测序仪，在填补国内技术空白的同时，成为世界唯二能将纳米孔测序商业化的公司。
ONT成立至今超过15年，累积融资约8亿英镑（约合72亿人民币）；齐碳科技创立至今不到5年，累积融资额仅为ONT的2%（截至2021年3月，齐碳科技累计融资1.63亿人民币）。但从0到1地研发出纳米孔测序仪，ONT花了9年，齐碳科技仅用了4年。
目前齐碳科技已获得多个一线资本认可，如高榕资本、雅惠投资、BV百度风投、中关村协同创新基金等，被雨前顾问评为2020年度成都黑科技企业。
中国首台纳米孔测序仪是如何诞生的，这为成都带来怎样的现实意义？雨前顾问专访了谢丹教授，意欲挖掘背后的故事。
谢丹是成都七中的毕业生，从中科大赴美深造，取得博士学位后在斯坦福大学开展博士后研究。2016年前后，谢丹回到成都联合创立齐碳科技，现同时作为博导负责华西前沿医学中心组学技术与生物信息研究室。谢丹回国的一大初衷，正是要造出可商用的纳米孔测序仪，而国内能提供好的资源与机会。
背景：风起人类基因组计划
故事需要从头讲起。
提到基因测序，绕不开人类基因组计划（HGP）。该计划旨在通过测定组成人类染色体中30亿个碱基对序列，从而达成破译人类遗传信息的目的。
从1990年正式启动到2003年宣布完成，HGP吸引了中、美、德、日、英、法六国超千名科学家参与，被誉为和曼哈顿计划、阿波罗计划并列的人类科学史上三大工程。
2001年《自然》发表文章称HGP进度已达90%
但HGP只是把人类基因组图谱绘制了出来，离基因测序发展成造福人类的产业，还差十万八千里，原因之一，在于高昂的测序成本。首个人类基因测序，花费了30亿美元，而就算在HGP完成的2003年，要对特定某人进行全基因组测序，成本也高达5000万美元。
为解决成本挑战，美国国立卫生研究院于2003年发起了「5年内实现10万美元=1个人类基因组」和「10年实现1000美元=1个人类基因组」的两步走战略计划，以鼓励开发新的测序技术。
计划掀起了研发热潮，成功催生了以高通量为特征的下一代测序技术，即目前占据市场主流地位的二代测序仪。为以示区别，人们将过去替HGP立下汗马功劳的测序仪称为第一代。
这场研发热潮的阶段性结果是，市场逐步演变成一超一强的格局：一家叫Illumina（因美纳）的大寡头，一家叫赛默飞世尔的小寡头，以及一些在夹缝中求生存的公司。
在齐碳科技成立的2016年，Illumina的基因测序仪全球市场占有率超过70%，赛默飞世尔的市占率说起来全球第二，却仅有16%。到2017年，Illumina使测序成本降低到1000美元，率先实现「1000美元测序1个人类基因组」的设想，不过比美国原定的计划晚了4年。
二代测序仪的出现，已经给普通人的生活带来了实质影响，并衍生出一系列应用场景，比如产前筛查，比如遗传疾病诊断等。但这种影响还不够深入，产业化也不够充分，测序成本依然较高，让整个基因测序产业处于一种「行百里者半九十」的状态。
市场：打通应用的最后一公里
就在各种二代测序仪争霸之际，以单分子测序为特征的第三代测序技术，则在同步发展，其中就包括纳米孔测序。
ONT成立于2005年，发展数年成果寥寥，直到2012年左右，这家公司推出了基于纳米孔测序的工程样机，不过测序准确率仅到70%。
即便准确率偏低，纳米孔测序依然有其价值。
谢丹告诉我们，最初业内认为，二代测序和纳米孔测序是一对互补技术。
二代测序虽然结果准确，但测序读长很短，实际测序时需要把一条完整的长基因打碎成多个片段，最后再把不同片段的数据还原成完整数据，这过程就像拼图一样，耗时耗力，在数据还原的过程中也难免出现错误。而纳米孔测序读长很长，可以测一条完整的长基因，这给二代测序提供一个如何「拼图」的全局参考，提高了整体的测序效率。
此外基因里存在不少重复片段，用二代测序碎片拼图的方法，难以找到这些重复，而纳米孔测序就可以找到。某些遗传疾病，正是因为基因重复而导致的，「大约60-70%的遗传疾病，用二代测序可以检测出相关点突变，而剩下30-40%的遗传疾病，则需要用长片段测序技术检测出致病的结构性变异，在这个角度这两种测序技术非常互补。」谢丹表示。
但随着纳米孔技术的发展，事情起了微妙变化。
2015年后，ONT通过产品迭代，将测序准确率一举提高到85%，这达到了商用水平。去年年底，ONT宣布将纳米孔测序的准确率提高到接近99%，而齐碳科技内部最新的碱基识别算法准确率已超过90%。这样的准确率足以让纳米孔测序开拓医疗应用场景。
因二代测序设备庞大，必须在中心实验室完成样本测序，加之开机成本高，需要累积到一定量的样本才能测序，所以客户拿到报告的时间长，而纳米孔测序仪便携小巧，设备成本低，可以突破中心实验室这个操作场景限制，尤其适合时下临床非常推崇的POCT，即「即时检测」。两者相比，纳米孔测序有很大的临床应用潜力。
比如在癌症诊疗中，癌细胞变异非常快，用二代测序，一个检测报告等一周，非常耽误治疗。此外纳米孔测序还能大幅缩短临床病原微生物耐药诊断的时间，国内外相关论文已有不少，预计这项技术大规模进入医院，就是未来两年的事了。
在谢丹看来，纳米孔测序虽然还处在市场摸索和教育阶段，但它可以解决基因测序应用最后一公里的问题。未来纳米孔测序仪很有可能会挤压二代测序仪的市场空间，且能够把整个测序市场的蛋糕给做大，甚至撬动C端市场，这个想象空间，就不止当前全球基因测序百亿美元的市场规模这么简单了。
2013-2018年全球和中国基因测序市场规模及未来预测，数据来源：前瞻产业研究院
产品：中国首台纳米孔测序仪诞生简史
基因测序领域的巨头并非没有看到纳米孔测序技术的潜力。
事实上，测序行业老大Illumina早就想把机会抓到手中，但在2012年与ONT合作开发纳米孔测序仪的计划破产后，Illumina只能把ONT视作威胁，时不时找点茬。
而在纳米孔测序完成了埃博拉病毒的测序，以及对几内亚和非洲临时实验室患者的诊断后，Illumina感觉到威胁加剧，于是展开专利方面的诉讼，以阻碍ONT发展，甚至不惜砸12亿美金去收购另一家三代测序公司PacBio（该公司走的是非纳米孔的技术路线），以便拉长与ONT专利战争的战线。
不过这场收购遭到了旷日持久的反垄断调查，Illumina只好终止收购，并向PacBio支付了近一亿美元的终止费。但Illumina作为行业老大，其掌握市场、保护既得利益的决心不会改变，相信未来还会有更多行动来阻碍纳米孔测序的发展。
有趣的是，就在Illumina宣布终止收购的那一天，ONT宣布自己获得了1.1亿英镑的债权融资，颇有点开庆功宴的意思。
话说回来，Illumina如此强大，为何不自己研发纳米孔测序，反而拐弯抹角打压对手？
非不想，实不能。一是因专利，ONT建立了专利沟壑；二是因市场，纳米孔测序仪会挤压二代测序仪市场，对Illumina来说就和「柯达发明了数码相机，却因会降低胶卷出货而封存技术」的境遇类似；三是因纳米孔测序的实现，难度很大，人才稀少。
「这个事情的难度在哪里？一是难在专利上，我们从一开始就进行了大量布局，确保不会遇到专利障碍，」谢丹指出：「二是难度在跨学科，从化学到设备自动化到生物芯片设计，再到最后用人工智能方法对基因数据进行分析，需要一个拥有复合工程能力的团队，但在2012年左右全面了解纳米孔测序技术细节的，我估计全球范围内不超过200人。」
让我们将目光聚焦回齐碳科技。
2011年，谢丹从伊利诺伊大学香槟分校博士毕业，进入斯坦福大学医学院从事博士后研究。不久之后，ONT推出了纳米孔测序样机。
纳米孔测序原理
「纳米孔测序原理非常酷，一条DNA片段，通过纳米孔，然后结果就出来了，没有繁杂的数据拼接过程。」纳米孔测序给谢丹留下了深刻印象，并在他心里埋下了种子。
而在博士后研究期间，谢丹逐渐萌生了要做测序仪的想法：「当时我在斯坦福一个很偏技术的实验室做技术，有些成果也被Illumina收购了，但做久了就会发现，整个行业都被上游做测序仪的公司把控了。还是得从上游入手，才能产生更大价值。」
于是谢丹开始尝试寻找一起创业的伙伴。因缘际会下，谢丹认识了也想回国发展的白净卫博士。白净卫博士是研究纳米孔测序技术的专家，属于世界上真正了解纳米孔测序技术平台的极少数人之一。
回国后，谢丹找到了自己的七中同学、在西门子中国研究院担任电子仪器专家的胡庚。接着团队又引入其他高端人才，打通了研制纳米孔测序仪的能力链条，终于将齐碳科技的创始团队固定下来。
经过数年研发，从原理样机到工程样机再到产品量产，齐碳科技一步一个脚印，全面突破了纳米孔测序的核心技术，所研发的纳米孔测序仪拥有完全自主知识产权。
相比ONT，齐碳科技的从0到1之路走得既快且稳，这与公司成立之前创始团队就在对相关技术进行研究不无关系。但虽说没走多少弯路，齐碳科技依然花了4年时间才实现产品，这从侧面印证了纳米孔测序仪的研发难度。
谢丹告诉雨前顾问，刚起步时，和大部分创业企业一样也经历过缺钱缺人的过程。初期全靠几位创始人亲力亲为，不过现在情况已大为改观，员工总数接近200人，硕博学历占比超过50%，多名研发人员来自清华、北大、牛津、中科院大学、阿德莱德大学等知名高校。但创始团队依然觉得人才聚集的速度太慢，正在考虑在设立更多的分支机构吸引人才加入。
「齐碳科技在发展过程中，最主要的挑战就是人才。生物医药行业，高精尖的人才集中在北上广，做得好的一般年纪也比较大，不容易挪窝，所以拓展更多分支机构对吸纳人才很有必要。」谢丹表示。
目前齐碳科技双中心运营，北京主攻研发，成都主攻生产。公司已经陆续收到一些合作意向，且客户成分多元化，涉及科研口、医疗口、农业口等。未来一段时间，齐碳科技将致力于产品量产，同时持续加速研发，开发不同应用场景的测序仪。
挑战：全球扳手腕，成都能赢吗？
在对基因测序行业进行深度研判后，雨前顾问认为：当下基因测序行业正处在一个历史性节点上，这跟2005年前后二代测序仪刚推出时很像，未来几年，行业竞争势必加剧，市场格局面临重构。
一代测序，中国的科技水平没能赶上；二代测序，中国以华大基因为代表，通过收购美国公司获取二代测序仪的核心技术开启自研之路；三代测序，中国终于能够参与舞台中央的竞争了。这令人联想起「中国3G落后，4G追平，5G赶超」的故事来。
通过齐碳科技，成都获得了在世界范围内展示科技实力的「门票」。继电子信息后，生物医药是成都下个最有可能突破万亿规模的产业，而基因测序仪，兼具电子信息和生物医药的特征属性，均是成都长板。成都确有资格站在舞台中央，这张门票，得之无愧。
难能可贵的是，在这个世界级的舞台上，成都还能拥有一定话语权：行业通常将纳米孔测序与单分子实时测序等技术合称为第三代测序技术，而齐碳科技为了突出技术独特性，将自家产品定义为「第四代测序仪」。这种说法获得了业界认同，没多久ONT也将自家产品称作第四代测序仪。
认同归认同，竞争还是不能马虎。ONT与Illumina、Illumina与华大基因纠葛不断、交锋激烈，而齐碳科技的入局势必让竞争局势变得更加复杂，这个剧本是「联吴抗曹」，还是「假道伐虢」，亦或「群雄逐鹿」？没人能够预判。
但可以确定的是，中国已经坐上了押注硬科技的牌桌。眼下「门票」难得，在推动基因测序产业发展上，成都应该有动作。（雨前顾问产业分析师 程学怡）
