在神秘的生命科学领域，隐藏着无数的谜团和奥秘等待科学家去揭晓，基因测序如同一把钥匙，为科学家打开了探索生命奥秘的大门。面对遗传病早期筛查、重大疫情防控、农作物改良、生物多样性保护等领域越来越紧迫的测序需求，如何快速、准确而又能低成本、大规模地开展基因测序成为基因测序技术发展面临的巨大挑战。

在前不久揭晓的“科创中国”先导技术榜单上，专攻第四代基因测序系统解决方案的北京普译生物科技有限公司（简称“普译生物”），凭借其“生物纳米孔基因测序”技术成功入选并名列榜首。这一成就不仅彰显了普译生物在基因测序领域的创新能力，也进一步体现了全社会对基因测序行业的高度关注与期待。近日，“科创中国”平台对普译生物的创始人兼董事长黄亿华研究员进行了专访，深入挖掘了普译生物的发展历程和纳米孔测序背后的故事，为我们揭开了这项前沿科技的神秘面纱。

（团队成员正在进行沟通。图片由受访者提供）

从实验室到市场：开启纳米孔测序新篇章

早在1989年，纳米孔测序原理就已问世。但之后20多年中，由于缺少空间结构合适、电流限制区直径在1纳米左右、可用于高准确度测序的膜蛋白纳米孔道等原因一直未能成功实现。多年来，生命科学领域内一直在寻找具有合适结构的膜蛋白孔道，但成功者寥寥。

黄亿华主要从事膜蛋白结构与功能研究，在博士后期间，他接触到纳米孔测序技术，洞察到具有潜在测序能力的膜蛋白纳米孔所需要的特征，于是在2011年回国成立独立课题组以后，就将筛选发现和解析膜蛋白纳米孔原子水平的结构作为课题组的重点研究方向之一。

经过不懈的努力，黄亿华团队在2014年成功解析出一种极具测序潜力的纳米孔蛋白——大肠杆菌外膜多肽分泌孔道蛋白CsgG的高分辨三维结构。然而，令人遗憾的是，这一成果刚发表不久就被牛津纳米孔测序技术公司（ONT）申请了专利，该公司还基于此开发出世界首款商用纳米孔基因测序仪。

面对这一打击，黄亿华团队并未气馁，还是决定从头再来。经过数年的艰苦攻关，他们终于鉴定出一种性能不亚于CsgG的新型纳米孔蛋白。这一次，他们决定不再让机会溜走，第一时间在中国科学院生物物理研究所组建纳米孔测序技术研发团队，致力于推动我国自主知识产权的纳米孔测序仪的研制。

经过协作攻关，研发团队在2018年6月基于新型纳米孔完成了纳米孔测序的原理验证，并在单通道条件下完成了纳米孔测序全部流程。此时，第四代基因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。而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。

随着项目的顺利开展，技术团队面临了一个非常严峻的问题：测序仪是产品，最终是要面向市场的，而研发团队即使规模再大、组织再完善，也无法完成产品的生产与销售，尤其是纳米孔测序芯片的研制和相关工艺的优化，更需要大量资金和人员等的投入。基于这些原因，普译生物应运而生，逐步迈上让科研成果落地之路。

技术落地，探索生命科学新场景

2024年，普译生物迎来市场化元年。1月，公司发布首款中高通量纳米孔基因测序仪PolyseqOne以及配套芯片和试剂盒。该系统测序仪重量仅1.5kg，单张测序芯片具有2560个测序单元，测序通量达20-40 Gb，单次测序准确率超过97%，一致性准确率（30×）大于99.99%，最长测序读长大于300 Kb。

（PolyseqOne纳米孔测序仪和PolyseqCell纳米孔测序芯片。图片由受访者提供）

这款测序仪的推出，标志着团队的纳米孔测序技术正式走向市场。而它的应用场景也极为广泛，从常规DNA测序到病原体快速筛查、RNA直接测序以及表观遗传修饰信息检测等多种测序需求，都能得到满足。

作为第四代测序技术，纳米孔测序链测序法具有快速、便捷、实时、超长读长等特点，并能直接测定RNA序列和检测碱基修饰，弥补了其他测序技术的短板，并提高了测序效率，提供了更全面、更先进和潜在更低测序成本的基因测序解决方案。

然而，纳米孔测序技术的研发之路并非坦途。其研发过程具有典型的多学科交叉特征，技术环节包括蛋白质工程、结构生物学、分子生物学、酶学、电生理学、高分子合成、半导体芯片设计、表面化学、精密仪器设计、计算机软件、生物信息学和机器学习等多个领域，需要不同领域研发人员的深度合作，因此研发难度很高，团队在研发过程中遇到了众多的挑战。

以公司核心优势的纳米孔蛋白的筛选和优化为例，早期的研究虽然找到了具有测序潜力的纳米孔蛋白，但如何进一步优化这些蛋白，使其具备更好的测序性能和测序准确度，是一项艰巨的任务。为此，团队开展了多方面研究协作，进行了包括高分辨率结构的解析、人工智能蛋白质设计、建立更便捷的孔蛋白测序性能检测平台等方法进行筛选和优化。

在传染病监测与快速诊断方面，纳米孔测序技术能够迅速识别病原体，为疫情防控提供关键信息。在肿瘤基因突变分析与遗传病诊断方面，它能够精准定位突变基因，为个性化治疗提供有力支持。此外，在微生物组分析、食品与农产品安全、法医鉴定与考古基因组学等领域，纳米孔测序技术也能发挥重要作用。

基因测序市场前景广阔，未来发展任重道远

近年来，中国的基因测序行业蓬勃发展。数据显示，2023年，中国基因测序行业市场规模达225.6亿元，同比增长19.24%。尽管纳米孔测序技术已经取得了显著成果，但黄亿华研究员依然保持着清醒的头脑。他认为，虽然纳米孔测序原理已提出多年，国际上首台商用纳米孔测序仪也已推出近10年，但由于该技术本身的特征及研发难度，测序仪研发及产品商业化周期较长，现阶段应该说仍然是这一技术发展和应用推广初期。而且与ONT等国际领先企业相比，国内团队在准确度、通量、系统的稳定性与应用推广等方面仍存在较大差距。

（团队成员进行讨论。图片由受访者提供）

不过，黄亿华和他的团队也对未来充满了信心。他相信，随着团队与国内纳米孔测序技术的攀升，纳米孔测序技术必将获得越来越广泛的应用，不仅可以协助解决我国在基因测序领域这一“卡脖子”问题，提升我国在国际基因测序应用市场上的竞争力，还将对我国生命科学、人口健康、农业和公共安全等诸多领域产生重大而深远的影响。

黄亿华表示，在接下来的时间里，普译生物将继续在提高测序准确度与通量、推动多样化应用场景、降低测序成本、加强与科研临床机构的合作联结等方面持续发力。“只要认准目标，把握住正确的方向，踏踏实实地努力，纳米孔测序技术一定能够书写出更加辉煌的篇章。”（作者：袁源）