“碳原子为骨架的核酸分子在电场力作用下整齐划一地穿过蛋白纳米孔通道。”
在QNome-3841的产品发布会上，齐碳科技联合创始人&CEO胡庚第一次完整对外解释了公司名称的由来，这个直白得不能更直白的名字里，或许藏着这群探路者和创新者对造出纳米孔单分子基因测序仪的专注和执拗，毕竟在基因科技给人们带来的无限幻想里，生命信息被精准解码，是最基本的前提。
齐碳科技联合创始人&CEO胡庚 （图片来自齐碳科技）
齐碳科技联合创始人&首席科学家白净卫发布了市场期待已久的国产纳米孔基因测序仪QNome-3841。这是齐碳团队继去年9月发布国内首款纳米孔基因测序仪QNome-9604后，又一备受瞩目的市场动作——推出第一款可投入量产、大规模投放市场的商业化产品。
如果纳米孔测序也成了像NGS那样的划时代技术，QNome-3841必定会写进人类探索微观世界的历史。
齐碳科技联合创始人&首席科学家白净卫 （图片来自齐碳科技）
QNome-3841上市前，齐碳科技于今年5月开启了Alpha Test，基于QNome-9604测序平台，在病原体研究、遗传病研究、肿瘤研究、司法刑侦、动植物保护等领域，与高校、科研院所、测序企业等多家机构开展合作，涉及70多个项目，1500多个样本。
相比稳定输出的800Gb数据，对齐碳科技而言，Alpha Test更重要的意义在于，用户给予国产纳米孔测序仪的信任与期待，远超团队所想。所以从某种意义上讲，QNome-3841的上市和国产纳米孔测序时代的开启，并不单纯是齐碳科技的事。
在过往与动脉网的每次接触中，齐碳科技分享更多的其实是关于自身纳米孔测序技术阶段性局限的思考，比如电学模块对分子震颤的控制、纳米孔结构如何更优化、有机基材芯片可塑性加强等，每次都带着解决方案。今年6月齐碳宣布B轮融资时，白净卫曾表示，新一代纳米孔蛋白的研发正接近尾声，而12月初，新款仪器的推出，齐碳科技又完成了一次新的产品迭代。
如今，QNome-3841在侧，白净卫的思考又去了更远处，齐碳科技已经开始设想万物成链、皆可测序的未来。
在国内，齐碳科技几乎是最早全身心投入基于生物纳米孔的测序技术研发创业团队，他们保持了很高的迭代速度。这个组建于2016年的团队，第二年就成功研发出16通道的原理样机，次年即升级到64通道工程样机。2020年1月，齐碳科技推出最小可行化产品，实现了384个纳米孔。以此为基础，2020年9月，齐碳科技正式发布抽纸盒大小的初代产品QNome-9604纳米孔基因测序仪，输出百兆级测序通量，单次测序准确率可以达到85%。
发布会当天亮相的测序仪QNome-3841是QNome-9604升级后的版本，采用自主研发的ASIC集成电路，在国内率先实现纳米孔测序仪的量产。
单分子测序被视为继Sanger测序、NGS测序之后的新一代基因测序技术，具备明显的代际差异化优势，比如更长的读长、更快的测序速度、更低的成本等，但准确率缺陷一直制约着这项技术在更广泛场景中的应用。
对此，齐碳科技的解决方案之一是不断改进纳米孔蛋白。
过去5年间，齐碳科技逐渐建立起了完整的纳米孔蛋白筛选、鉴定和优化体系。2020年末，借助飞速发展的结构生物学技术，齐碳科技发现了新的纳米孔蛋白系列，并从上百个候选骨架中筛选出具有改造潜力的蛋白质，经过深入研究和改造优化后， K2孔蛋白诞生。“这其实是个浩大的蛋白质工程。”白净卫表示，但新的蛋白骨架效果惊人，在没有算法优化前，测序准确率就已经从90%蹿升到95%，“这是质的变化。”相比前一代的K1孔蛋白，K2孔蛋白能使电流信号分布更均匀，跳变范围更大。据了解，齐碳科技仍在不断优化纳米孔蛋白的结构均匀性和完整度，进一步将纳米孔测序的准确率提升到与NGS相当的水平。
QNome3841（图片来自齐碳科技）
从外观看，QNome-3841相比QNome-9604更简洁、小巧便携，真正实现了掌上测序仪的设想，方便实验室人员移动使用，或者带到现场完成工作。读长方面，长读长本身就是纳米孔单分子测序的显著特点，理论上测序的读长没有限制，而只取决于样本核酸的长度，因此它的读长范围很大，齐碳内部实测已达到300kb。准确率方面，QNome-3841配套的高速模型，单次准确率可以达到90%，一致性准确率（50×）达99.9%。通量方面，QNome-3841相比上代产品也有更好表现，8个小时数据产出可以达到1~1.5Gb。
按照齐碳科技的设想，QNome-3841测序仪将是一款面向各类用户的，充分发挥链测序法技术优势的，可以边测序边分析的，全面认知基因与发现疾病机理的工具。换言之，他们希望人们借力QNome-3841，去更好地认知生命。那么，可及、好用，将是最基本的要求。
齐碳科技联合创始人谢丹告诉动脉网，齐碳科技位于成都天府国际生物城的生产基地已经建设完工，即将投入使用。这个总面积4000余平的国内首个纳米孔测序仪生产基地，建有蛋白试剂、生物芯片、测序仪等生产车间，实现了纳米孔测序的测序仪以及配套芯片试剂全线生产，“产能方面，可轻松实现每年2000台纳米孔测序仪，百万份配套芯片及试剂盒。”
“纳米孔蛋白是最关键的核心部件。我们过去5年主要就是围绕它的筛选、开发和生产工艺构建在做工作，全自主研发就可以全自主生产，所以进入量产环节，这部分是我们满足产能最稳定的保障。”谢丹表示。
作为纳米孔测序仪的核心组件，在流体芯片方面，齐碳开发了两类流体芯片——基于有机基材和基于硅基材。前者开发难度极大，完全属于齐碳创新性自主研发，有很好的成本优势；后者基于传统的半导体工艺加工，具备更成熟的量产可及性，稳定性更好。
操作系统方面，QNome-3841也提供了两种选择，即基于高性能计算的单机版测序系统和分布式计算的测序系统，尽可能满足用户不同场景下的应用需求，让它足够好用。
具体而言，单机版测序系统下，用户可以选择高速或者高精度的算法模式，从而在效率需求和准确率需求间自主切换。此外，单机版测序平台支持跨平台操作，覆盖PC端、移动端，方便用户多场景使用，并且软件平台采用微服务架构，模块化的设计，让运行中不会因为单个模块需要优化升级而影响其他模块运行。分布式计算的测序平台则是基于云，用户可以选择公有云或者私有云，能够满足大型医院、测序中心等应用场景中对多测序平台的统一管理需求。与此同时，在样本采集、核酸提取、文库制备、生信分析等环节，齐碳科技都会提供必要的技术支持。
“我们的目标，就是让国产的纳米孔测序仪真正地服务于应用端，开启纳米孔测序国产化时代。”谢丹指出。
当被问及国产纳米孔测序仪将在何时、以怎样的方式实现科研、临床、司法、工业等多个应用场景遍地开花时，谢丹表示这也是齐碳科技一直在思考的问题。“这就像纳米孔测序仪本身的开发，是电化学、结构生物学、基因组学等多个技术共同推动的结果，纳米孔测序仪的应用生态构建也不会是单变量作用而成的。”谢丹说，“我们现在能够准确把握的，是多个应用场景对纳米孔测序仪的明确需求，和它满足特定需求的能力，我们所要做的，是推动纳米孔测序仪在各个应用场景中的繁荣。”
在Alpha Test阶段，QNome-9604被应用到微生物宏基因组检测、物种鉴定、小型基因组装、临床病原体检测、病毒分型等多个研究领域中，其各项数据的纪录不断被打破，齐碳科技内部的产品设计和生产工艺也持续完善。
齐碳科技联合创始人谢丹 （图片来自齐碳科技）
在与和清华大学附属长庚医院合作的关于血流感染宏基因组研究中，基于纳米孔测序平台特点，合作开发了高效去除宿主核酸的方法，利用QNome-9604测序平台，对一例临床发热患者外周血样本进行病原微生物宏基因组测序，该样本的微生物培养法检测结果为阴性，但利用齐碳测序平台发现了其中微量的致病菌。而在另一项与北京大学第三医院合作的针对下呼吸道感染样本进行的宏基因组检测中，利用QNome-9604测序平台，研究人员获得了患者体内更全面的感染细菌谱。
谢丹指出，Alpha Test验证了齐碳科技开发纳米孔测序仪的产品逻辑，这种显著区别于主流NGS测序方法的更长读长、更快速的测序手段，已经在一系列尚未发现有效测序方案的场景中，提供了新的思路和可以复制的解法，“未来，随着纳米孔测序技术更加完善和普及，我们认为基因科技可以解决更多的人类问题。”
据了解，在接下来的推广周期中，一方面，齐碳科技会结合活动、会议、联合研究的方式，让更多研究者了解纳米孔测序技术。另一方面，由于纳米孔测序作为一项前沿科技，齐碳科技正在积极建立遍布全国的本地服务团队网络，配合用户的学习曲线，提供及时的技术支持。“这个阶段最重要的工作，就是让纳米孔测序仪在有需求的场景更快、更好地落地。”谢丹表示。
人类对生命奥秘的探索，正在纵深走向微观，从人体到器官，从组织到细胞，每一次拓展都在更准确地理解自己和世界。在基因科技的帮助下，人们看到了分子层面的生命，如果二代测序呈现的是一个削峰填谷之后的中心法则，纳米孔测序无疑提供了更丰富的细节，而那里面，或许就藏着我们探寻许久的答案。
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