齊碳科技：為探索基因“密碼”提供新“鑰匙”

王艾艾

提取人類基因進行檢測，對疾病預警、診斷分析和控制治療有著重要意義，特別是在判斷腫瘤和未知病原時，能給醫護人員提供關鍵信息。如今，一臺小巧便攜的儀器就可以完成這項艱巨的工作。

這臺儀器就是齊碳科技在去年9月發布的國內首款納米孔基因測序儀QNome-9604，同步還發布了配套的測序芯片QCell-3841和測序試劑盒Qeagen-8，后兩者是基因測序儀的核心組件。

就像手機芯片決定了設備的運行效果、攝像頭為手機拓展了新功能一樣，配套發布的測序芯片和測序試劑盒讓基因測序儀擁有更強大的功能。

齊碳科技是中關村高新技術企業，已成功研發出納米孔基因測序儀的原理樣機、工程樣機和產品樣機，填補了中國自主研發納米孔基因測序儀器的空白。該公司曾獲2018中關村國際前沿科技創新大賽一等獎。

堅持自主研發

打破技術壁壘

2010年前后，國際基因測序巨頭的二代基因測序儀一經上市，就以高通量、高準確性、低成本的特點受到了市場的青睞。二代基因測序儀的出現加速了基因測序從高精尖的科研服務向臨床應用領域拓展的進程。

此時，國內測序服務商通過獲得主流二代廠商的部分專利授權，合作開發的一批測序儀產品相繼獲批上市，這在一定程度上改變了市場長期被國外技術壟斷的局面，但這種模式讓國內企業無法獲得創新紅利，產品也缺少技術迭代的活力。

二代基因測序儀也有自己的短板，如高通量測序的讀長短、操作復雜、不能滿足臨床場景下復雜樣本的測序需求等。這為進一步發展基因測序技術，留下了思考空間。

齊碳科技一開始就選擇了自主研發的道路，其研發的納米孔基因測序儀就屬于第四代基因測序技術。

齊碳科技納米孔基因測序儀，可以達到150Kbp以上的超長讀長，8小時穩定產出500Mbp數據，適用于微生物檢測、擴增子測序等快速靈活的使用場景，可分離式芯片設計極大降低單次使用成本。

到底有多厲害？讓我們與二代基因測序技術對比一下。

市場上主流二代基因測序技術的讀長約有300對或者150對堿基對，齊碳科技四代基因測序技術的讀長已經達到15萬對堿基對，是二代基因測序技術的500倍至1000倍。

齊碳科技四代基因測序技術彌補了二代基因測序技術的局限，并拓展了基因測序的應用場景。易攜帶、高效能的特點，使其在公共衛生、醫療健康和刑偵檢測方面擁有更多的發展空間。

直面科研挑戰

打造精良工藝

相對于競爭激烈的二代基因測序市場，四代基因測序技術的整個研發過程中會涉及核酸、蛋白、流體芯片、信號處理電路和堿基識別算法等多個學科，門檻比較高，前景一片寬廣。

這讓齊碳科技年輕的科研人員激動不已，同時他們也面臨著巨大的挑戰。

擺在他們面前的第一道難題就是要生產出符合所需結構的蛋白，也就是納米孔蛋白和控速蛋白。納米孔蛋白用來提供納米尺寸的蛋白質通道，控速蛋白用來控制單鏈核酸通過納米孔蛋白的速度。事實上，這些蛋白原本在自然界中可能并不存在，需要齊碳科技的科研人員像建筑師一樣，發揮想象力，設計出目標蛋白的結構。

齊碳科技全家福

挑戰才剛剛開始。

首先，要“想”出來。研究人員需要憑借扎實的科學素養和創新的想象力，提出全新的蛋白結構，而且要提出好多種，從中選取條件最好的，來提高基因測序儀的性能。

其次，要“做”出來，也就是進到實驗室根據設定的結構穩定地把蛋白培養出來。我們知道世界上沒有完全相同的兩片葉子，具有生命體屬性的蛋白也不是輕易就能“復制”的。實驗室要有精良的工藝，才能保證每批次培育出來的蛋白在屬性和功效上盡可能得相近，才算“做”的出來。

蛋白身材雖小，卻肩負著核心技術的使命，齊碳科技經過不計其數的設計和驗證，取得了一定成績，也進行了相應的知識產權布局。

水是生命之源。“調皮”的蛋白也需要在水中才能更好地工作。于是，齊碳科技設計了特制的流體芯片和測序試劑，提供蛋白所需的液體環境和“養料”。這樣，蛋白就能在環境舒適、伙食充足的條件下開工了。一個納米孔蛋白搭配一個控速蛋白，“專一”的蛋白們就這樣配對進入流體芯片設置的孔中進行作業。

蛋白們的勞動成果是一種極其微弱的電流。為此，齊碳科技設計了一種專用集成電路，用來收集這些高低不一的電信號，同時將電信號放大到普通設備可識別的程度。這時，問題就又來了。放大電信號的同時，干擾噪音也會被放大，這就需要做到在降噪的同時保留有效信息。

最后，齊碳科技通過人工智能算法來分析這些已經處理過的電信號，從而解讀出目標基因序列的意義。

經過四年的大量測試和改良，齊碳科技成為國內第一家成功研發出原理樣機、工程樣機和產品樣機，并且能夠穩定獲得有效數據的企業。

“納米孔測序技術，目前還處于早期階段，穩定性、準確率等關鍵技術指標仍在持續提升。未來，我們要繼續改進產品性能，降低成本，讓使用更加方便。”齊碳科技的相關負責人說。

從0到1的改變

技術和團隊共進

目前，齊碳科技的研發團隊有70余人，大多是來自清華、北大、中科院、牛津大學等知名院校的高材生。這樣一群“聰明人”聚在一起組建的團隊，是否從一開始就合作無間呢？

齊碳的相關負責人回答：“不是。”

為了解決研發過程中涉及多個學科技術的問題，齊碳科技召集了各個領域的人才。這樣的好處是，具體的技術攻關問題都有專業的人來解決。隨之而來的問題是，大家來自不同的專業領域，對于跨領域的技術問題不夠了解，這就給協作溝通造成了阻礙。

隔行如隔山，齊碳科技在成立之初，跨部門溝通時就會出現“雞同鴨講”的局面。

為了讓公司順利步入正軌，齊碳科技內部密切溝通，而且定期舉行業務培訓會。業務帶頭人既帶隊攻克本領域的技術問題，也帶隊從0學習跨領域的知識。

如今，齊碳科技已經走過了四個年頭。產品技術得到大幅度地提升，研發團隊間形成了高度的默契，跨部門溝通間的學術障礙也已經遠去。

就是這樣一群年輕的科研人員，正努力用技術改變世界，也不斷讓自己成長。齊碳科技用自主研發的四代基因測序儀見證國內新的基因測序時代的到來，用高質量、高通量、更便攜的測序儀器，為人類探索基因“密碼”提供新的“鑰匙”。