2014 年，基因组测序巨头 Illumina 宣布，他们的新机器可以以每个基因组 1,000 美元的价格对整个人类基因组进行测序。对于本世纪初问世时每个基因组花费约 9500 万美元的技术来说，这是一个重要的里程碑。
Illumina现在主导着这个行业；但本周，我们了解到它有一些严肃的新竞争。 Ultima 是一家成立 5 年、一直在秘密运营的公司，它表示其测序技术可以以每个基因组 100 美元的价格将整个基因组拼凑起来。 Ultima 还宣布，它已从包括 Andreessen Horowitz、Founders Fund 和 Khosla Ventures 在内的几家风险投资公司筹集了 6 亿美元，以进一步降低风险。
“我们基本上可以同时读取更多的 DNA，”Ultima 的创始人兼首席执行官 Gilad Almogy 告诉彭博社。 “100 美元的基因组是一个主要的拐点，但这绝对不是路的尽头。我们前面还有几十年。我们必须继续推动。”
宣布的时机并非巧合。业界最大的会议，基因组生物学和技术进步 (AGBT) 将于下周举行，Ultima 计划引起轰动。除了揭开其工作和财务支持的面纱外，这家初创公司还发布了四篇详细介绍该技术的论文，以及有关生物信息学和人工智能与谷歌 DeepVariant 和 Sentieon 合作伙伴关系的信息。
“Ultima 是真正的交易，拥有良好的技术，”BioCurious 的联合创始人兼首席架构师兼 Singularity Group 数字生物学主席 Raymond McCauley 告诉Singularity Hub 。 “他们多年来一直在研究 Illumina 杀手。”
100 美元的基因组
要对基因组进行测序，科学家首先必须将其粉碎。下一代测序技术将基因组分解成几百个核苷酸的片段——分子字母 A、G、C、T——并将它们分散在一个表面上，表面上刻有数十亿个微孔。一系列化学反应放大和制备 DNA，然后记录每个孔的序列（通常是光学的）并重新拼凑在一起。
多年来，这种方法不断降低测序成本，但最近这一趋势有所放缓。为了打破瓶颈，Ultima 表示，他们的基因测序仪 UG 100 在对几个关键点进行改进的同时，利用了该过程的最佳部分。
对于排序，Ultima 使用比 CD 稍大的光盘。圆盘表面布满了 100 亿个“着陆垫”，以吸引短 DNA 序列。他们旋转圆盘以将试剂均匀地分散在其表面，然后像在 CD 播放器中一样，以光学方式读取每个着陆垫中捕获的 DNA 片段。最后，他们的系统使用机器学习算法将短序列重新组合在一起。
这不是对流程的彻底改造。相反，根据 McCauley 的说法，Ultima 的系统找到了许多“节省成本和提高性能的巧妙方法”。其中包括更有效地使用试剂——这是成本的一个重要因素——其旋转、开放式流通池设计和早期涉及人工智能。总而言之，节省下来的系统看起来与竞争对手一样准确，但成本效益显着提高。
“看起来他们可以提供真正的 100 美元的基因组，如果你看看消耗品的成本——试剂、专门的化学物质和发生在机器上驱动 DNA 测序的奇特反应的生物成分，”麦考利说，他也是一名开发 Illumina 的下一代 DNA 测序技术的团队成员。
根据国家人类基因组研究所的数据，截至去年，对整个人类基因组进行测序的成本为562 美元。 Ultima 声称 100 美元的基因组将降低 82% 的成本。值得注意的是，Almogy 表示他们可以降价，投资者似乎也同意：6 亿美元对于一家基因组学初创公司来说是一笔不小的数目（在生物技术不景气的情况下）。
但根据 McCauley 的说法，机器本身的成本是一个悬而未决的问题，可能会决定采用的速度。
研究人员是否需要花费 100 万美元才能获得 100 美元的基因组？他说，也不确定感兴趣的研究小组能多快转换机器。他们可能不想在中途进行更改。它不仅可能需要巨大的沉没成本，而且“将 Ultima 苹果与 Illumina 橙子进行比较”可能会让人感到冒险。与此同时，用同样数额的资金研究 10 倍的基因组可能会很有吸引力。
在任何一种情况下，Illumina 都可能会被迫降低价格来竞争。 “即使这一切都发生了，它也会撼动整个行业，并向前迈出一大步，”麦考利说。
梦想与现实
基因组测序的实用性在 2020 年得到了实际测试。当大流行来袭时，科学家们对 SARS-CoV-2 的基因组进行了测序，并将其发送给世界各地的同事。 mRNA 疫苗的制造商使用该序列在几天内开发出可行的候选疫苗。这些候选疫苗后来成为批准的疫苗中的两种，在过去一年半中挽救了大约 220 万人的生命。
进一步降低人类基因组测序的成本也可能产生广泛的影响，从改善癌症治疗到更全面地解码生命的源代码。他们的梦想是让全基因组测序成为临床上的一件轻而易举的事情，通过比较整个人群的基因组，科学家们希望进一步梳理出哪些基因做了什么。
但是，当我们意识到那个梦想时，仍然是不确定的。 “这是否会降低 DNA 测序的价格，足以让您去医生办公室确定您感染了哪些特定细菌或查看您的癌症风险？这个答案将出现得更慢，并且取决于监管部门对新平台的批准，”麦考利说。
此外，对于所有有前途的新技术，记住这一点很重要：生物学的复杂性从不犹豫谦卑的期望。尽管如此，随着科学家们继续解开生活中扭曲的故事，如果我们能够降低从精装本到平装本的阅读成本，那就更好了。