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量化健康:微生物组检测技术或将变革5大医疗行业

文章来源:动脉网发布日期:2016-10-08浏览次数:153

今年美国政府发表声明,将每年投入4亿美元,实施“国家微生物组计划”(NMI),在多家国立机构的帮助下,将尝试在未来两年中绘制并研究这些微生物的组合。加上社会每年10亿美元投入,现在美国每年有14亿美元的资金应用于微生物组的研究。
在美国投资科研界的影响下,随着第二代基因测序技术的成熟,成本大大降低,中国的微生物组研究相关公司,也如雨后春笋般冒出来,而早在14年就创立的专注肠道微生物组检测的量化健康,因其独到的判断力和眼光而获得我们的关注。
从华大“毕业”,创办个体微生物组基因检测的公司

量化健康是一家专注于微生物分子检测以及相关应用的生物技术服务公司。基于二代高通量测序系统,公司针对微生物组检测自主研发出了一系列检测技术及工具;通过这些独有的检测技术与工具为科研以及大健康领域的机构或公司提供微生物检测解决方案。
量化健康创始人赵柏闻曾领导一个数百万美元的研究项目。曾获评"2013年度全球35位35岁以下杰出青年科技创新家”。(MIT《科技商务评论》)、"2014年和2015年度亚洲40位40岁以下的商界精英”(《财富》)、 以及"30位30岁以下亚洲人物榜”(《福布斯》)。

量化健康创始人赵柏闻

18岁时以高中生的身份加入华大基因,在最有可能成为第四代华大领导人的情况下,他离开了中国基因公司中的“老大”,决定自己创业。而且没有从事个人基因组检测的方向,却选择了当时鲜有国人关注的微生物组方向。
对于离开华大创业这件事的回应,赵柏闻告诉动脉网(微信号:vcbeat)记者:“华大就好像是我的大学,我在那里学习了5年。虽然表现良好可以‘留校’,但是毕业了就要离开,我想出去工作,至于为何没有选择个人基因检测,就好比现在很多大学生找工作时,会选择更有前景的,我也一样,我认为个体微生物组基因检测比个人基因检测更有前景,所以就这样做了。”
2015年个人基因检测市场规模是200亿美元,并以10%的年复合增长率增长,赵柏闻告诉动脉网(微信号:vcbeat)记者,未来微生物组检测市场会和个人检测市场一样重要,甚至规模更大。
市场规模将超过个人基因检测
人体健康由两种因素决定遗传因素与环境因素。前者的差异体现在个体基因组,并可通过基因组技术进行测量,后者的差异体现在个体微生物组,并需通过宏基因组技术进行测量。
个体微生物组是人体与环境的界面,换句话说,绝大多数环境因素必须通过人体的内、外表面(皮肤与黏膜)上栖息共生的微生物组,其中包含上千种原核生物与少量单细胞真核生物一一对人体施加影响。
新陈代谢,亦即人体与外界交换能量和物质的过程,被共生微生物组所包含的上百万个功能基因持续调控。而共生微生物组的多样性远高千个体基因组,因而对人体维持稳态起到重要的作用。
自2001年人体基因组计划(HGP)完成以来,针对个体基因组的密集研究在过去十五年间未间断,诸如靶向治疗以及非侵入式产前诊断等相关应用使得个体基因组产业保持着超过10% 的高速年增长率。
微生物检测组是近几年兴起的一个概念,美国在这个领域比较早期的公司ubiome成立于 2012年底,分别在2014年6月和2014年8月拿到150万美元和450万美元的融资。虽然在过去几年中的火爆程度不及个人基因组检测,但赵柏闻认为,随着“国家微生物组计划”(NMI)的实施,微生物组的商业化前景肯定要超越个人基因组检测。
另一方面,虽然针对个体微生物组的研究早于个体基因组,但基础标准的缺失阻碍了其过去数十年的产业化进程,相关产业亦远未达到其潜在的规模。
近年来,得益于次世代测序与生物信息学技术的迅猛进展,数个政府支持的宏基因组研究计划 (例如me[x]taHIT, HMP, NMI)使得深入了解人体微生物组成为可能,并为个体微生物组产业的未来增长增长扫清了潜在的障碍。
时机成熟,但缺乏应用工具

现今科学认为,个体微生物组是人体的第二基因组,其与多种慢性系统性疾病存在关联,主要包括肥胖、II型糖尿病、肝硬化、炎症性肠炎、心境障碍和自身免疫性症状。
通过与我们的大脑的关联,肠道菌群既可控制人类的情绪,还影响我们对食物的喜好。在人体免疫系统方面,研究者发现它们在免疫发展的过程中起到重要作用。微生物还与人体呼吸性疾病、衰老以及癌症关系密切。在药物使用方面,研究者也在关注肠道微生物与抗生素、免疫治疗的关系。实际上,研究者已把肠道微生物作为用药的对象来对待,肠道菌群俨然已是一个不可忽视的器官。
十五年前,个体基因组曾引领了一次技术热潮,现在,随着第二代基因测序技术的成熟,医学科学再次迎来了个体微生物组技术热潮的引爆点。个体微生物组是构成一个自洽、完备的人体生理学所需的最后一块失踪已久的拼图,对此,基础研究已经越来越充足且坚实,然而应用工具却乏善可陈,无法满足正快速涌入这一新产业的公司所需。
因此,这为量化健康提供了广阔的空间,通过为新兴的个体微生物组行业提供一整套专门定制的应用工具(包括 取样器、实验试剂盒、定量设备及分析系统),最终建立行业标准。
个人基因组检测与微生物组检测的区别

个体微生物组具有独特的动态均衡性,在医学应用领域中同时具有实时性与预测性短期来看,区别于个体基因组,个体微生物组能够像血液检测一样反映当下的健康状况,长远来讲,相较于个体基因组,个体微生物组与疾病未来发展趋势之间的关联更加紧密。
赵柏闻告诉动脉网(微信号:vcbeat)记者,个人基因组的检测是一次性的检测,重点在定序。有一个很明显的特征就是它不具备变化性,就是你从出生开始你的基因已经定下来了,除非发生基因突变(例如癌变),它是不会变化的,我们只要检测一次,测出它的基因序列就可以为后续的解读奠定基础。
微生物组检测是有时效性的检测,重点在定量。肠道中含有大量的不同种类的微生物,他们的含量差距很大,在一个微生物组内,某几种微生物基因含量可能高达90%,而其他上千种微生物基因也一共只是占了10%;有些微生物基因丰度很低,两种不同功能基因含量有时候相差7个数量级。个体的差异为加大了微生物组检测的难度,要想得到具有说服力的数据,就需要测量大量的个体,这就大大的增加了工作量。
另外微生物组是变化的,饭前饭后,病前病后等等情况下测量结果是不同的,而正是这种变化,就是微生物组检测的意义,为人为干预提供了前提条件。
给5大医疗行业带来变革
首先是医疗健康行业,现在大量研究发现炎症性肠病、大肠癌、II型糖尿病、肥胖、肝硬化、冠心病、动脉粥样硬化、风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、抑郁症、自闭症等众多慢性病与人体微生物组密切相关。
比如幽门螺杆菌是最常见的有害微生物,引起溃疡;乳酸菌可以减轻压力和焦虑;甲烷短杆菌,人体内大部分的甲烷都是它产生的;双歧杆菌可以治疗多种肠道疾病;瑞士乳杆菌与降低焦虑和忧郁有关;长双歧杆菌与降低焦虑和忧郁有关。
第二个领域是体外诊断行业,根据人体微生物组设计的各种疾病高相关性分子标记物,可以用来进行慢性疾病的早期检测包括早期发现、早期预防和早期干预。
赵柏闻告诉动脉网(微信号:vcbeat)记者,现在(不直接改变微生物群的)弱干预已经得到应用,可以用来指导膳食,但是强干预(对微生物群进行定向改变)还在研究,比如我们确定某些功能基因丰度增加会提升抑郁症风险,我们现在还不能直接干预以减少这些基因,不过经过研究以后有望实现。
第三个领域是健康管理行业,通过微生物组检测,来确定一个健康指标。人体微生物组菌群成分的变化,可以在人体内环境层面反映人体健康特征,菌群就像人体健康的“晴雨表”,可以实时对人体的健康进行监控。
第四个行业是保健品行业,个体间肠道微生态差异导致维生素合成能力的差异,在面对品种繁多的维生素时,盲目的选择轻则影响吸收,重则导致结石、胃溃疡、肝炎等疾病。
赵柏闻告诉记者,目前市场上有品种繁多的保健品,但是我们自己并不知道自己适合哪一种,通过微生物组检测我们就知道自己缺少什么微生物(对应的功能基因),相应的就缺少对应的益生物质,我们就可以针对性的购买。例如:双歧杆菌能合成维生素B、大肠杆菌能合成维生素K、链球菌能合成维生素C。如果你体内双歧杆菌含量很低,你就多吃富含维生素B的营养品。
最后一个是制药行业,据悉,微生物组即将作为新药研发的安全性标准被纳入药物规范。这在进一步提升临床药物安全性的同时,也为新药研发造就了新的门槛。制药行业亦将投入大量资源,通过人体微生物组检测来评估药物对人体安全的潜在影响。
独特的技术
线性富集™(LinEnrich™)技术和知识库平台是量化健康的核心竞争力。
线性富集™(LinEnrich™)技术是量化健康针对微生物研究领域,自主研发的基因检测技术,首次实现了微生物群样品的目标捕获定量测序;在原始样品分子数目允许的范围内产出高达1G以上的高质量数据,保证基因丰度信息的完整性。
线性富集™技术针对样品内丰度较低(相对丰度<10^-4)的目标序列,在同等有效数据的前提下,相比传统宏基因组测序,线性富集™可大幅降低检测成本;在疾病关联分析、环境微生物组检测、临床样本病原检测等领域有着广泛应用空间。
说的通俗一点,如果原来用全基因组技术进行一次样品微生物组检测,要将样品微生物组内所有的微生物进行检测,数据可能达到10GB,利用线性富集™(LinEnrich™)技术,我们只需要针对性的对所需要的微生物进行检测就可以,得到的数据只有几十MB,这就大大减少了工作人员分析的工作量。
知识库平台针对微生物组基因复杂的特性,知识库平台(Knowledgeba[x]se)项目是构建把微生物组测序数据进行抽象化后,再结合样品的me[x]tadata进行分析的计算平台。知识库平台的目标,是让不具有基因数据抽象能力的科研人员、医生以及公司等非生物信息分析“专业人士”,能够充分利用该平台来参与到对基因组的应用级别开发当中。
只招专业人才

量化健康员工主要分为实验型人才和信息型人才。从事信息处理的员工主要是编程人员和数据处理人员。从事实验的员工主要是化学化工,分子生物学专业。赵柏闻告诉记者,虽然跨学科的人才基本是他们的需要,但是术业有专攻,只要招收各行专才,加上协调人员就可以更好地好地完成工作。这样的用人理念,也加快了他们研究的进程。
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