Разрабатываемые технологии NGS

Владислав Трошинvladislav.troshin@gmail.com

8-929-509-44-89

ООО «Троицкий Инженерный Центр»

Россия, 142190 г. Москва, г. Троицк, Сиреневый бульвар, д.1. www.trdc.com

Рынок существующих технологий

Рынок существующих технологий

Мировой рынок NGS систем

Общее число устройств превышает 2500 шт. по данным из открытых источников и 10000 тысяч штук оценочное число. Так, в Китае оценочное число NGS систем 500-700 шт. Явно большее число устройств в Японии, Израиле, скандинавских странах.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

916

233189174158

95 89 80 7853 51 40 39 33 32 29 24 23 18 17 15 15 14 14 13 12 12 11 9 9 6 6 6 6 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

Гонконг

Сингапур

Стоимость секвенирования

Стоимость секвенирования падает очень быстрыми темпами:

1. Завершение проекта «Геном человека»;

2. Выход на рынок первых NGS систем;

3. Появление и распространение настольных NGS систем, снижение стоимости обработки данных;

4. ? Если цена секвенирования генома упадет ещё на 2 порядка, то данная технология станет доступной практически любому человеку.

09.2001

09.2002

10.2003

04.2004

10.2004

04.2005

10.2005

04.2006

10.2006

04.2007

10.2007

04.2008

10.2008

04.2009

10.2009

04.2010

10.2010

04.2011

01.2012

07.2012

01.2013

07.2013

01.20140.01

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

100000000

Изменение стоимости секвенирования

Стоимость секвенирования Mb последовательности ДНК, $Стоимость секвенирования генома, $

1

2

3

4

Кроме научных исследований активно начинается использование NGS систем в медицине, начинает развиваться персонализированная медицина.

На рынке уже представлены компании с продуктами для персональной медицины. К примеру, компании Myriad http://www.myriad.com/products/ и Cardiodx http://www.cardiodx.com , предлагающие продукты для диагностики заболеваний, связанных с генетикой. Их генетические тесты уже прошли все стадии проверки, клинические тесты и доступные на рынке.

http://www.genome.gov/sequencingcosts/

Поколения NGS систем

Поколения NGS систем

Первое поколение Второе поколение и поколение 2,5 Третье поколение Четвертое

поколение

Базовая технологияРазделение по размерам ДНК с метками на концах молекул, полученных методом обрыва цепи или разрушения ДНК

Циклический процесс добавления нуклеотидов, детектирования сигнала, промывки. Так называемый секвенирование синтезом.

Секвенирования синтезом, разрушением или любым другим способом.

Прямое чтение последовательности ДНК на основе какого-либо физического эффекта

Разрешение Усреднение данных с множества копий молекул ДНК

Усреднение данных с множества копий молекул ДНК

Данные с одной молекулы ДНК

Данные с одной молекулы ДНК

Точность чтения Высокая Высокая Управляемая УправляемаяДлина чтения (max) 800-1000 bp 200-500 bp 1000-5000 bp >10000Пропускная способность Низкая Высокая Управляемая Управляемая

Стоимость чтенияВысокая в пересчете на одно основание. Низкая на запуск чтения.

Низкая в пересчете на одно основание. Высокая на запуск чтения.

Управляемая Управляемая

Секвенирование РНК Только по копии в ДНК Только по копии в ДНК Прямое ПрямоеВремя одного цикла Часы. Дни. Часы. Часы.

Подготовка образцов Сложная. Требуется амплификация.

Сложная. Требуется многократная амплификация. Зависит от технологии. Зависит от

технологии.

Анализ данных Рутинный.Сложный из-за большого количества данных и необходимости сопоставлять короткие цепи.

Сложная из-за необходимость использовать новые алгоритмы.

Слажная из-за необходимости использовать новые алгоритмы.

Данные Только последовательность. Только последовательность.Последовательносить и некоторые другие данные.

Последовательносить и некоторые другие данные.

За основу взято: Eric E. Schadt , Steve Turner and Andrew Kasarskis. A window into third-generation sequencing. Human Molecular Genetics, 2010, Vol. 19, Review Issue 2.∗

Распределение по платформам

Платформа Число устройств

Стоимость, USD

Стоимость всех устройств, USD Компания Число

устройствПолная

стоимость, USD

Illumina HiSeq 2000 (2500) 826 690000 569940000 Illumina 1520 720565000

Illumina Genome Analyser 2x 511 250000 127750000 ABI SOLID 329 157920000

ABI SOLiD 329 480000 157920000 Roche 367 183500000Roche 454 367 500000 183500000 Ion 308 21400000

Ion Torrent (PGM) 248 50000 12400000 Pacific Bioscience 44 30800000

Ion Proton 60 150000 9000000 Всего: 2568 1114185000Illumina MiSeq 183 125000 22875000 Основано на открытых данных. Учитывается

только стоимость устройств. Стоимость обработки данных и сервисы не учитываются (реагенты, чипы и т.д.)

Pacbio RS 44 700000 30800000Total: 2568 1114185000

В основном секвенаторы второго и третьего поколений. Распространение секвенаторов первого поколения ограничивает высокая стоимость устройства, единичного анализа и время работы.

Большинство устройств для секвенирования имеет стоимость выше 150000 USD, требует доступа к значительным вычислительным устройствам (суперкомпьютерам, облачным сервисам), имеют высокую цену обслуживания и запуска, таким образом приобрести и использовать оптические NGS секвенаторы могут только крупные научные центры.

Распределение по платформам

Illumina HiSeq 2000 (2500)

Illumina Genome

Analyser 2x

ABI SOLiD Roche 454 Ion Torrent (PGM)

Ion Proton Illumina MiSeq Pacbio RS Total:0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0

200000000

400000000

600000000

800000000

1000000000

1200000000

Machines by platform Total value, USD

Общий рынок NGS систем, расходных материалов, сервисного обслуживания и т.д. составил в 2011 году 1.6 миллиарда USD. В 2013 году уже 2-2,5 миллиарда USD. Прогнозируется рост до 5-6.6 миллиардов USD к 2016 году. Только устройств второго и третьего поколения продано за все время их выпуска на рынок на сумму более 1 миллиарда USD.

Например, рыночная капитализация компании Illumina (NASDAQ: ILMN) более 18.6 млрд. USD, а капитализация Pacific Bioscience (NASDAQ: PACB) более 317 млн. USD.

Общая ситуация

Основным лидером в области высокопроизводительных систем являются компания Illumina (второе поколение секвенаторов). В области настольных систем для анализа относительно небольших последовательностей Life Technologies (Ion PGM – второе-третье поколение) по числу установленных секвенаторов и компания IIlumina (MiSeq) от выручки от проданных устройств. Но учитывая относительно недавний выход Ion Torrent на рынок при очень активных продажах наиболее вероятно их лидерство в этом сегменте рынка. Вывод в начале 2012 года нового продукта для анализа полных геномов (Ion Proton – более производительная версия Ion PGM) по цене в 150000 USD может сместить рынок в сторону их продуктов.

Происходит вывод на рынок устройств 3-го поколения. Несколько компаний разрабатывает устройства 4-го поколения.

Происходит разделение рынка на два направления – секвенаторы с высокой производительностью, высокой стоимостью для научных центров (более 150000 USD) и секвенаторы с низкой производительностью (настольные системы) для отдельных лабораторий (устройства Ion Torrent PGM, Illumina MiSeq и Roche 454 GS Junior – стоимостью до 150000 USD).

Разделение линеек продукции основных производителей на два направления. Производительные системы для научных центров и настольные системы для лабораторий и малых компаний. Цены устройств делятся аналогично 300-900 тыс. USD за большие системы, менее 150 тыс. USD за настольные системы. Появляются «промежуточные системы» - Next Seq 500.

Устойчивый рост отрасли. Потребность в устройствах для диагностики с низкими затратами на обслуживание. Цена самого устройства влияет пока незначительно. Основная масса проданных устройств относится к верхнему ценовому диапазону.

Разрабатываемые технологии

Нанопоры

Для секвенирования с использованием пор предлагают различные технологии. В общем виде технологии основаны на том, что при прохождении ДНК через пору регистрируется какой-либо сигнал.

Это может быть ионный ток, туннельный ток, изменение ёмкости, флюоресценция и т.д.

Genia Technologies, Inc.

http://www.geniachip.com/

Регистрируется изменение тока при прохождении отдельных нуклеотидов через нанопоры.

OxfordNanoporeTechnologies

https://www.nanoporetech.com

Регистрируется изменение тока при прохождении отдельных нуклеотидов через нанопоры или прохождения цепочки ДНК через пору.

Предполагается использовать различные варианты пор (биологические, изготовленные методом литографии, из графена и т.д.)

IBM

Регистрируется изменение тока при прохождении цепочки ДНК через сформированное методами литографии устройство.

Нанопоры

Nabsys

http://nabsys.com/

Регистрируется изменение тока при прохождении цепочки ДНК с метками через поры.

Noblegen Biosciences, Inc. 

http://www.noblegenbio.com/Technology.html

Регистрируется изменение тока при прохождении цепочки ДНК с метками через поры.

Другой метод предполагает регистрацию флуоресценции меток при прохождении цепочек ДНК через поры.

Нанопоры

Two Pore Guys

http://twoporeguys.com/

Дополнительно к регистрирующей поре добавляются ещё два слоя для фиксации цепочки ДНК.

HEWLETT PACKARD

US 2006/0275911 A1

ДНК протаскивают между частицами серебра в фокусе лазерного излучения для получения SERS.

Электронный микроскоп

ZS Genetics

http://www.zsgenetics.com/

Секвенирование с помощью электронного микроскопа. Цепочки ДНК допируют атомами тяжёлых металлов.

 Electron Optica

http://www.electronoptica.com/

Секвенирование с помощью электронного микроскопа. Цепочки ДНК допируют атомами тяжёлых металлов.

Чипы

GenapSys

http://genapsys.com/

Секвенирование на чипах. Предположительно в основе технологии лежит изменение силы тока при присоединении новых нуклеотидов.

Существует ещё около 30 компаний с различными проектами на стадии R&D.

Троицкий инженерный центр

ООО «Троицкий инженерный центр» - частная коммерческая организация, созданная для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, производство и продажи наукоёмкой продукции, оказания консалтинговых и маркетинговых услуг в области высоких технологий.

Мы предлагаем услуги по инженерному, маркетинговому и технологическому сопровождению разработок в области оптической спектроскопии, электроники и связанных областях.

Пример задачи: создание считывающего устройства для микрофлюидных чипов. Цена коммерческих устройств около 2 млн. руб. Отечественного пока не представлено.

Спасибо за внимание!

Владислав Трошинvladislav.troshin@gmail.com

8-929-509-44-89

ООО «Троицкий Инженерный Центр»

Россия, 142190 г. Москва, г. Троицк, Сиреневый бульвар, д.1. www.trdc.com