中国基因测序行业研究报告

中国基因测序行业研究报告编制机构：金地毯大数据中心发稿时间：2016-10-08金地毯大数据中心第1页中国基因测序行业研究报告1.基因测序技术的概念基因测序是对目标DNA进行碱基的序列测定，并进行各种相关分析。是现代生物学的重要手段之一，同时也是生物学迅猛发展的重要动力。它推动了生物学的发展，它促使生物学从DNA水平上进行各种研究。基因（Gene,Mendelianfactor）是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，也称为遗传因子，是控制性状的基本遗传单位。基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。基因有控制遗传性状和活性调节的功能。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，并通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的个体性状表现。基因还可以通过控制结构蛋白的成分，直接控制生物性状。因此对生物从分子生物学水平上进行研究，在医学上对某种遗传疾病的研究等都离不开对DNA或RNA的序列进行测定。基因测序也成为生物学研究的重要手段。在基础生物学研究中，和在众多的应用领域，如诊断，生物技术，法医生物学，生物系统学中，DNA序列知识已成为不可缺少的知识。具有现代的DNA测序技术的快速测序速度已经有助于达到测序完整的DNA序列，或多种类型的基因组测序和生命物种，包括人类基因组和其他许多动物，植物和微生物物种的完整DNA序列。RNA测序则通常将RNA提取后，反转录为DNA后使用DNA测序的方法进行测序。应用最广泛的是由弗雷德里克·桑格发明的Sanger双脱氧链终止法（ChainTerminationMethod）。新的测序方法，例如454生物科学的方法和焦磷酸测序法。2.基因测序行业的发展环境与历史2.1早期的无序发展20世纪90年代以前，基因测序技术仅在实验室内用于科学研究，并未应用到医疗甚至临床上来。直到21世纪初期，随着第二代基因测序技术的逐渐成熟，第三代基因测序技术被发现，以及部分基因与人类疾病之间关系的确定，全人类基因组测试成本下降到1000美元，局部致病基因的检测仅仅需要几百美元，基因测序技术进入了产业化发展阶段。个体基因测序从实验室走入临床，风靡全球，大量商业公司为追逐利润进行商业宣传，而广大受试群体对这项检测则一知半解。在国内，大量国外基因检测设备纷纷打着科研的旗号进入中国市场，实际上却在进行临床、商业经营。因此，早期基因测序行业处于严重缺乏监管、合理的运营规范与质量标准的监管真空区。2.2严格的监管时期2013年11月22日，美国国家食品药品管理局发函要求“23andMe”公司停止健康有关的个人基因组检测及数据解读服务，认为该项服务没有获得FDA的批准，违反了联邦法律。2014年2月9日，中国国家食品药品监管总局、国家卫生与计划生育委员会联合发布《临床使用基因测序相关产品和技术管理的通知》，通知要求立即停止包括产前基因检测在内的所有医疗技术需要应用的检测仪器、诊断试剂和相关医用。突然间国内的所有基因检测行业被叫停，进入了严格的监管期。2.3逐渐走向成长金地毯大数据中心第2页2014年7月2日，CFDA批准了华大基因BGISEQ-1000基因测序仪、BGISEQ-100基因测序仪和胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（联合探针锚定连接测序法）、胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（半导体测序法）医疗器械注册。这是CFDA首次批准注册的第二代基因测序诊断产品。之后一直到2015年3月，CFDA陆续批准了部分检验过关的二代基因测序诊断产品，为基因测序行业今后的健康发展奠定了基础，并逐步以批准试点的方式开展基因测序临床应用，整个行业开始进入健康的发展轨道。2.4行业加速发展2016年3月8日，中国科技部发布国家重点研发计划中将“精准医学研究”列入首位国家重点研发计划。同月，《十三五规划纲要》将生物技术与精准医疗列入战略性新兴产业发展规划中。2016年5月，国家发改委《战略性新兴产业众多新增长点正在形成》一文中提到随着高通量基因测序技术的突破以及基因测序成本的大幅下降，我国基因检测产业步入高速发展的快车道，无创产前基因检测以及疾病筛查等服务快速发展，新型创新型企业正在成倍的增长。3.行业现状3.1市场环境促进基因测序的发展政策环境：政策利好，临床级产品监管逐步规范化2016年3月，科技部发布《关于发布国家重点研发计划精准医学研究等重点专项2016年度项目申报指南的通知》，将“精准医学研究”列为2016年优先启动的重点专项之一。政府鼓励和支持以基因测序为基础的精准医疗，行业迎来政策红利。政府在鼓励行业发展的同时，也逐步加强临床级基因测序产品的监管。2014年，卫计委和食品药品监管总局加强基因测序行业监管，规定基因检测仪器、诊断试剂和相关医用软件等产品，需经CFDA审批注册，并经卫计委批准技术准入方可临床应用。此后分别批准了华大基因、达安基因、贝瑞和康等企业的基因测序诊断NIPT产品，无创产检和肿瘤测序等临床级别的基因测序产品和服务逐步走向规范化。经济环境：医疗支出呈增长趋势，提升行业机会世界银行数据显示，除中低收入国家外，其余各类收入类型国家人均医疗支出占人均GDP的比重均呈现逐年上升趋势。医疗保健人均支出占比的提高，一方面来自医疗费用的上涨，另一方面则来自人们对于健康的重视程度的提高。金地毯大数据中心认为，随着人均收入的增长，人们越来越重视自己的健康状况，因而人均医疗支出占比也呈现逐步上升的趋势。人们健康意识的提高，将有利于提高用户或病患对于基因测序产品和服务的接受度和付费意愿。金地毯大数据中心第3页注释：人均医疗卫生支出为公共和与私营卫生支出之和与总人口的比率，涵盖医疗卫生服务（预防和治疗）、计划生育、营养项目、紧急医疗救助，但是不包括饮用水和卫生设施提供。数据按现价美元计。社会环境：复杂疾病死亡率高，催生精准医疗需求2013年城市居民主要疾病死亡率前三分别为恶性肿瘤、心脏病和冠心病，这组数据表明肿瘤等复杂疾病在我国具有较高的死亡率。而传统治疗方案在治疗肿瘤等复杂疾病时，治疗效果不佳。数据显示，传统治疗方案在肿瘤治疗上的用药无效率高达75%，在老年痴呆症治疗上的用药无效率为70%，在糖尿病治疗上的用药无效率为43%。传统医学在治疗复杂疾病时的效果并不佳，同时人们也逐渐意识到大多数复杂疾病是自身基因同外界环境和个人生活习惯等因素共同作用的结果，迫切需求在治疗上的个性化，从而促生了精准医疗的需求。金地毯大数据中心第4页3.2总体市场规模以及增速公开数据显示，全球基因测序市场规模呈逐年增长的趋势，2007年全球基因测序市场规模为7.9亿美元，到2014年市场规模为54.5亿美元，预计2018年全球基因测序市场规模将超过110亿美元，年复合增长率为21.1%，市场增长迅速。中国基因测序市场增长率超20%，为增长最快国家之一。金地毯大数据中心第5页金地毯大数据中心分析认为，基因测序服务和上游基因测序耗材和试剂是带动市场规模快速增长的主要因素。随着基因测序技术的成熟，基因测序成本呈逐年下降趋势，测序成本的下降，将提高基因测序服务的渗透率，进而推动市场快速发展。基因测序需求增长的同时，也增加了对基因测序耗材和试剂的需求，因此在基因测序服务增长的同时，也带动了测序耗材和试剂的增长。3.3全产业链发展现状金地毯大数据中心第6页基因测序产业链具体的划分方式为：上游测序仪器、中上游捕获耗材和测序耗材(其中测序耗材与测序仪器配合使用)、中游测序服务、中下游测序数据分析和云平台,下游是检测中心（包括解读测序数据和输出诊断报告）。因此，相关的有形产品主要包括测序仪与试剂耗材。上游：测序设备与耗材被国外厂商垄断基因测序的产业上游目前是整个产业毛利率最高的部分，并且因为仪器精确度等要求相应技术壁垒较高，而全球测序行业巨头Illumina和LifeTechnologies（2013年被ThermoFisher收购）经过多年深耕已经牢牢把握上游仪器生产和配套试剂耗材的销售，呈现出寡头垄断的市场格局。目前共有7389台基因测序设备，分布在60多个国家中，大多分布在美国，其次是中国和欧洲。各国基于测序仪存量的排名中美国大大超过其他国家，而中国以稍多于德国的存量排名第二。注：红色圆圈为数量较多，黄色圆圈代表数量一般，蓝色圆圈为数量较少的地区。金地毯大数据中心第7页注：美国是基因检测最大市场，亚洲、欧洲发展迅速目前市场上主流新一代测序平台主要由美国Illumina、IonTorrent/LifeTechnologies(2014年被ThermoFisher收购)、454Roche、PacificBiosciences这四大生产商制造。Illumina已经成长为基因测序行业的寡头，垄断了全球设备市场三分之二以上的市场份额，其生产的下一代高通量测序仪HiSeq系列一直是市场上最为畅销的产品。Illumina股价走势（月线）尽管基因测序设备目前仍由国外垄断，但国内企业已经通过各种方式研发和生产基因测序设备。基因测序设备国产化主要有三种方式：1）自主研发方式，如紫鑫药业同中科院合作开发的二代测序设备BIGIS系列产品，华因康开发的基因测序仪HYK-PSTAR-IIA；2）收购国外企业的方式，如华大基因于2013年收购美国CompleteGenomics公司，获取CG公司基因测序设备知识产权；3）合作开发的方式，如贝瑞和康和Illumina合作开发的基因测序仪NextSeqCN500。金地毯大数据中心第8页在基因测序的上游，其商业模式主要是封闭式系统提供利润空间保障。一方面在技术革新空档期仪器的增长相对不快，根据Markets&Markets的预测，从2014年到2020年，测序仪市场的CAGR是15.4%，低于测序行业平均增速，主要是仪器的使用和研发周期较长，一次性投放后一般需要多年才可能更新换代。另一方面，仪器本身通常不是企业的盈利点，由于IVD仪器的技术壁垒较高，尤其是封闭式仪器必须依靠配套捆绑的试剂、耗材才能完美运行，这就给仪器供应商带来了额外丰厚的利润来源，从两大测序仪龙头的收入结构也可以看出，试剂耗材收入占比均超过一半，是其收入贡献的主要来源。金地毯大数据中心第9页图：2014年ThermoFisher收入结构图：2014年Illumina收入结构国内的三大家华大基因、达安基因、贝瑞和康和仪器供应商合作，已经在仪器和试剂层面均获得注册证。从盈利模式角度看，仪器未来不排除出现免费赠送，主要赢利点从试剂耗材及服务端获得，因此国内企业在试剂和服务端突破的可能性最大。测序试剂、耗材、检测项目的开发，国内企业已经开始有所布局。2014年7月，华大基因的新一代测序产品也获得了CFDA的批准，包括BGISEQ-100、BGISEQ-1000，以及胎儿染色体非整倍体（T21、T18和T13）检测试剂盒。2014年11月5日，国家食品药品监督管理总局批准了达安基因的基因测序仪和胎儿染色体非整倍体21三体、18三体和13三体检测试剂盒（半导体测序法）医疗器械注册。2015年4月，贝瑞和康的基因测序仪（NextSeqCN500），以及胎儿染色体非整倍体（T13/T18/T21）检测试剂盒已通过国家食品药品监督管理总局（CFDA）的批准。NextSeqCN500基因测序仪是贝瑞和康与Illumina公司合作，为满足中国临床需求而设计制造的一款新型高通量的基因测序仪。中游：国内测序服务竞争趋于白热化基因测序上游设备制造环节目前处于国外垄断状态，且进入技术门槛非常高，一