基因测序行业：潮平岸阔帆正劲，乘势开拓谱新篇

基因测序行业 潮平岸阔帆正劲，乘势开拓谱新篇 西南证券研究发展中心 2023年11月 分析师：杜向阳执业证号：S1250520030002电话：021-68416017 邮箱：duxy@swsc.com.cn 基因测序行业：潮平岸阔帆正劲，乘势开拓谱新篇 基因测序高景气赛道，全产业链市场增量可期。中国基因测序市场2021年规模为15.9亿美元，占全球市场的10.13%，预期2026年增长至42.35亿美元，占全球市场的11.23%。2018-2021年中国基因测序市场历史平均增速17.8%，2022-2026年中国基因测序市场CAGR为21.6%。1）上游：国内起步初期，海外寡头垄断。壁垒高，竞争格局相对稳定。技术提升是关键，本土企业有望抢占海外市场份额，巨头加速向下游延申，全产业链布局。2）中游：本土竞争激烈，聚焦细分潜力赛道。疫后产业出清，规模化+外包化是发展方向，行业集中度持续提升。测序能力和数据分析能力是企业护城河构建的关键，加快技术更新速度，跨组学服务。企业可聚焦细分赛道，强化特检能力。3）下游：应用领域广泛，发展周期差异化。基因测序下游应用场景多元，下游的NIPT应用已成熟，肿瘤早筛、肿瘤诊断与精准治疗处于高速成长期，辅助生殖处于早期摸索，下游有望催生出多个百亿级甚至千亿级的应用市场，全产业链市场增量可期。 政策利好+技术发展+消费升级，测序行业星辰大海。1）政策端：十四五规划提出将基因测序作为我国未来产业，在基因及生物技术领域加快基因组学研究应用，基因与生物技术作为七大科技前沿领域攻关领域之一。2）技术端：基因检测提速迭代已发展至四代测序技术，测序成本不断“超摩尔定律”降低，测序速度、测序长度 、测序通量不断优化提升。随着NGS、纳米孔测序等测序技术的广泛应用，人类已经可以在单个诊断平台上同时测试多种基因，从而进一步扩大了基因测序在临床诊断应用中的效用。3）需求端：随着全球消费升级，市场教育深化，下游多个需求场景孕育新机遇。 海外行业逻辑持续验证。1）海外政策扶持：癌症基因检测已于2018年纳入全美医保，且多家海外公司产品与商保合作。对比海外，由于我国存在检测低渗透率、医保基金压力、安全风险监管等矛盾点，我国基因测序仅纳入少部分地方医保，少部分公司与商保建立合作。2）海外企业研发投入高，技术壁垒高，且具备先发优势。2022年ILLUMINA研发费率为32%，远超于国内基因测序公司的研发费率。海外公司产品矩阵丰富，自主研发持续迭代创新，从测序时间、通量、成本、精准度、灵活度等屡次突破。3）内生+外延双驱动，全产业链深化布局。复盘海外Roche并购基因泰克，Illumina并购Grail和Solexa，以及国内华大智造并购CGUS案例，各家战略聚焦潜力细分赛道，孵化培育下游应用需求，以拉升中上游发展空间，实现全产业链高景气持续向上。 投资策略：上游领域技术壁垒高，国产技术持续突破迭代，打破海外垄断，建议关注标的华大智造（688114.SH）。中下游场景技术多元化，各企业聚焦细分赛道，未来发展空间广阔，建议关注标的诺辉健康（6606.HK）、金域医学（603882.SH）、华大基因（300676.SZ）等。 风险提示：行业政策风险，研发不及预期，产品商业化不及预期。 1 目录 1基因测序行业概况 1.1基因测序基本概念 1.2基因测序发展历史 1.3基因测序行业驱动因素 1.4基因测序市场空间 2基因测序行业产业链 3他山之石-海外市场启示 4投资标的 2 1.1基因测序基本概念 基因测序：是对于脱氧核苷酸（DNA）通过基因测序设备进行其碱基排列顺序的测定。主要测定包括腺嘌 呤，胸腺嘧啶，胞嘧啶和鸟嘌呤四种碱基的排列顺序，从而解读所蕴藏的DNA遗传密码。 基因测序行业属于IVD板块-分子诊断领域中发展最快的子行业。分子诊断中PCR、FISH、基因芯片只能对已知特定的序列进行检测，相比之下基因测序则用来检测未知的基因序列，基因测序可以用来探测基因组中各种特定的基因，如疾病相关的基因，变异的基因，包括基因的位置、表达水平改变、转录本重组等等 。它能够非常精确地测量一个物种的基因组，而且还能测量基因在空间上的分布，以及基因之间的表达水 平和表达调节关系，应用广泛。 IVD行业细分 体外诊断 （IVD） 基因测序流程图 生化诊断 化学发光CLIA 酶联免疫ELISA等 免疫诊断 聚合酶链式反应PCR 荧光原位杂交FISH基因芯片 基因测序 分子诊断 微生物诊断 血液、尿液诊断流式细胞学 其他诊断 数据来源：西南证券整理3 基因测序应用领域 1.1基因测序基本概念 基因测序应用广泛。基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，个体的行为特征及行为合理，基因测序技术有助于锁定个人病变基因，提前预防和治疗。经过45年的发展，基因测序已发展至第四代测序技术，不断升级的测序技术、不断降低的测序成本，使得基因测序逐渐步入了人们的日常生活中。 应用领域聚焦在科研和临床两个领域。科研及新兴应用领域包括多组学研究、人群队列测序 、新药研发与创新、微生物检测、农林牧渔、食品安全、海关检疫、公共卫生管理、消费者基因组测序。临床医疗领域包括无创产前检测 、辅助生殖、肿瘤诊断与精准治疗、肿瘤早筛 、传染感染。目前基因测序已经在临床、科研 、消费以及非医疗方向等多个领域中已具有不可或缺的重要影响地位 数据来源：华大智造招股说明书，2022基因行业蓝皮书，西南证券整理4 1.2基因测序发展历史 基因测序技术发展至今45年，四代技术革新推动行业高速成长 基因测序最早于1977年由Sanger发明，即第一代测序。1998年毛细管测序技术问世，测序提速10倍，原计划15年完成的人类基因组计划加快进度。2005年二代高通量测序仪诞生，成本下降百倍，形成“超摩尔定律”之势。截至2022年，经过45年的发展，基因检测已经发展到了四代测序技术，测序成本不断降低，而测序速度、测序长度、测序通量不断优化提升。 中国基因组学应用行业的发展与全球发展同步，发展初期主要通过引进国外的高通量测序仪以用于开发下游的应用。2008年，将高通量测序技术用于研究基因与性状之间的关联，2010年，开发出可用于临床的应用。测序技术和生物信息学的迅速发展已使人们能够鉴定与疾病风险增加相关的基因变异，随着NGS、纳米孔测序等测序技术的广泛应用，人类已经可以在单个诊断平台上同时测试多种基因，从而进一步扩大了基因测序在临床诊断应用中的效用。 基因测序发展历史 数据来源：同花顺5 Ifind，西南证券整理 1.2基因测序发展历史 基因测序技术发展至四代，二代测序是目前商业化最成熟、应用范围最广的测序方法。三代和四代技术具有局限性，目前在商业上还未得到广泛应用。 二代高通量测序（NGS）是基于一代的合成终止测序，引入了可逆终止末端，实现边合成边测序。二代测序通量高，精度高，价格相对低廉，自2005年上市以来引领了测序行业的快速发展，目前为市场上主流的测序技术。尽管三代SMRT单分子测序和四代单分子纳米孔测序技术是在二代NGS基础上进行改良，从技术根源解决了二代读长短、PCR偏向性的问题，但单分子测序技术仍面临测序成本高和结果准确度相对较低的商业化瓶颈，而纳米孔检测技术尚处于理论阶段,由此二代测序在较长时间内仍将保持主流测序技术的地位。 随着测序技术的演进，未来通量更大、读长更长、结果更准、时间更快、容错更强、适用更广、成本更低的基因测序技术可能会出现，存在技术升级更新迭代的可能。 人类全基因组测序成本历史变化 前两代基因测序历史成本变化 数据来源：MarketsandMarkets，灼识咨询，NIH,西南证券整理6 四代测序技术对比分析 1.2基因测序发展历史 第n代 测序平台 测序原理 读长 通量 准确率 运行时长 成本/一亿碱基 优点 缺点 第一代 Sanger 双脱氧链终止法 400-900bp 0.2Mb/run 99.90% 20min-3h $2,400,000 高读长，测序时长短，准确度一次性达标率高，能很好处理重复序列和多聚序列。 通量低，成本高，难以做大量的平行测序。 第二代 Roche-454 焦磷酸测序 700bp 0.45Gb/run 99.90% 24hours $10,000 通量高，读取速度快，准确度高。 读长短，拼接复杂，PCR偏向性而导致系统性错误。 Illumina-GeneticAnalyzer 桥式PCR扩增与边合成边测序结合 50-300bp 750-1500Gb/run 98% 1-10days $50-$150 ThermoFisher-ABI-Solid 乳液PCR扩增与半导体测序结合 50+35/50+ 50bp 30-50Gb/run 99.90% 1-2weeks $130 IonTorrent 边合成边测序，释放H+信号 400bp 98% 2hours $66.8-$950 华大智造 DNA纳米球测序技术DNBSEQ 50-600bp 99.40% 5h-109h $500 提高测序准确率，降低重复序列，减少标签跳跃 相比其他产品增加了一个环化步骤，但可支持自动化 第三代 PacificPacbio SMRT单分子测序 平均5500- 8500bp，最 大读取长度>30000bp 0.5-9Gb/run 87% 30min-2h $7.2-$43.3 较长读长，成本中等，读取速度快，避免了PCR偏向性问题。 准确度低，设备昂贵。 第四代 OxfordNanopore 单分子纳米孔测序，识别电流信号 100kb-300kb超长建库 30-400bp/秒 90% 无限时长 $1.5-$4.7 极限读长，成本中等，实时监控测序，测序过程简单快捷，微量建库。 准确度低，边缘点检测易出错误。 数据来源：CNKI、同花顺ifind、Wikipedia、西南证券整理7 1.2.1第一代:Sanger测序技术 Sanger是突变检测或验证的金标准。 一代测序技术诞生于1977年，一代测序法通过电泳来分离不同长度的DNA片段实现测序，主要适用于有明确致病基因的家系，小群体样本，已知致病位点的基因诊断。一代测序技术主要由美国ABI公司所应用。 一代测序的优点在于读取长度长，读长可达1000bp；高度的准确性，是突变检测或验证的金标准 一代测序：Sanger测序反应原理 ；依赖于PCR，普通实验室即可完成。其缺点则在于通量低，测序成本高；操作复杂，自动化程度低，不能满足基因大规模测序的要求；无法检测出大片段缺失、基因拷贝数差异等基因突变类型；需要有参考序列。 数据来源：AddisonWesieyLongrnan，西南证券整理8 1.2.2第二代：NGS测序技术 二代测序是目前商业化最成熟、应用范围最广的测序方法。二代测序可具体分为五类方法：焦磷酸测序法、合成测序法、连接测序法、半导体测序法、DNB（DNA纳米球法）。 二代高通量测序（NGS）是基于一代的合成终止测序，依靠DNA模板对PCR扩增来结合固体表面，然后合成并测序。主要应用于寻找疾病的候选基因，可用于单基因病、复杂疾病如糖尿病、肥胖症等甚至是癌症的致病基因或易感基因的寻找。主要应用公司包括：Illumina、454LifeScience、Solexa、Roche、ThermoFisher、Genapsys、华大智造、贝瑞和康、诺禾致源、博奥生物、达瑞生物、安诺优达、达安基因。 二代测序：Illumina反应原理 二代测序通量高，精度高，成本低，但读长短导致测序过程中含量较少的序列信息存在丢失可能，且（除DNB外）因PCR偏向性可能导致系统性错误，故二代测序时需要进行多次重复测序，以提高准确性。DNB可以很好规避过于依赖PCR而导致的偏向性系统错误，从而有效提高了测序准确性。总的来说