印度,未来全球基因产业的领导者?

你对某些疾病有遗传易感性吗?你携带影响儿童健康的突变基因吗? 最近,印度政府推出了一种借记卡大小的印度基因组卡。如果你的基因信息已经被包括在由印度科学和工业研究理事会(CSIR)建立的数据库中,上述两个问题的答案将会很快揭晓。一旦你的基因组完成了从血样提取到数据库添加的工作流程,这张卡就可以读取你基因中的信息,就像你的借记卡可以从银行数据库生

你对某些疾病有遗传易感性吗?你携带影响儿童健康的突变基因吗?

最近,印度政府推出了一种借记卡大小的印度基因组卡。如果你的基因信息已经被包括在由印度科学和工业研究理事会(CSIR)建立的数据库中,上述两个问题的答案将会很快揭晓。一旦你的基因组完成了从血样提取到数据库添加的工作流程,这张卡就可以读取你基因中的信息,就像你的借记卡可以从银行数据库生成金融交易报告一样。

然而,必须强调的是,卡片本身并不是问题的答案。基因组测序——或绘制每个活细胞的基本结构模式——是答案。基因组包含所有生物体的遗传物质。每个基因组大约有32亿个碱基对。它们的排列、变异和突变形式可以成为重要的研究线索。通过对这些线索的分析,研究人员可以衡量个人的身体状况是否健康。如果受试者是患者,也可以确定他或她的疾病的主要原因是否是由于先天性特定疾病基因或相关病毒或细菌的获得性感染。

迄今为止,已有1008人收到这张“基因卡”。相关机构认为,他们的基因能够反映印度社会、民族和地区的多样性。与此同时,来自70多个机构的280多名医生也将接受培训,以尽快探索“基因卡”揭示的所有信息。

此外,基因组学和综合生物学研究所(IGIB)是印度公共卫生基因组学项目(简称“土著项目”)的主要学术研究机构,也是CSIR下属的研究所,该研究所还计划在未来几年招募20,000名印度人参与全基因组测序,目标是建立一个更大的数据库。

这些数据对精密医学新兴领域的发展具有重要意义。毕竟,精密医学所需的基础数据和专业知识需要基因数据库来浇灌。土著人还将在许多其他领域应用于该数据库,如更快、更有效地诊断罕见疾病、降低基因检测成本、筛选针对夫妇的基因载体、有效诊断癌症遗传性以及通过药物基因检测预防药物不良反应等。

由于计算能力的提高,全球基因组测序的成本显著降低。这给了这项技术“打破循环”的可能性。除了疾病诊断和治疗、药物研发和副作用研究之外,基因技术还被应用于许多新领域,如农业、体育、环境保护、提高动物生产力等。

让我们做个比较:17年前,由美国国家科学院领导的一个全球项目花了12年时间,花费了30亿美元完成了第一个人类基因组的测序。但是现在,CSIR仅用了六个月就完成了1008名印度公民的基因组测序。今天,如果你想对你的基因组进行测序,花费不到1000美元。私营企业地中海基因组实验室的主席萨姆·桑托什甚至说,他只需花费500到600美元就可以在班加罗尔的实验室里完成一个人的完整基因组测序。

工业

在过去十年中,土著项目受益于下一代测序(NGS)技术的广泛应用。NGS是桑格测序技术的升级版。从效率的角度来看,两者之间有着巨大的差异:如果一个人想完成基因测序,双脱氧测序法需要十年,但NGS只需要一天。目前,IGIB和地中海基因组公司都在使用NGS技术进行高通量测序——一次可以对几十万个基因进行测序。

对印度来说,公共健康基因组计划的出现无疑是一个良好的开端,但一些国家在基因技术方面已经遥遥领先。英国政府与世界最大的NGS音序器制造商Illumina建立了公私合作关系。英国基因组公司已经完成了英国公民10万个基因组的测序,包括癌症患者、罕见疾病患者和健康公民。1月23日,两人还签署了一项新协议,对30万个基因组进行测序。该协议还规定,双方可以选择在未来五年内将测序数量增加到50万。

“像爱沙尼亚和冰岛这样的国家正准备对每个公民的基因进行排序,并将这些数据与他们的医疗计划联系起来。”普雷马斯生命科学公司的创始人兼总经理普雷文·古普塔说。普雷马斯是Illumina在印度的授权合作伙伴。

“据估计,全球高通量基因组学产业的规模在100亿至120亿美元之间,年增长率约为25%至30%。预计在未来3-4年内,它将发展成为一个价值250-300亿美元的市场。

Premas的主要业务是向印度的基因检测实验室销售和提供软件和硬件基础设施,包括试剂、实验平台、软件系统和培训服务。该公司在印度的市场份额高达90%,其旗舰高通量测序技术也在印度广泛使用。

“在印度,每年大约有50,000个样本进入临床服务市场;预计高通量基因组市场的市场规模——包括试剂、仪器和服务——未来将达到约50亿卢比。”Gputa说。

基因组学和综合生物学研究所(即上述IGIB)的科学家斯里达尔·西瓦苏布博博士和维诺德·斯卡里亚博士是土著项目的研究带头人。两位科学家都说基因测序只是开始。

事实上,IGIB还领导了两个重要项目:印度罕见病基因组研究联盟(GUaRDIAN)和基因组与生物组学工具研究(GOMED),以协助医疗决策。

穆罕默德·法鲁克博士直接负责这两个项目。该研究旨在通过基因组数据库和遗传病筛查找到更便宜、更有效的诊断工具和检测方法,并授权给私人和公共医疗机构。

“卫报项目专注于罕见疾病的治疗。作为一个人口超过10亿的国家,即使是最罕见的“罕见疾病”也至少有几十万患者。《卫报》正面临7000万遗传疾病患者。我们将为全国70多个合作机构和280名临床医生治疗的7000多种罕见疾病提供技术解决方案。”西瓦苏布说。

“病人和他们的家人通过《卫报》联系我们。我们通过测序他们的基因发现了突变。一旦突变的基因被锁定,我们回到他们的社区,用低成本的测试来确认有多少其他社区成员有突变。换句话说,我们只需要在其他人身上寻找单个突变,与对一个人的基因进行完整测序相比,这是一种非常划算的方法。”斯卡利亚说。

全基因组测序的成本为50-100,000卢比,而IGIB通过这些项目开发的单基因分析的成本仅为2,000卢比。

目前,由Sivasubbu和Scaria领导的团队已经开发了180种基因测试,这些技术成果已经与私人诊断实验室建立了联系。在过去的两年里,该研究所已经为大约10,000名患者提供了服务,并完成了大约25,000项测试。

“我们已经和十几家公司建立了合作关系。合作的形式相对灵活,主要取决于各自的商业模式,”西瓦苏布如是说。

民营企业

拉尔·帕思实验室博士是一个研究病理学的实验机构。该公司成立了一个专门的基因检测部门,该部门在基因研究方面雄心勃勃。

“在宏观层面上,我们可以提供全面的核型分析;在微观层面,我们也可以提供中等分辨率的微阵列,并通过高通量测序法(NGS)来阐明DNA序列。产前生殖健康、癌症诊断和药物基因组学是我们公司的重点。现在我们已经开发了200多个基因测试程序,每天可以测试大约300次。”拉尔·帕思实验室的董事总经理万达纳·拉尔博士说。

此外,该公司还获得了IGIB的官方许可,可以诊断和测试27种疾病。“进口技术仍然非常昂贵,因此我们决定与CSIR实验室合作,努力让大多数印度人以相对合理的价格享受尖端技术的好处。”拉尔博士补充道。

与IGIB合作的另一家活跃在基因检测领域的公司是生命细胞国际。

“我们可以提供基础筛查(包括但不限于产前筛查、新生儿筛查等)的各种基因检测程序。)到基于NGS技术的高端筛选;每月可以检测超过50,000名患者的基因样本。聚合酶链反应检测的价格约为2000-5000卢比,而NGS检测的成本可能高达20000卢比。生命细胞生物样本库和诊断业务负责人伊沙恩·卡纳说。

卡纳认为,土著人的数据库将有助于该公司开发更好的分析和解释工具。

“我们的重点是为NICU的儿童开发一种快速基因组测试。因为面对需要紧急治疗的儿科患者,医生应该在尽可能短的时间内获得明确的检测结果。在这方面,土著人提供的基因组数据库的组合对我们有很大帮助。”他说。

然而,并不是所有的公司都对低成本的基因测试感兴趣,比如医疗成像连锁企业马哈詹成像(Mahajan Imaging)。该公司在成像、神经科学和基因组学领域建立了一个高级研究中心,专注于尖端科学研究。其主要思想是整合图像基因组数据,为应用放射学和基因组学的相关企业提供技术支持,并帮助后者开发世界级的临床医疗产品。

“我们六个月前开始了这个项目,我们也是首批进入基因组学的图像公司之一。我认为,在未来3-5年内,人工智能算法可能有能力读取放射图像。”马哈詹影像公司副主席维杜尔·马哈詹说。

总部设在钦奈的特里维特隆医疗保健公司看到了另一个商机。该公司希望在IDGE数据库的帮助下,开发可以应用于传统医疗平台的基因检测工具。

“印度有超过10万个病理学实验室,但其中只有500到1000个可以进行基因测试。我们正在与IGIB讨论,希望通过合作和学习,为更多人提供基因检测相关产品。”特里维特隆公司R&D部主任贾米尔·艾哈迈德·汗继续说道:

“IGIB将与我们分享技术,我们将把技术转化为产品。最终目标是降低产品使用的门槛,以便大多数没有接受过高端技术培训的人也能操作病理实验室的基因检测设备。”

总部位于班加罗尔的地中海基因组实验室将自己视为“私营企业中的IGIB”。该公司不仅提供基因检测服务,还拥有自己的科研机构。他们甚至说,他们自己的研发水平在某些特定的分支领域领先IGIB几年。

地中海基因组公司与新加坡南洋理工大学建立了合作关系,在亚洲对100,000个完整基因组进行测序。迄今为止,亚洲基因组计划已经完成了10,000个基因组的测序,其中大约8,000个来自印度。2019年12月4日,国际知名期刊《自然》发表了该项目的初步研究成果。

本项目讨论的主题包括基因变异、种群结构、疾病关联等。这些样本来自亚洲219个人群和64个国家的1739人的全基因组测序数据。

“我们对单个个体的基因和基因图谱的其他相关部分进行了测序,以识别特定的基因突变。这样,我们就能知道某种疾病的病因。同时,我们也可以从基因的角度更深入地了解人们服用特定药物和尝试不同剂量后身体反应的变化。通过这种方式,我们可以让制药公司更好地理解人类基因组,并帮助他们找到新的药物靶点和生物标记。”地中海基因组公司(MedGenome)董事长萨姆桑托什(Sam Santosh)表示。

据报道,该公司的基因样本主要由全国1万多名临床医生提供。至于为什么这些医生愿意与地中海基因组公司合作,他们必须询问该公司的120多名销售人员。

“我们是第一家进入这个市场的公司。从这个角度来看,即使你说‘我们创造了市场’,也不过分。目前,地中海基因组公司拥有60~65%的市场份额。我们预计整个基因测序行业的市场规模约为7000-7500万美元。”

至于疾病诊断,桑托什认为,在未来四年,该业务的总产值将达到1亿美元。

值得一提的是,地中海基因组公司最近对眼镜蛇基因组进行了测序和分析。研究人员发现科学界一直期待的“仅在实验室开发新的抗毒药物”的想法是可行的。

印度是60多种毒蛇的家园,被蛇咬伤致死或致残的人数居世界之首。毒蛇咬伤的黄金疗法是注射一种抗毒血清,这种血清可以抵抗“四毒蛇”的毒液。一个多世纪以来,抗毒血清的研究和开发几乎都是通过向马和羊等动物注射毒液来收集免疫系统产生的抗体。目前,印度生产的抗蛇毒药物主要是将蝮蛇、锯齿蝮蛇、眼镜蛇和普通印度金环蛇的混合毒液注入马体内。然而,这些毒液完全来自印度南部泰米尔纳德邦的蛇,因此埋下了一个隐患:大量研究表明,各种蛇的毒液大不相同,即使是同一种毒蛇,其毒液成分也会因地理和人口差异而变化。一些专家说,抗蛇毒中只有15%的抗体是针对该毒素的,其余的被寄生虫或细菌吞噬。

因此,如果能从基因水平了解毒蛇的特征,研究人员就能“适应蛇的需要”,并在实验室里直接研制出针对蛇毒特征的抗毒药物。这不仅节省了大量的研究费用,更重要的是,它可以直接帮助印度居民,让他们远离对毒蛇的恐惧。据报道,医学基因组的研究结果也发表在《自然》杂志上。

“破圈”

Illumina在印度的授权合作伙伴Premas生命科学公司不仅向医疗公司出售他们的NGS基因测序仪。该公司的创始人古普塔透露,他们在印度有200多家分公司:

“只要是生物,就一定有核酸;只要有核酸,就可以进行测序。我们有一个庞大的市场研究团队,几乎每个分支都可以进行基因测序。一些团队研究奶牛,一些研究大米,还有一些专门研究细菌。

IGIB研究人员斯里达尔博士和维诺德·斯卡利亚博士肯定了普雷马斯的策略。事实上,就连IGIB也不仅仅关注制药行业。他们正与食品行业专业人士的在线平台Tagtaste合作,共同研究味觉基因组学。

“这可能会让你大吃一惊,但专业调酒师的效率可能确实与他或她的基因有关。”斯卡利亚说。

Tagtaste的客户和合作伙伴包括百事可乐、可口可乐、雀巢、国际茶叶委员会(ITC)和许多全球连锁酒店行业巨头。在该公司看来,品味是一项非常严格的业务。

“如果顾客花3000卢比买一份咖喱,花5000卢比买一份汤,那么作为一名商人,你必须确保你的产品味道合适。”斯卡利亚说。

除了餐饮,IGIB还涉足健身行业。他们正与亚当遗传学公司一起进行研究和开发,试图满足与体育产业相关的公司的产品需求。

“其中一家公司正在生产板球相关产品。我们知道每个运动员都可以通过基因测试看到他们的运动表现,我们可以据此研究他们最合适的食物摄入量。因为不同的基因,即使每个人都吃同样的食物,一些人会增重,而另一些人不会。有些人体重增加,但肌肉却没有增加。当然,其他人体重增加,但也增加肌肉。除了肌肉增强,基因测试还可以显示一个人是否容易受伤,或者某种训练方法是否适合他的身体。就像举重一样,一些板球运动员的基因可能不适合举重来提高运动成绩。”西瓦苏布解释道。

今后

印度人口占世界人口的17%,但从全球角度来看,只有0.2%的基因组数据来自印度。在基因检测领域,印度有能力成为行业领导者。在南亚次大陆,我们目睹了太多的疾病和苦难。如果印度的科研机构和企业组织能够提供基因图谱,那么世界也能尽快找到诊断和治疗相关疾病的解决方案。

“我们能做的是贡献创造性思维。我们没有发明电脑,但是我们有一个繁荣的信息技术产业。同样,尽管我们不是基因测序技术的发明者,但在不久的将来,也会有一个繁荣的“基因信息经济”普雷马斯的古普塔说。

至于基因产业,还有更多的可能性:

“许多权威专家已经达成共识,在未来5-6年内,世界人口的15%将完成全基因组测序。如果我需要100GB的基因组序列数据,那么由15亿人提供的用于基因测序的原始数据必须达到25-30 EB。这是什么概念?上传到YouTube平台上的所有数据加起来有0.8兆字节。可以想象,数据分析的总量是巨大的。这时,如果我们能有效地培训和动员国内基因产业的劳动力,那就是创造一个新的产业。我们有可能在未来20年成为基因数据分析领域的全球领导者,就像我们的信息技术行业过去取得的成就一样。”

古普塔对印度基因产业的未来充满信心。

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