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封面新闻:与时间赛跑,帮科研工作者发现疾病的“罪魁祸首”丨70年70人

2019-08-30


刘健

华大智造执行副总裁,先后申请专利30余项,有丰富的医疗器械设备设计开发工作经验。曾在与测序仪相关的国家“精准医学研究”重点专项、国家科技部863项目中,负责和参与测序仪开发工作,带领团队一起完成了BGISEQ-50、MGISEQ-2000、MGISEQ-T7等一系列国产测序仪从立项到推向市场的全过程。

刘健和华大智造的团队开发了多款基因测序仪

就像深邃的海洋与无尽的天空一样,生命之中蕴藏的信息有着太多的未知领域。

大熊猫为什么有着黑眼圈?引发疾病的罪魁祸首究竟是什么?科学家们正在从基因检测的角度研究这些生命背后的秘密,而这就离不开基因测序仪。

1985年,美国科学家提出了人类基因组计划,被誉为生命科学的“登月计划”。人类基因组草图的绘制工作已最终完成于2003年交付,比原计划提前了2年。

在人类窥得基因的密码一隅后,一场科研界的基因测序仪竞赛也在悄然开始,并由此诞生一个科技名词“基因检测”。

“目前全球只有两个国家的三家公司可以量产临床级别的基因测序仪,两家在美国,一家就是我们中国的华大智造。”华大智造执行副总裁刘健说。

在设计与研发测序仪的过程中,刘健及其团队得到了不少国家和省市有关部门的大力支持,他们所在的深圳华大生命科学研究院主导承担了国家重点研发计划“精准医学研究”专项中新一代基因组测序技术、临床用测序设备及配套试剂的研发的任务,该项目的成果将助力防控出生缺陷,精准治疗癌症和重大慢性病。

华大智造深圳基地走廊里的“两国三公司”标语

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从外企螺丝钉到中国“智造”的突围组成员

在负责基因测序仪前期研发、测试的深圳盐田华大智造基地,办公室的走廊里也可以看到“两国三公司”的产业发展概述标语,这既是对做出突破的中国科研工作者的鼓励和肯定,也是一种鞭策。

现年34岁的刘健是科研应用领域代表,他更愿意用一个参与者的身份,向大家介绍基因检测仪在中国从无到有,从依赖美国进口到自研产品出海开启全球竞争时代的变化。

出生在泰山脚下的刘健像很多勤奋的山东学子一样,本科和研究生先后在两所国内知名院校哈尔滨工业大学和华中科技大学,主修机械设计制造和机械电子工程,毕业后也顺利进入精密仪器行业发挥自己所学。

走出校园后,刘健先后在深圳和上海的两家生物医疗公司工作,主攻检验和病理方面的生命科学精密仪器设计研发,在外人看来这是一个相当优秀的“工科男”样本。

人类基因组计划标志

但研究设计做得多了,他也有自己对于国产生命科学和医疗仪器发展和境遇的思考和担忧。

回忆起自己初期的工作经历,刘健说那时主要是参与到在检验和病理领域的全自动高端5分类血液细胞分析仪,还有全自动组织脱水机等病理设备的设计研发工作。“当初我们在外企的时候是属于一个世界500强在国内的一个研发中心,在这样的情况下,我们是根据一个产品和市场的需求,基于一个收入预期的导向去开发一个产品。当然我们是有很大的一个团队,也经过很长的一段时间去开发这样一个产品,但每个人都在是团队里边是基于商业化导向这样一个螺丝钉。”

刘健的决定转型源于一次机缘巧合的会议。

在一次病理年会上,刘健就看到当时的同行在讲基因测序,大致内容是说病理这样的传统的形态病理学已经发展了将近150多年,但是150多年里技术并没有太多的革命性突破。“但那位同行提出,随着基因测序技术的出现之后,医疗工作者可以使用相关技术在更早期发现肿瘤,或者发现一些疾病对应的的遗传缺陷,拯救更多患者,也节约更多资源。”这引发了刘健对职业规划的重新思考。

听了新旧科学对比的分享后,刘健深受触动,也恰逢华大集团收购美国CG决心开拓国产测序仪,便决定告别螺丝钉的外企生涯,加入到中国自主知识产权的基因测序仪突围组中来。

刘健在为其他人介绍国产基因测序仪

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收购美国公司获得专利

将两吨重的“超算大型机”转化为“超级台式机”

很多国内生物医疗工作者们都对核心技术掌握在他国公司手中所带来的限制深有体会。

成立于1999年的中国民营企业华大基因,自2010年开始购买美国Illumina公司的基因测序仪,基因测序数据产出能力很快跃居全球第一。

2012年,Illumina突然大幅上调卖给华大的试剂耗材报价,并且对购买新仪器的加上了种种限制,对卖出的老仪器也不再维修。

当时华大正在准备将人类基因组计划及后续持续的科研中获得的技术和成果向科技服务和医学临床检验推广转化,要推进临床就需要获得仪器所属企业的许可和支持,关键时期受到美国公司的限制,让华大下定决心亲自进军上游的基因测序仪研发生产领域,旗下子公司华大智造便承担了这一任务,刘健团队成为了研发突围的主力。

刘健告诉记者,“中国自主研发基因测序仪的转机出现在2013年,一笔收购改变了国内自研基因测序仪空白的情况。”


据《人民日报》报道,当时美国基因测序平台领域排名第三的Complete Genomics公司(简称CG)陷入一定困境,有很好的技术和产品,但在产品商业化面临前后夹击,资金短缺的情况下,该公司计划出售。华大决定抓住了这个机会,通过收购解决专利问题,从而实现核心工具能力自主化和可控的基础。

仅仅有了CG公司的专利和早期技术并不意味着就能直接转化出量产的成功的商用基因测序仪,不然该公司也不会选择出售的道路。

在刚刚完成对CG公司的收购时,刘健及项目组成员拿到CG公司的基因测序仪原型时曾感到一筹莫展:整个设备设计极其精密、追求硬件系统的完美,但也造就了重达两吨的个头和数千万元的售价,从定位上和产品形态上像极了“超算”。“原有的设计非常追求极限,在早期测序仪集中在少数玩家的情况下比较适合,但是在测序仪逐渐普及到许多企业客户、高校和临床医院的时候,更需要的是性价比高、更灵活而同样精确的台式机、甚至笔记本。”刘健团队这样评价。

团队成员使用仪器

为了打破垄断,将收购而来的专利实用化,刘健及其团队发挥了在医疗器械等设计制造上积累的经验,开始结合实际市场需求设计研发实用型高通量基因测序仪。

为了让产品进入更多研究机构和临床应用,刘健及其团队做了很多技术和理念上的转变,把“超算”转化成了轻巧的高通量“台式机”,并在CG原有的DNA纳米球、规则阵列技术等核心技术基础上,不断的提高整体系统的性能,包括通量、速度和准确性。

刘健及团队靠着对医疗科研工作者工作需求的深刻了解,在CG公司的核心专利基础上做了大量改良和延伸工作,在团队的共同努力下,六年间设计制造出了一系列拥有自主知识产权的国产基因测序仪,为全球的基因测序工作者提供了可靠的新工具,也降低了他们的使用成本。

华大智造装机工程师Ingus Krauklis在南非进行装机

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仪器是科研工作者的工具

基因测序仪被纳入国家科技部863项目

随着基因测序被应用在越来越广的领域,为应用者制作更加趁手且成本合理的工具,成了刘健团队的动力。

在设计研发基因测序仪的过程中,刘健及其团队得到了国家的大力支持,他们所在的深圳华大生命科学研究院主导承担了国家重点研发计划“精准医学研究”专项中新一代基因组测序技术、临床用测序设备及配套试剂的研发的任务。

这个项目意在提高基因组测序精度并降低测序成本,大幅度提升我国精准医学测序技术水平和相关产品的市场竞争力,为中国精准医学计划长远目标的实现打下坚实基础。该项目的成果将助力防控出生缺陷,精准治疗癌症和重大慢性病。

2015年,刘健及其研发团队主导开发的高通量基因测序仪BGISEQ-500在国际基因组学大会(ICG-10)全球首发,一举打破国外垄断,改变了全球测序仪的市场格局,目前已经取得CFDA许可并已实现规模化量产。其后,刘健团队推出了一系列的国产化测序仪、自动化设备、远程超声诊断系统等,致力为精准医学提供数字化的工具和平台,已经初步完成了“精准医学研究”专项的目标。

提起国产基因测序仪的从无到有,刘健表示这其实这也与国内尖端科学技术和上下游产业链飞速发展和进入收获期有关。

“基因测序仪是多学科技术成果的结合,测序仪的研发生产,需要融合很多新技术,国产基因测序仪之所以能横空出世,打破美国的垄断,这也是各个领域的人才的知识和技能水平都达到了世界顶尖水准、国内上下游产业链逐步达到一定成熟度的一种体现。”刘健说。

MGISEQ-T7是目前全球基因测序仪中单日产出数据最高的。


2018年10月25日,华大智造发布了MGISEQ-T7高通量基因测序仪,日产出数据达6Tb,据《科技日报》报道,这是世界上单日产出数据最高的测序仪。

十年前,中国启动首个大熊猫基因组序列计划时,用美国的基因测序仪对一头大熊猫的全基因组进行测序,整个项目耗时近7个月,虽然其中包括了一些分析和组装工作,但单纯的测序环节也耗费了大量时间。如果现在用最新的国产高通量基因测序仪MGISEQ-T7对一头大熊猫进行基因测序,测序时间不到一天就可以完成。

不到6年时间里,国内基因测序仪产业经历了从被美国公司限制封锁,到反客为主研发出国产设备,再到技术指标超越美国公司的三步跳,并开启了全球范围内的基因测序仪竞争时代,刘健将这样的转变总结为“基因科学是难得的和国际领先的起跑线相差不远”和“国内科研教育和上下游发展的良性发展”。



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