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Paul Lundquist专访 | 当物理学遇到生命科学,用跨学科创想开启生命科技新的发现之门

2019-10-22

Paul Lundquist拥有二十余年的产品研发经验,擅长从跨学科角度深度剖析产品从创想到商用的整个流程,对新技术开发及行业发展具有一定的借鉴意义。他于2018年加入华大智造,担任华大智造旗下公司Complete Genomics工程技术副总裁


Paul Lundquist拥有美国西北大学物理学博士学位,最初在IBM-Almaden研究中心从事基础研究工作,之后去了初创公司,他也是Pacific Biosciences首位工程师。


他说,从创意的产生到实现商业成功需要掌握各种不同领域的专业知识,并整合领域外的专业知识,同时还需要不断适应和调整。他觉得华大智造是一家振奋人心的公司,大多数硅谷创业公司都羡慕华大智造在过去两年中所取得的进步。


对他而言,工作最有价值的地方在于运用新技术来解决医疗难题,并为最需要的人提高医疗保健标准。



您当初是如何对基因测序产生兴趣的?


从我阅读薛定谔的“生命是什么?”开始的,它从物理学家的角度对生物遗传提出看法。在我研究生学习期间,刚好生物系和物理系在同一栋楼里,这让我有机会与专业人士共同探讨DNA,并就几个初步尝试的测序及DNA结构特性展开研究与合作。


我的论文主题结合了光学、生物传感和单分子荧光检测。我当时还没设想过基于荧光的DNA测序可能会成为一种实用的商业技术——它们的差异看起来太复杂,很难整合到一起。当然我错了,因为人类基因组计划和后续获取高质量测序数据的方法主要基于光学检测


当我在2004年参与后来被称为“下一代测序”的项目中时,我再次尝试将这些不同的技术组合在一起,这很有趣。



您在此前的公司工作了10余年,从初创到其IPO和各种商用测序仪的发布,您认为企业在推动技术创新时需要什么?


若想通过技术创新逐步实现商业产品落地,其中一大挑战是在强大的新技术和实际应用所需的无数具体步骤之间找到可行的平衡点


另一大挑战是继续发表有影响力的学术刊物并推出有用的产品,这需要在心态和方法上做出重大转变。刚开始的时候,可能有一些疯狂的想法会有所帮助,但到最后,都需要面对严酷的现实。


在Pacific Biosciences和许多创业型公司中,新想法在实施过程中需要具备多种跨领域的专业知识。


例如,2004年在实时DNA复制过程中通过荧光检测和分类单个核苷酸的这一特殊想法看起来很难得到大规模应用。但是后来许多关键技术的出现使得最初吃螃蟹的实验得以实现自动化和并行化,进而实现新的传感器技术、纳米制造创新,以及具有足够能量的固态激光器和计算能力。如果没有来自测序领域的软件专家的新方法,这些新技术是不可能融合起来的。


我认为,生物化学方法始终是技术创新的根本驱动因素,但很重要的一点是要从不同领域获取适当的技术,并在固有的学术观点以外寻找并吸取不同领域的专家意见,并予以信任。


我经历过初创公司的整个发展历程,包括初期准备IPO以及发布有影响力的产品。根据我的经验,公司需要整合互补型人才,同时需要在新技术开始实验成功到第一次真正帮助客户解决问题的过程中不断调整心态。



您如何看待测序技术未来的发展,尤其是光学技术进步方面?


许多人会说,测序成本的快速降低和数据质量的显著提高都是测序技术进步的关键指标,我认为除此之外还有其他指标。


我的第一份工作是在IBM Research,我所工作的实验室在1956年发明了磁盘驱动器,直到1997年该技术的发展从未放缓。例如,其存储密度不断提高,IO速率不断加快,每年的成本也在不断下降。


尽管技术在不断进步,但实验室仍专注于研发磁存储的替代方案,因为原有的技术已经达到物理学极限。众所周知,如果一项技术的创新达到极限,那么它将不可能持续保持类似的成本曲线。


然而,创新从未止步,尽管今天磁存储仍是某些应用中最为经济的一项技术,例如每kbyte/Mbyte/Gbyte/Tbyte/Pbyte的成本在不断下降。但新的技术也开始抢占磁存储市场。


我自己也在不同时期研究过许多有趣的非光学测序方法,在某些方面,传统光学方法的产出在不断下降。不过在我看来,要实现更完美的基因组测序并降低每位患者的测序成本,光学创新依然必不可少。



您认为华大智造的仪器可为生物学研究和人们的生活带来哪些进步?


我确信更高质量的数据既能加速研究也能扩展临床应用。对许多测序技术而言,扩增错误一直是个难题,PCR-Free且无痕高通量测序技术对华大智造的影响很大,降低测序成本的影响则更大。


基因组健康指标的监测频率是多少?消费者何时才能负担得起单细胞测序?产前全基因组测序(WGS)信息广泛使用后会产生什么影响?如果真正开展大规模人口全基因组测序(WGS)研究会得到什么结果?


我们希望华大智造近期取得的进展,包括更低成本/更高通量的测序平台,更快的周转时间,以及更高精度的基因组测序能对科学家的研究工作和健康产业带来更多改变。



到目前为止,您在该领域和华大智造最难忘的经历是什么?


就个人而言,我很幸运能和一群非常聪明且专注的人共事,并不断见证新技术带来的影响。另外,我觉得非常有意义的事情是能为人们提供更好的医疗保健尽一份绵薄之力。


我很高兴目睹了同事分析出了致病基因特征,并挽救了海地霍乱疫情和欧洲大肠杆菌爆发期险些丧命的人。


机缘巧合,我在德国遇到了一位工程师,他的家人也受到了欧洲大肠杆菌爆发的影响,所以我在想,在这类事件中,我们的技术仍然存在一定的局限性,无法解决一些问题。


那么,我们在技术上能否有更多突破,哪怕只有一点点?获取结果所花费的时间能否更短?能否从较小的样本中获取与较大样本相同的信息?


华大智造才刚刚开始,它在过去两年的商业成绩已经让许多硅谷公司羡慕不已。


在华大智造,做一项决策的速度和五人规模的创业公司一样快,这对于华大智造这样规模的公司而言真的很了不起。


在这个领域,每家公司都在使命中提到要提升医疗保健水平,但在华大智造和整个华大集团,这是我们一切行动的实际目的,并非空谈。其他公司的使命可能并没有这么明确并从上到下如此一致的执行贯彻,但华大智造迫切地想制造出能挽救更多生命的工具。我想正因为如此,华大智造才如此让人充满干劲。

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