贝瑞和康CEO周代星（上）：Illumina技术诞生记

千姿百态

今天，贝瑞和康CEO周代星博士，他的故事由此开始... ...



我的故事说起来可能有点长，之前就有朋友希望我能把之前的一些经历写成一本书。今天，我们可以来聊一聊其中几个有意思的故事。当时我在Lynx Therapeutics做高通量测序相关的工作。2002年诺贝尔生理学与医学奖获得者悉尼·布伦纳(Sydney Brenner)是我的指导者。他选择线虫作为实验生物模型，使得基因分析能够和细胞的分裂、分化，以及器官的发育联系起来，并且能够通过显微镜追踪这一系列过程，他在英国剑桥完成的这些为他获得诺贝尔奖奠定了基础。Sydney当时是Lynx 的首席科学家，在业内非常受尊敬，Lynx的很多体系都是他在设计，我在Lynx 的一项工作就是和Sydney配合，老先生的思维很活跃，有时候一天会有20多个想法，我的工作就是对这些想法“做减法”，将能够产业化的想法实现。在他的领导下Lynx建立了一套完整的测序体系。


合并前，Lynx和Solexa公司各自拥有自己的技术





二代测序包含一个扩增技术，以及一个测序技术。Sydney的测序方案就是在磁珠上扩增DNA， 有点像乳液PCR；测序技术是采用encoding-decoding技术；Solid的技术有点相似，甚至导至了后来ABI和Illumina的官司战。

我们当时想做的是把平面放大这个技术引进来，把之前在珠子上进行扩增的技术在平面上实现，经过多方筛选，引进了瑞士一家公司的平面技术，也就是现在我们所说的cluster技术。因此，Lynx公司的测序技术变成了cluster扩增技术加上encoding-decoding测序技术的组合，被称作MPSS技术。之后，在与Solexa公司合并的时候，整个技术体系又面临了新的挑战。当时Solexa的整体测序也包括一套DNA信号放大技术和测序技术，他们的测序技术是采用Reversible terminator。

当时，双方都派出一个团队来进行商谈整合公司资源。Lynx公司就有我，另外还有负责仪器的，以及软件开发和实验方面的人。英国Solexa公司派出是负责生物信息的Clive Brown ，现在是Oxford Nanopore Technologies首席信息官（CIO），负责化学的John Milton，现在是Oxford Nanopore的首席科技官（CSO），另外还有负责技术整合以及仪器研发的人员。


双方激烈争辩后，确定了最终的技术方案



双方团队坐在一起，对这四类技术进行协商，哪些技术能往前走，哪些技术得先缓一缓。Solexa CEO John West对我们说（这时候已经合并了）：“现在不可能同时运行多套技术，所以要选出一套方案：一个放大技术，一个测序技术，往前走，在座的各位在没有选出最佳方案之前，不能离开会议室！”于是Lynx首先介绍MPSS技术，从磁珠到如何测序的整套体系。在当时，该技术读长16bp，产生50万序列；如果读长超长，测序质量就会直线下降，测序技术都有局限性，但这在当时来说已经是很好的测序技术了。Solexa 方面John Milton做了他们体系的报告，他们的仪器非常庞大,要做真正的第三代。因为是没有放大的单分子测序技术，当时只能测3-4个碱基，而且非常不稳定。在讨论测序技术的时候，双方都认为自己的测序技术非常好，因为这牵涉到公司，我们在MPSS里花了那么多功夫，将encoding-decoding的方法研发出来，对这个技术是非常有感情的。当然，对方团队也一样，跟他们的Reversible terminator感情上连得非常紧。在讲解技术的时候，双方都站在自己这一边，大家对这些前沿技术都讲得非常好，但是心理清楚是有一定局限性的。大家讲完后，就开始选择测序技术，双方进行辩论，阐述对方技术的缺点在哪里，双方争论很激烈互不相让，一定要选择自己的技术。

争论到下午4点的时候，John West进来了，询问选择好了没有，大家表示没有做好选择。John West表示，那就继续选，选不出来大家就在会议室过夜。公司只有那么多资源，必须选出一个。于是大家继续争论，到五点还是没有结果。John West又进来，你们不好做出选择，那我就教大家做一个武断性的方法，就是举手投票，来选择哪个技术应该往前走。最后的结果让大家都非常惊讶，Solexa的成员全部投票选择Lynx的技术往前走，Lynx的成员全部投票给Solexa的技术应该向前发展。原来，双方都意识到自己技术的局限性太大，对自己技术了解很深的时候，虽然表面上争论老半天，但真正要让这项技术干活的时候，自己都非常清楚自己技术的局限性非常大。于是双方又僵持住了，虽然互相支持对方，但僵持得很厉害。最后John West说：那这样吧，各位想想三年之后，当技术成熟之后，会是哪项技术更容易让客户接受、让使用方接受？你们都是站在研发方的角度来看这个问题，客户的角度来理解的话，哪个技术更容易解释，更被接受呢？大家异口同声的说Solexa的Reversible terminator最容易被接受，而且大家一直强调是今后的方向。不管Lynx的encoding-decoding技术能否成功，Reversible terminator是业内大家期望得到的技术，虽然难度非常非常大，但这才是正确的方向。这差不多是2005年的1月份才定下来，将Reversible terminator和Cluster技术结合是我们要发展的方向。


结合技术大放异彩



当Cluster技术与Reversible teminateor技术结合后，马上就出现了非常好的发展势头。Reversible terminator技术以前因为都是单分子，难度大，但它与cluster技术结合放大之后，信号增强，一下子就显出了强大的技术优势。读长从当时的16bp，差不多以每两个月、三个月增加5bp的速度增长。这里面后来还有很多故事，我们当时还算过如果在平面上来测表面的荧光，这个表面荧光能量的厚度只有100nm。那这100nm之内你能测多长的序列？我们做过理论上的计算，但是非常担心的是这个会是Illumina/Solexa测序技术读长的一种限制。实际上后来真正的情况是比我们的理论值要好得多。当时理论上面做了一个错误的假设，假设DNA是直的，但实际上DNA有的是弯曲的，有的是环向的，所以这100nm的长度的实现可以吸收。到了2005年底基本上就可以测25bp的长度，产生几千万个序列。就短短一年的时间这个技术就取得突飞猛进的发展。


Solexa借Lynx壳上市，后被Illumina收购




Solexa 跟Lynx是2004年底就决定双方的股东和董事的合并。实际上合并的时候Lynx 是一个上市公司，Solexa是一个私有公司，用中国话说叫借壳，Solexa借了Lynx的壳。上市之后，2005年两家公司已经正式合并，更名为Solexa，合并之后要做人员的整合 ，技术的整合，公司运营的整合，其中一个很重要的关键点是技术的整合。到了2007年，Illumina收购了Solexa公司。



周代星简介   

贝瑞和康CEO。1990年毕业于中国科学技术大学，而后留学美国，获得马里兰大学博士学位。曾任Illumina，Life等公司高管，于2010年回国创建北京贝瑞和康生物技术有限公司。


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来源：测序中国