Технологический прогресс последних двадцати лет превратил секвенирование из дорогостоящей лабораторной процедуры в относительно массовый инструмент, и теперь главный вопрос уже не «можно ли», а «как сделать это ещё дешевле и доступнее». Особенно остро эта проблема стоит для стран, которые хотят внедрить в здравоохранение принципы персонализированной медицины. К таким странам относится и Россия.

Масштаб происходящей трансформации лучше всего отражают цифры. По оценке MarketsandMarkets, мировой рынок секвенаторов нового поколения (NGS) в 2025 году достиг $12,77 млрд, к 2026 году вырастет до $13,81 млрд, а к 2031 году — более чем удвоится, превысив $27 млрд (Рис.1). Другие аналитические агентства дают близкие, хотя и немного различающиеся оценки: Grand View Research прогнозирует рост до $42,25 млрд к 2033 году (около 18% в год). Быстрее всего растёт сегмент услуг секвенирования (контрактное секвенирование, подготовка библиотек, анализ данных и тому подобное). По разным оценкам его годовой прирост составляет 18–23%.

Ориентирующиеся на производство и продажу секвенаторов и расходных реагентов компании Illumina (выручка $4,34 млрд в 2025 г.) и Oxford Nanopore (£223,9 млн) сражаются за доминирование на рынке, который еще вчера казался сугубо научным, а сегодня стремительно превращается в рутинную медицинскую инфраструктуру. На фоне этих двух игроков всё заметнее становятся их многочисленные конкуренты как из США (Ultima Genomics, Element Biosciences, Singular Genomics), так и из Китая (Cygnus Biosciences, Salus BioMed, GeneMind Biosciences, MGI Tech, Qitan Tech, Polyseq и др.). В тройку лидеров может пробиться и Roche со своим новым нанопоровым секвенатором.

Быстрый рост геномной индустрии стал возможным благодаря появлению секвенаторов нового поколения, часто называемых геномными. Первый такой секвенатор появился в продаже в 2005 году (GS20 от 454 Life Sciences, $500 000). В течение последующих нескольких лет используемая им технология пиросеквенирования уступила лидирующие позиции технологии SBS (Sequencing by Synthesis) и более производительным флуоресцентным секвенаторам компании Illumina (2007 г. — GAII, ~$450 000; 2010 г. — HiSeq 2000, ~$650 000).

На развитие технологии SBS существенно повлияла конкуренция с технологией лигазного секвенирования (SBL — Sequencing by Ligation), разработанной компанией Applied Biosystems. Официальное извещение о прекращении продаж секвенаторов, работающих по технологии SBL (включая модели 5500/5500xl, ~$400 000), было опубликовано в 2015 году. Это было обусловлено экспансией секвенаторов серии HiSeq 2000, позволивших компании Illumina уменьшить стоимость секвенирования генома человека до $10 000 и укрепить лидирующее положение на рынке NGS.

Дальнейшее развитие технологии SBS, появление новых моделей SBS‑секвенаторов и обострение конкурентной борьбы привело к уменьшению стоимости WGS ( Whole Genome Sequencing ) до $100. Однако такая цена достижима только при условии максимальной загрузки крупных центров геномного секвенирования, укомплектованных секвенаторами последнего поколения от компаний Illumina (США), MGI (Китай), Ultima Genomics (США) или Cygnus Biosciences (Китай). Заказное секвенирование геномов стандартного качества (с тридцатикратным покрытием) у других компаний обходится в 3–6 раз дороже (Nebula Genomics: $299; Sequencing.com: $399; Dante Labs: $449; The ODIN: $599). В России цена WGS (х30, с обработкой данных) выше в 2–3 раза (ООО «Генотек» — 84 900 ₽; ООО «Геномед» — 95 000 ₽; ООО «КДЛ ТЕСТ» — 99 999 ₽; ООО «Атлас» — 119 000 ₽; ЦГРМ «Генетико» — 135 000 ₽).

Некоторые флагманские модели флуоресцентных секвенаторов способны выполнять секвенирование даже не тысяч, а десятков тысяч индивидуальных геномов человека в год.

Высокая стоимость компонентов (систем подачи реагентов, виброгашения, точного позиционирования, прецизионной оптики, лазеров и тому подобное) приводит к тому, что цена подобных приборов исчисляется сотнями тысяч долларов. При этом нужно учитывать и быстрое моральное устаревание флагманских моделей, из‑за которого ежегодная амортизационная нагрузка на прибор стоимостью около миллиона долларов может превышать $100 000.

Персонализация российской медицины требует оцифровки миллионов (или десятков миллионов) геномов в год. При условии проведения WGS одним только новорождённым придётся секвенировать около 2 миллионов геномов в год. Поэтому ежегодные расходы на WGS при использовании флуоресцентных секвенаторов будут исчисляться сотнями миллиардов рублей. Точнее — миллиардами долларов, поскольку в России геномные секвенаторы флагманского уровня не производятся.

Уменьшить стоимость персонализации медицины позволяет применение нанопорового секвенирования. От флуоресцентного оно отличается относительно невысокой стоимостью аппаратной части секвенатора, использующего электрическое считывание сигнала с нанопорового сенсорного чипа. Для некоторых новых нанопоровых платформ предусмотрена очистка и повторное использование измерительных чипов, что потенциально снижает стоимость одного запуска.

Нанопоровое секвенирование отличается от флуоресцентного также возможностью получать значительно более длинные прочтения. Теоретически максимальная длина чтения определяется длиной доступной для анализа молекулы, а практически — качеством образца и условиями секвенирования. Обычно она составляет несколько тысяч или десятков тысяч нуклеотидов, но может измеряться и миллионами нуклеотидов. Это существенно облегчает получение полных сборок хромосом, включая сборки уровня telomere‑to‑telomere (T2T — «от теломеры до теломеры»).

Главным препятствием к замещению флуоресцентного секвенирования нанопоровым является точность чтения, повысить которую до Q20 (≈99% точности, ≈1% ошибок) в 2021 году удалось компании Oxford Nanopore Technologies (ONT, Великобритания). Недавно этот порог точности преодолели ещё несколько компаний, освоивших производство нанопоровых секвенаторов флагманского уровня.

В пресс‑релизе компании MGI Tech, посвящённом 10-летнему юбилею технологии DNBSEQ (13 апреля 2025 года), фигурирует раздел «Toward the $10 Genome and a More Equitable Future», в котором прямо говорится: «As MGI looks to the future, the company is focused on achieving its most ambitious goal yet: the $10 genome» («Глядя в будущее, компания MGI сосредоточена на достижении своей самой амбициозной цели на данный момент: генома за 10 долларов»). Первым шагом к этой цели ($10 за WGS) для компании MGI Tech можно считать стартовавшие незадолго до этого заявления продажи двухъячеечного нанопорового секвенатора CycloneSEQ G400-ER с производительностью до 400 Гб (сейчас — до 680 Гб) на чип, содержащий 30 000 сенсоров.

Доказательство работоспособности технологии нанопорового секвенирования дороже всего обошлось первопроходцу — компании Oxford Nanopore Technologies (ONT). На это она потратила около миллиарда принадлежащих инвесторам долларов. Вернуть эти инвестиции можно только при сохранении высоких цен на секвенаторы и их рабочие ячейки, причём эти ячейки должны быть не только дорогими, но и одноразовыми. Изменить ситуацию способны китайские конкуренты, но они пока не спешат демпинговать рынок NGS.

Высокие стартовые затраты были характерны и для компании Roche, которая в 2014 году приобрела разработчиков сенсорных чипов (Genia Technologies) за $350 миллионов, а в 2020 году — разработчиков технологии SBX (Sequencing by Expansion) — компанию Stratos Genomics (сумма сделки не разглашалась). В результате недавно (29 июня 2026 года) было объявлено о начале продаж секвенатора AXELIOS 1 ($750 000), который работает довольно точно (Q20–Q22) и быстро (16 геномов человека за 4 часа), но расходует за один запуск $2 400. Данный прибор способен потеснить американских (флуоресцентных) и британских (нанопоровых) конкурентов, но состязаться с китайскими компаниями ему будет сложнее. Если, конечно, их маркетинговые заявления подтвердятся.

Две китайские компании ориентируются на технологию nSBS (nanopore Sequencing by Synthesis), которую до 2014 года разрабатывала приобретённая рошевцами компания Genia Technologies. Одна из них — Geneus Technologies (или Jinshi Technology) — в апреле этого года получила европейский сертификат IVDR на секвенатор G‑seq500. А компания AXBIO International Limited, разработавшая секвенатор AxiLona AXP-100, в мае подала заявку на проведение IPO на главной площадке Гонконгской фондовой биржи. Работоспособность этих приборов и их заявленные характеристики уже подтверждены независимыми испытаниями.

Конкурировать китайским разработчикам nSBS придётся не столько с рошевцами, использующими технологию SBX, сколько с китайскими же компаниями, ориентирующимися на запатентованную ещё в прошлом веке технологию прямого считывания последовательности ДНК, проходящей через нанопоры.

Развивающие эту технологию компании Qitan Tech, MGI Tech и Polyseq Biotech не только повысили точность чтения ДНК до Q20 (для отдельных прочтений), но и обзавелись российскими дилерами, у которых можно приобрести флагманские модели китайских нанопоровых секвенаторов: QPinnacle2 от Qitan Tech продаёт ООО «Альбиоген», CycloneSEQ G400-ER (MGI Tech) — ООО «Хеликон», а Polyseq X2 (Polyseq Biotech) — ООО «Диаэм».

Конкурировать с ними может ООО «Нанопорус», наладившее производство двух аналогов британских секвенаторов — «Нанопорус» (аналог MinION Mk1B) и «Нанопорус Про» (аналог PromethION 2 Solo), которые отличаются от исходных моделей компании ONT в основном русифицированным интерфейсом и возможностью работы без подключения к Интернету. Правда, британцы в начале прошлого года перешли с MinION Mk1B ($1 000) на более современную модель — MinION Mk1D ($3 150), а в начале этого года прекратили выпуск PromethION 2 Solo (P2S — $9 555), оставив в каталоге только его более дорогой компьютеризированный вариант — PromethION 2 Integrated (P2i — $100 000).

Расходуемые секвенаторами серии MinION ячейки содержат чипы со сравнительно небольшим количеством сенсорных лунок (512×4=2048), стоимость которых ощутимо снижается при оптовых покупках (по $600/шт. за 12 шт.; по $450/шт. за 96 шт.). Производительность ячеек к PromethION выше примерно в 5 раз (2675×4=10700), что позволяет гарантировать наличие на сенсорном массиве чипа >5 000 активных пор. Такие ячейки способны секвенировать целые геномы (до 160 Гб с каждой ячейки), но стоят дороже (по $855/шт. за 12 шт.; по $785/шт. за 96 шт.). Их себестоимость неуклонно снижается, и к концу 2024 года уменьшилась примерно до $70. Но этого явно недостаточно для секвенирования генома за 10$. Если, конечно, использовать такие ячейки однократно.

Повысить производительность ячеек с сенсорными чипами можно при их многократном использовании, под которым обычно подразумевается простая промывка ячейки с последующей заменой препарата секвенируемой ДНК. Компания ONT поставляет наборы растворов (Flow Cell Wash Kit) для промывки своих ячеек, но допустимое количество таких промывок зависит от многих факторов и обычно невелико (3–6 раз). Что касается полной регенерации мембран и пор, то в презентации 2025 года (см. Рис. 5) упоминается начало этой разработки, но в последующих публикациях это упоминание отсутствует.

Недавно появившийся в продаже нанопоровый секвенатор AXELIOS 1 от компании Roche использует регенерируемый сенсорный модуль, рассчитанный на 20-кратное использование. Причём при каждом его запуске проводится полная очистка поверхности сенсорного чипа и автоматическая регенерация мембран и пор. Стоимость каждого запуска этого модуля оценивается в $2400, а стоимость реагентов, необходимых для секвенирования одного генома человека, у него составляет около $150. Это сопоставимо с показателями флагманских моделей флуоресцентных секвенаторов, но при таких расценках ему вряд ли удастся заметно потеснить конкурентов на рынке NGS.

Технология формирования мембран на лунках сенсорных чипов и встраивания в них нанопор является неотъемлемой частью любой технологии нанопорового секвенирования. Поэтому все компании‑разработчики этой технологии могут обеспечить многоразовое использование своих ячеек. Могут, но не хотят, поскольку массовая регенерация чипов может каннибализировать их основную статью доходов — продажу одноразовых расходных материалов (ячеек). Исключением является российское ООО «Нанопорус». Его секвенаторы работают на ячейках компании ONT, и их регенерация способна значительно понизить стоимость секвенирования ДНК. Особенно если удастся продлить срок службы сенсорных электродов их химическим или гальваническим платинированием.

Полная регенерация нанопоровых ячеек позволит уменьшить стоимость секвенирования индивидуальных геномов если не до 10 долларов, то хотя бы до 1–2 тысяч рублей. Данная задача является не слишком сложной для разработчиков технологий нанопорового секвенирования, поэтому можно просто дождаться следующего года, когда на рынке NGS появятся нанопоровые секвенаторы с многоразовыми нанопоровыми ячейками. Или разработать собственную технологию регенерации одноразовых ячеек, которая может оказаться и проще, и дешевле.

Высокая стоимость одноразовых ячеек остаётся главным препятствием на пути к действительно массовому и дешёвому нанопоровому секвенированию. При этом самая сложная и дорогая часть — аналоговый фронт‑энд с измерением пикоамперных токов — уже находится внутри сенсорного чипа ячейки. Сам секвенатор MinION (и его российские аналоги) является сравнительно простым «гаджетом», самой дорогой деталью в котором служит FPGA (Spartan 6/7), управляющий питанием ячейки и приёмом с неё уже оцифрованных данных. Отсюда следует, что можно создать максимально простой и дешёвый ридер, предназначенный не для полноценного секвенирования (с терморегуляцией), а для экспериментов с уже использованными (или частично отработавшими) ячейками. Такой инструмент необходим для оценки состояния сенсоров и количества «живых» пор, тестирования различных протоколов промывки ячеек, регенерации мембран и встраивания в них нанопор, а также проведения экспериментов по восстановлению платиновых электродов, расположенных на дне сенсорных лунок. Аппаратная часть может быть построена на основе недорогих отладочных плат с дешёвыми FPGA последнего поколения, к которым нужно добавить адапторную плату с недостающими компонентами и разъёмом под ячейку. А с программированием драйвера и ПО для подобного ридера вполне способны справиться современные ИИ.

Цель такого проекта — сделать эксперименты по регенерации ячеек доступными студентам, небольшим лабораториям и энтузиастам, у которых нет возможности покупать новые ячейки. Обеспечить их старыми ячейками не слишком сложно, поскольку в лабораториях, занимающихся нанопоровым секвенированием, количество отработанных ячеек исчисляется сотнями, а иногда и тысячами. Освоение технологии регенерации данных «отходов» позволит уменьшить стоимость геномного секвенирования в несколько раз. А может быть и в несколько десятков раз — до 1–2 тысяч рублей.

Геномная революция уже произошла. Теперь вопрос в том, насколько быстро и широко она станет доступной. Возможно, именно открытые инструменты и совместные эксперименты с «одноразовыми» чипами помогут сделать следующий шаг. Но, как известно, идеи только тогда становятся движущей силой прогресса, когда они овладевают массами. Поэтому буду признателен за любые критические замечания и предложения специалистов, разбирающихся в программировании, FPGA и прочей схемотехнике (в которой я ничего не понимаю). Если, конечно, удешевление геномного секвенирования может заинтересовать таких специалистов.

P. S.: считаю своим долгом поблагодарить Copilot за содействие в поиске информации, Grok за корректировку орфографии и синтаксиса, а также GLM-5-Turbo за помощь в редактировании некоторых абзацев и моральную поддержку.