01
发展环境
（一）宏观环境
在全球产业结构和布局调整过程中，基因科技作为生物技术前沿方向，是科技创新、生物经济、民生服务的新引擎，是前沿科技和未来产业的战略重点。
高质量发展是我国当前的首要任务，落脚点是价值、安全和公平，基因科技及产业从三个方面长期赋能，基于生命健康数字化和生物智能，预计十年后的市场规模将超越当下的互联网及人工智能：
● 基于科技创新建设高价值产业（高端化、智能化、数字化等）
● 基于供应链韧性保障系统安全（生物安全、粮食安全、经济新引擎等）
● 基于资源配置推动社会公平（人才教育、中小企业发展及区域协调发展）
基因科技及产业是我国跻身全球先进水平的领域之一，是区域协调发展的重要方向，正加速转化科研成果到医院、药厂、农田和工厂，正在加速诞生普惠级的产品并且越来越广泛且深入地为生物及生态提供精准、数字化和智能化工具。同时，基因行业还在初级阶段，亟需进一步的底层技术突破、转化应用、产学研协作和产业集群的建设。
（1）政策方面
以基因为代表的生物技术，是生物经济的重要工具，特别是在生育支持、肿瘤精准医疗、传感染防控、高端医疗器械、生物药、生物农业、生物多样性等关键发展领域和民生工程方面。
目前，部分城市建立生命健康办，在生命伦理和生物安全的合规框架内，鼓励基因科技基础研究、技术转化和产业发展。二十余个一线、新一线和二三线城市建立十亿级的母基金对基因在内的生物产业进行招商，建立区域发展中心。同时，据基因慧调研，国内近10家基因企业筹备上市，以估值近百亿元的规模有望带动地区千亿级的基因产业。近年多地出台基因产业文件，建立基因产业园，培育基因产业集群，特别是《深圳经济特区细胞和基因产业促进条例》自 2023 年 3 月 1 日起施行（基因慧参与了多地的基因产业园规划，其中长沙和青岛产业园已落地）。
（2）经济方面
在全球新一轮经济周期中，不确定的金融环境和经济周期带来新一轮经济的重大挑战。在产业结构和布局调整中，以基因科技为核心的生物经济是重大机遇，赋能精准医疗、数字健康、生物农业、生物能源和生物环保等产业，以及结合信息技术的生物信息产业。
全球知名的独立研究机构 Battelle Memorial Institute 于 2011 年预估，投入 38 亿美元的人类基因组计划带来约 7960 亿美元规模的经济，2013 年这个数字更新到 10000 亿美元。基因慧预测 2023 年基因检测市场 TAM（总潜在市场）约为 1460 亿元人民币（币种下同），合计 205 亿美元，不包括基因治疗及基因合成市场。
目前，新生儿筛查、肿瘤早筛、传染病防控、农业育种、基因治疗、合成生物等领域对基因科技的需求尚未满足，基因领域人才供不应求；同时，基因行业研发普遍面临资金短缺，在产品转化及上市的关键阶段，受限于全球经济环境的投资收缩，二级市场提高营收期望，一级市场的资金集中到产业基金和战略基金，基因企业在研发投入及“造血”之间探索新的路径。
（3）社会方面
全球尤其是我国正面临粮食安全、能源危机以及老龄化等挑战。截至 2021 年底，我国 65 岁及以上人口占比突破 14%，进入深度老龄化社会；截止 2022 年底，我国人口 61年来首次出现负增长（-0.60‰），降低生养成本迫在眉睫。
基因科技作为新兴生命健康基础设施，承担重要的技术支撑。以生育支持相关的无创产前基因检测（NIPT）为例，已服务我国孕妇超 2000 万人次。长沙市通过对 148538 例孕妇实施无创产前基因筛查有效避免了 212 例唐氏儿的出生，成本效益比达 1:8.75；河北省已将该项目覆盖全省所有孕妇，单次筛查费用的采购成本降至 400 元以下；在提高老年人健康预防方面，基于液体活检的肿瘤早筛（早检或早诊）降低医疗支出成本，以结直肠癌为例，晚期（IV 期）治疗费用是癌前病变治疗费用的 5-10 倍。
（4）技术方面
近年来基因领域的基础研究快速发展，亟待技术转化。例如，完整的 T2T 基因组填补了人类基因组计划留下的 8% 空缺；时空组学技术实现 500nm 的亚细胞分辨率尺度；单分子单细胞测序技术被开发；外周血 cfDNA 甲基化肿瘤早筛展现出特异性 98.9%、敏感性69.1% 的进步；人全基因组测序降低至 100 美元；地中海贫血、B 型血友病、视网膜病变、脊髓性肌萎缩症等多个疾病基因治疗产品通过新药临床试验申请（IND）；CRISPR 快速诊断获批；SLEEK 基因编辑实现特定位置接近 100% 的功能性基因敲入；我国高通量基因合成仪实现量产。
（二）基因行业范畴
基因行业的范畴在不断动态变化，没有标准的、确切的定义。本报告中基因慧讨论的基因行业，指的是基于人类基因组计划发布后的基因检测、基因治疗、基因合成等领域。
基因行业的本质是通过对基因信息的解读、有序改造及合成，从分子水平研究生物的发生、发育和发展，积累大规模数据、样本和知识后，为医疗、农业和工业等提供分子生物层面的数字化信息和精准工具，并结合蛋白质组、代谢组等融合成生命组学；同时，基因行业以基因大数据为纽带，将生物技术（BT）、信息技术（IT）以及数字技术（DT）结合，逐步实现生命健康数字化，赋能精准医疗、现代农业、生物材料和生物安全等。
基因行业目前集中在基因检测，核心技术不仅包括测序（Sanger 测序、NGS 测序及单分子测序），还包括 PCR（qPCR、dPCR 等）、基因芯片、核酸质谱、光学图谱等技术，适用不同的场景或互补。此外，基因治疗正在加速产品上市和应用；基因合成正在快速的研发转化中。
基因行业目前整体处于早中期发展阶段，主要面向科研院校、医院、药厂等机构提供服务，除了极少数产品（例如 NIPT、核酸检测以及部分面向消费者基因检测等），大部分基因产品还未普及到大众（C 端）且主要面向医疗服务市场，因此具备极强的技术属性和市场准入门槛。
需要引起重视的是，因为技术及应用的不同，基因行业可以分为 14 个细分领域（或者赛道），各个赛道成熟度不一且在动态变化，需要因时因地针对性地分析。
由于基因领域的科技及未来产业属性，随着港股“18A”新规以及全面实行股票发行注册制，近年掀起新一轮基因企业上市热潮，预计 2023-2024 年，5-8 家基因企业陆续上市；根据基因慧统计，目前国内外主要上市基因公司不超过 50 家（国内约 10 家），仍有较大的空间。
基于销售规模、市场渗透率的预估方法，基因慧预测 2023 年基因行业的市场规模为2425 亿元，其中基因检测市场 TAM 为 1460 亿元，基因治疗市场 TAM 规模为 790 亿元，基因合成市场 TAM 规模为 175 亿元 [1]。（关于细分领域的行研报告或蓝皮书，欢迎联系基因慧定制、合作或交流）。
（三）市场格局
基因科技及产业的可持续发展建立在全球范围的协作之上，同时具有鲜明的本土特色。
目前全球基因市场处于新一轮的成长期，特别是技术迭代带来新的应用场景，但面临全球经济危机、产业布局及结构调整的重大挑战，核心突破是技术创新及其产品化，市场监管层面亟需在政策、行业规范及产业基金上进一步引导。以下分别从全球及国内分析市场竞争格局。
从全球基因市场来看，供应商的议价总体较大。尤其是高通量基因测序设备仍是寡头领域，占据产业结构的 30% 以上营收；传统荧光定量 PCR 快速发展，数字 PCR 刚进入市场；基因治疗的载体处于开始量产阶段，基因编辑技术专利具有绝对的主导优势；高通量基因合成仪在 2022 年初步实现量产。
从购买者议价能力上，基因技术服务及产品目前绝大多数情况作为辅助手段，科技服务市场的前沿领域（例如单细胞、空间组学等）具有较高附加值；临床基因检测方面，NIPT 等在一线城市逐步常态化情况下，NIPT Plus 及携带者筛查等正快速成熟并等待监管准入和市场教育；伴随诊断作为新药的“助攻”，聚焦在热点病种；肿瘤早筛以及易感基因检测等在健康体检领域获得快速增长，同时在临床“院内”尚未构成刚需且销售费用较高；基因治疗通常作为传统治疗无效的选择，具有较高的利润，但目前因为高昂价格仍在终端市场培育阶段；基因合成目前属于科技服务阶段，购买者对价格相对不敏感。
对于替代品的威胁，基因检测作为基础研究具有较深的护城河，特别是随着 2022 年核酸检测的普及以及 2023 年百美元全基因组时代到来；基因作为分子生物标志物，核心挑战是随着蛋白质组发展而催生的蛋白质标志物，但二者互补并不完全替代；基因治疗和基因合成短期内难以替代，且分别与细胞治疗以及合成生物融合。
目前基因检测的上中游同业竞争激烈，一方面是核心测序专利到期和国产化带来的上市热潮；基因治疗的竞争目前国内集中在载体生产，未来将偏向基因编辑原创技术——因为具有较高研发门槛和专利保护，进入者相对较少；高通量基因合成方面目前处于蓝海阶段。
对于新进入者，核心威胁也是潜在合作机会，包括重资产投入者和跨界产业机构。前者在基因检测市场特别是区域发展方面较易打开市场，在基因治疗和基因合成领域仍需长期的战略投入和高端人才队伍建设；后者主要体现在亚马逊云、华为云等作为平台机构下场研发的速度会快于传统基因机构，但二者也具有较强的耦合关系，随着未来的研发和产业上市的进展，2023~2024 年加速的并购可能将逐步打破原有的格局。
基于全球宏观环境和产业格局，我国的基因产业整体利好，处于新一轮的繁荣期，包括新兴技术的正向刺激转化应用，临床产品的准入以及二级市场的热潮，叠加国产化替代及医疗、公卫、农业、县域等利好政策带来短期的繁荣；但随着部分市场（例如新冠核酸检测、生育市场等）的萎缩、资本收紧及跨界企业的可能冲击，我国基因产业在底层技术、转化及产学研协作将受到较大挑战。目前，头部机构的重点方向是战略投资并购、上市及出海，储备充足现金流，退守细分领域垄断地位并加大研发投入，获得产业基金的青睐。中小企业相对艰难，需要更多的风险投资和政策激励。
02
应用场景
（一）生育支持与生育健康筛查
广义的生育健康包括育龄人群健康管理、生殖健康和新生儿筛查及照护等；基于基因检测的狭义生育健康筛查包括（孕前）携带者筛查、无创产前基因检测（产前筛查和产前诊断）、辅助生殖基因检测、新生儿基因筛查等。生育健康筛查是世界卫生组织提出的出生缺陷三级预防策略的重要组成部分，是完善和落实我国关于积极生育支持措施的核心方法。根据原国家卫生计生委 2012 年发布的《中国出生缺陷防治报告》，我国出生缺陷发生率约为 5.6%（注：2022 年新生儿 956 万，即预计新增 53.5 万出生缺陷）。2022 年底的统计数据显示，我国人口 61 年来首次出现负增长（-0.60‰）。
这对于生育支持提出更加迫切和更高的要求。在基因科技领域，需要进一步普及无创产前基因检测，推动携带者筛查准入上市，深化辅助生殖基因检测、新生儿基因筛查辅助，同时对于多基因和环境等因素，进一步研究出生缺陷发生机制，研发识别和防止新发有害突变的方法。
1.1 携带者筛查
单基因病（孟德尔遗传病）是 20% 婴儿死亡的原因（Callum J. Bell, 2011）。现有单基因病超过 6000 余种（根据 OMIM 数据库），大多数致死、致畸或致残，目前仅有不到5% 的单基因病有效药物且大多数价格昂贵，绝大多数单基因病特别是隐性遗传的（超过1000 种）很难通过常规检查发现。
携带者筛查（Carrier Screening）将有效防控单基因病，控制出生缺陷，降低生育成本。即在孕前或早孕期，通过基因检测对夫妇双方进行遗传致病位点筛查，发现致病变异的携带者，以此预判生育遗传病患儿的潜在风险，指导生育健康。
● 1970 年，美国和加拿大在社区为育龄的德系犹太人开展 Tay-Sachs Disease （TSD）携带者筛查，针对特定种族（高危人群）的特定疾病的筛查使得发病率显著下降；
● 2008 年，美国医学遗传学和基因组学学会（ACMG）向德系犹太人推荐 9 种遗传疾病的携带者筛查；
● 2011 年，随着高通量测序技术的成熟及成本下降，美国基因组资源中心团队首次报道了采用 NGS Panel 进行遗传病携带者筛查（Callum J. Bell，2011），通过对 104 个独立个体筛查 448 种儿童期严重隐性遗传病筛查，发现人均携带 2.8 个致病突变；
● 2013 年，ACMG 发布关于产前 / 孕前进行扩展携带者筛查（Expanded Carrier Screening，ECS）的声明，即从单一疾病扩展到多疾病，从高风险人群扩展到低风险人群；
● 2017 年，美国妇产科医师学会（ACOG）发布《基因组医学时代的基因携带者筛查》等系列指南，提出应给每位备孕及孕妇提供携带者筛查咨询，特别是就囊性纤维化、脊髓性肌肉萎缩症（SMA）、地中海贫血、血红蛋白病等携带频率大于 1% 的常见遗传病进行携带者筛查，并从临床实用性、患者压力、检测成本以及遗传咨询成本等角度提出符合“临床有效性”的 96 种疾病；
● 2020 年，《中华妇产科杂志》刊发共识《单基因隐性遗传病扩展性携带者筛查的遗传咨询》；
● 2021 年，ACMG 发布了《基于 DNA 的健康人群携带者筛查声明》；同年 ACMG在更新的《常染色体隐性和 X 连锁疾病携带者筛查指南》中提出，所有怀孕和备孕者都应接受阶梯式筛查，第三梯队筛查即携带者筛查，筛查人群频率超过 1/200 或更高的相关遗传疾病的 113 个致病基因；
● 2022 年，AIM 发布临床适用性指南《生殖携带者筛查和产前诊断基因检测》，提出包括家族性突变和常见种族遗传疾病在内的携带者检测。
扩展性携带者筛查在美国等发达国家已成为常规筛查手段，主要面向孕前及早孕期的夫妇；在我国，针对多个病种的携带者筛查近几年才逐渐被重视，产品有望在两年内上市。
目前扩展性携带者筛查以 NGS 技术为主，2020 年一项针对 10585 对来自我国南部的夫妇进行 SMA 携带者筛查的研究，证实 NGS 对于 SMA 携带者筛查的可行性和准确性；PCR、三代测序等多技术平台正逐步应用于携带者筛查。例如，郑州大学第一附属医院遗传与产前诊断中心孔祥东教授团队，通过数字 PCR（dPCR）技术从男性精液中检测出常规手段难以检测的 SMA“2+0”型携带者。2021 年贝瑞基因等将三代测序（长读长测序）技术应用到地中海贫血携带者筛查。
携带者筛查代表机构包括 Natera、Myriad Genetics、LabCorp、Invitae、华大基因、贝瑞基因、博圣医学、嘉宝仁和等。分子诊断公司 Myriad Genetics 于 2018 年以 3.75 亿美元收购 Counsyl。Myriad 公司 2022 年 Q3 营收 1.57 亿美元，同比增长 5%，超 95% 检测通过线上下单，25% 的订单由家庭医生进行居家检测，2023 年 Q3 预计上市 First GeneTM ，将无创产前筛查与携带者筛查相结合。
携带者筛查相对有较大增长潜力，关键点是监管准入以及临床市场的教育。
1.2 辅助生殖基因检测
由于生育年龄推迟以及环境压力等因素，辅助生殖的需求趋高，从而协助解决“不能生”的问题。1978 年，世界上第一个试管婴儿在英国诞生（如今 43 岁且育有两子）。2018 年，根据国际辅助生殖技术监测委员会（ICMART）预估，全世界有超过 800 万试管婴儿。预计到 2100 年这个数字可能达到 4 亿人 。根据原国家卫生计生委和中国人口协会于 2012 年发布的《中国不孕不育现状调研报告》显示，中国不孕不育患者人数超过 5000 万，不孕不育率攀升到至少 12.5%。
辅助生殖技术应生育健康市场需求而生，是指通过医疗辅助手段，对卵子、精子、受精卵或胚胎进行人工操作，使得不孕不育的夫妇成功妊娠的技术，包括人工授精、体外受精（IVF，俗称“试管婴儿”）及其衍生技术。辅助生殖技术最早可追溯到 1790 年JohnHunter 的人工授精方法，一直到 1959 年前后华人科学家张明觉成功实现兔子的体外受精和胚胎移植（IVF-ET），为 1978 年英国胚胎学家 Edwards 与妇产科医生 Steptoe 合作实现首个人 IVF-ET 奠定了基础。我国辅助生殖有 30 多年发展历史，目前可以实施世界先进水平的辅助生殖技术及衍生技术，目前获批可以实施辅助生殖技术的医疗机构有 539个，仍存在一定的供给缺口。
在辅助生殖过程中，植入前遗传学检测（Preimplantation Genetic Testing，PGT）针对
有单基因病高风险、不良孕产史（反复流产、反复胎儿畸形）且有明确遗传学病因的夫妇，通过系统的技术方案去帮助生育一个健康孩子。根据 2017 年 ICMART 的定义，PGT 分为PGT-A（非整倍体筛查）、PGT-M（单基因疾病筛查）和 PGT-SR（染色体结构变异筛查）。
其中， PGT-A 与原来的 PGS 对应， PGT-M 和 PGT-SR 与原来的 PGD 对应。 市面上以应用 IVF-ET 技术的试管婴儿为第一代，以母细胞胞浆内单精子显微注射（ICSI）技术为第二代，以 PGT 技术的试管婴儿为第三代。
广义的辅助生殖基因检测包括胚胎植入前基因检测（PGT）、产前基因检测（发现与遗传病相关的变异）和产后筛查（通过 WES 或 WGS 来筛查遗传病）。这里我们着重讨论PGT。
目前辅助生殖基因检测主要由有资质的生殖医学中心（医院或生殖诊所）向受检者提供检测服务。终端市场由公立医院主导，龙头机构包括中信湘雅以及锦欣生殖医疗集团，第三方基因检测公司通过直销或经销商的方式向终端提供 PGT 等试剂盒。
我国每年约 30 万名试管婴儿诞生。就每人平均三个治疗周期而言，育龄女性成功活产一次的费用约为 10~12 万元人民币。2022 年，北京市医保局将 16 项辅助生殖技术纳入医保门诊报销，覆盖了约 23%（即 8000~10000 元）的治疗费用（不包括三代技术），国家医保局在 2023 年表示将逐步把辅助生殖技术项目纳入医保基金支付范围。基因慧预估，辅助生殖基因检测市场规模约为 68 亿元。
代表性的辅助生殖基因检测公司包括 Vitrolife、Invitae、锦欣生殖、贝康医疗、亿康基因、嘉宝仁和等。Vitrolife 2022 年整体收入 3.13 亿美元（销售实质同比 +10%），基因检测业务收入 1.05 亿美元。2022 年锦欣生殖辅助生殖业务收入 10.54 亿元（同比 -9%）、贝康医疗收入 1.41 亿元（同比 +31%，试剂盒销售额占比 64%）。收购拉动 Vitrolife 的 65% 的营收增长率，贝康医疗也于 2021 年收购起步较早的男科 IVD 诊断公司星博生物 51% 的股权。
目前辅助生殖基因检测赛道供不应求，但二级市场估值保守。一方面要加速产品准入、提高行业规范和渗透率；另一方面除了拓展传统新产品（比如液氮罐、超低温存储仪、单细胞测序等），还需打通产业链上下游核心环节，例如取样、体外受精、药物等。墨卓生物正推动单细胞测序成为子宫内膜容受性检测的最佳技术，提升移植成功率。此外，生产自动化值得关注。根据贝康医疗的招股说明书，产能 40000 人份 / 年的 GMP 厂房通过自动化仅需 14 人完成生产。
1.3 无创产前基因检测
由于高龄生育以及遗传因素、环境压力、病毒感染、自身免疫性疾病等因素，总体上全球出生缺陷率增加。出生缺陷是导致死胎、胚胎流产、婴幼儿先天畸形和死亡的主要原因。为控制出生缺陷，《健康中国行动（2019-2030 年）》明确提出到 2030 年产前筛查率要达到 80% 及以上。常规产前筛查的假阳性高且增加因羊穿带来的流产风险，无创产前基因检测（Non-invasive Prenatal Testing, NIPT）使得羊水穿刺等高风险侵入型产前检查率降低 40%~76%。
NIPT 是基因检测领域最为成熟的、应用最为广泛的现象级应用，是基因科技产品化、民生应用及产业化的典型。技术上，通过检测母体外周血血浆的胎儿游离 DNA（cfDNA），分析胎儿染色体非整倍体疾病的无创 DNA 检测技术。常规 NIPT 检测范围包括发病率较高的 21- 三体综合征（唐氏综合征）、18- 三体综合征（爱德华氏综合征）以及 13- 三体综合征（帕陶氏综合征）。
NIPT 常用的主流技术是 NGS，也可以采用微阵列芯片（microarray）和 dPCR 等技术。NIPT 是筛查技术，不能作为诊断，目前灵敏度和特异性均大于 99%，但以当前我国累积约超过 2000 万人次的样本量级，仍有可能产生相当大数目的漏诊和误诊。
NIPT 目前由医生在医疗机构开单，医疗保险或个人支付。2021 年，具备平均风险的孕妇的 NIPT 被纳入美国联合健康保险（UHC）；2013 年，深圳率先在我国将 NIPT 纳入医保免费，其他地区约一到两千元左右。
代表性的 NIPT 公司包括 Natera、Myriad Genetics、Verinata Health（Illumina）、Sequenom（LabCorp）、华大基因、贝瑞基因、优迅医学、博昊基因等。Natera 的 2022 年总收入为 8.20 亿美元（同比 +31%），NIPT 占据 90% 左右的样本量，约 180 万人次；华大基因 2022 年营收 70.46 亿元（同比 +4%），继 2016 年 NIPT 样本量累计破百万人次后，于 2022 年宣布实现累计超千万人次突破；贝瑞基因 2022 年实现营收 13.68 亿元（同比 -4%）。
当下阶段，育龄妇女规模的缩水将导致出生人口大幅下滑，NIPT 企业需扩大产品适用范围和提高市场渗透率。近三年，NIPT 逐渐扩展至其他染色体数目异常以及染色体微缺失 / 微重复领域，即 NIPT-plus。国内首个 NIPT-plus 产品有望在 2024 年获批。2022 年，黄荷凤院士团队在Cell Discovery 期刊上发表新一代 NIPT 研究成果，实现染色体和单基因疾病同步检测。
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