Ожидается, что объем мирового рынка метагеномного секвенирования достигнет US$ 4,39 млрд. через 2030 годиз US$ 1,41 млрд. в 2023 год, демонстрируя совокупный годовой темп роста (КАГР из 17,6% в течение прогнозируемого периода. Метагеномное секвенирование относится к прямому генетическому анализу геномов, которые содержатся в образце окружающей среды. Он включает в себя изучение генетического материала, извлеченного из образцов окружающей среды, таких как вода или почва, без необходимости культивирования отдельных видов. Этот метод является мощным инструментом для оценки биоразнообразия микробных сообществ и понимания их роли в экосистемах. Метагеномное секвенирование позволяет исследователям получить доступ и изучить подавляющее большинство микробов, которые не могут быть культивированы в лаборатории. Это помогает в выявлении новых генов, ферментов и натуральных продуктов, которые имеют различные применения в биотехнологии, сельском хозяйстве, медицине, возобновляемой энергии, биоремедиации и многом другом. Рост рынка обусловлен снижением затрат на секвенирование, достижениями в технологиях секвенирования, растущими исследованиями в области геномики и ростом государственного и частного финансирования исследований в области метагеномики.

Рынок метагеномного секвенирования сегментирован на технологии, продукты, приложения, конечных пользователей и регионы. По технологии рынок сегментируется на секвенирование, биоинформатику, ПЦР, микрочипы и другие. Наибольшую долю в 2022 году составил сегмент секвенирования. Рост этого сегмента обусловлен постоянно снижающимися затратами на секвенирование и технологическими усовершенствованиями в платформах секвенирования следующего поколения (NGS).

Глобальные драйверы рынка метагеномного секвенирования

• Снижение затрат на секвенирование: За последнее десятилетие стоимость секвенирования значительно снизилась, что делает метагеномное секвенирование более доступным для широкого круга исследователей и конечных пользователей. Стоимость секвенирования генома человека в 2001 году составила более 100 миллионов долларов США. Это сократилось примерно до 600-1000 долларов США за геном с появлением технологий секвенирования следующего поколения такими компаниями, как Illumina, биотехнологическая компания Oxford Nanopore и другие. Аналогичным образом, стоимость Mb секвенирования микробов также упала в геометрической прогрессии с тысяч до нескольких долларов. Это расширяет применение метагеномного секвенирования в исследованиях и клинических применениях. Дальнейшие улучшения в области химии, инструментов, миниатюризации и нанотехнологий будут способствовать дальнейшему снижению затрат и росту рынка метагеномного секвенирования.
• Технологические достижения в платформах секвенирования: Новые и передовые высокопроизводительные платформы секвенирования следующего поколения (NGS) разрабатываются и запускаются компаниями. Они обеспечивают более высокую точность, более быстрое время обхода, большую длину считывания и способность секвенировать больше образцов за один раз. Например, в сентябре 2020 года британская компания Oxford Nanopore Technologies запустила PromethION 2 Solo для секвенирования длинного чтения на основе нанопор. Он предлагает доступ по требованию к 48 проточным ячейкам и увеличенной пропускной способности. Аналогичным образом, Illumina запустила секвенсоры серии NovaSeq X, которые могут производить 6 Тб данных менее чем за два дня. Такие передовые системы секвенирования способствуют внедрению метагеномики в различных исследовательских и клинических областях.
• Рост исследований метагеномики: Исследования метагеномики для анализа микробных сообществ приобрели значительный интерес за последнее десятилетие. Количество опубликованных исследований метагеномики выросло в геометрической прогрессии с менее чем 100 в 2007 году до более чем 2000 в 2019 году в соответствии с базой данных Национального центра биотехнологической информации (NCBI). Кроме того, в последние годы были созданы крупномасштабные проекты в области метагеномики, такие как Проект биогенома Земли, MetaSUB и проект микробиома человека. Это растущее исследование поддерживается снижением затрат, улучшением баз данных и увеличением приложений в области здравоохранения, биотехнологии, сельского хозяйства и других областях.
• Государственное и частное финансирование: Значительное государственное и частное финансирование предоставляется во всем мире для поддержки научно-исследовательских инициатив и проектов в области метагеномики. Например, правительство США объявило о финансировании проекта «Микробиом человека» в размере 515 миллионов долларов США в 2019 году. Международная организация MetaSUB получила финансирование в размере 5 миллионов долларов США от Genome Canada и Ontario Genomics для секвенирования микробиомов в глобальных городах. Кроме того, частные организации, такие как Фонд Гейтса, Wellcome Trust и Фонд Саймонса, предоставляют огромные исследовательские гранты для исследований метагеномики. Наличие финансирования исследований будет стимулировать рост рынка.

Возможности глобального рынка метагеномного секвенирования

• Синтетическая биология и генная инженерия: Метагеномика раскрывает новые ферменты, биоактивные вещества и пути в микробах, которые имеют огромный потенциал для применения в синтетической биологии и метаболической инженерии. Компании добывают метагеномные данные последовательности для выявления новых противомикробных препаратов, биополимеров, биосурфактантов, биокатализаторов и других, которые могут быть гетерогенно выражены и коммерчески произведены с помощью подходов синтетической биологии. Например, в июне 2021 года Ginkgo Bioworks, биотехнологическая компания, использовала метагеномику для производства новых каннабиноидов. Такие приложения создают значительные возможности для роста рынка.
• Агробиотехнологии: Метагеномика позволяет идентифицировать микроорганизмы, способствующие росту растений, агенты биоконтроля, микробные инокулянты и другие, которые могут устойчиво трансформировать производительность сельского хозяйства. Такие компании, как AgBiome, Indigo и другие, используют метагеномику для биоразведки сельскохозяйственных микробиомов и разработки продуктов для защиты растений и повышения роста. Агробиотехнологические применения метагеномики будут стимулировать ее внедрение в ближайшем будущем.
• Биоремедиация: Метагеномика позволяет быстро оценивать микробные сообщества на загрязненных участках и помогает в подходах биоаугментации или биостимуляции на основе биоремедиации. Он помогает отслеживать изменения во время биоремедиации и выявлять новые деградирующие микробы и катаболические гены. Метагеномный анализ широко используется для биоремедиации почв, загрязненных углеводородами, тяжелыми металлами, красителями и другими. Центральная роль метагеномики в экологической биотехнологии создает значительные возможности.
• Одноклеточная метагеномика: Технологии одноклеточного секвенирования обеспечивают метагеномику при разрешении отдельных клеток, выявляя обширную неоднородность даже в пределах одного вида. Одноклеточная метагеномика обеспечивает более тонкую таксономическую классификацию, улучшает обнаружение редких таксонов и позволяет реконструировать геном. Например, в марте 2022 года 10x Genomics, Biotechnology Company предлагает одноклеточные метагеномные рабочие процессы, которые могут параллельно профилировать тысячи некультурных микробов. Одноклеточная метагеномика дает новые идеи и станет быстрорастущей областью возможностей.

Глобальный рынок метагеномного секвенирования сдерживается

• Сложность анализа данныхМетагеномный анализ включает в себя биоинформатически интенсивные рабочие процессы для контроля качества, таксономической классификации, функциональной аннотации, сравнительного анализа и других. Отсутствие полных баз данных также затрудняет анализ. Интеграция мульти-омики создает дополнительные проблемы. Экспертиза в области микробиологии, статистики и вычислительной биологии необходима для получения значимых идей. Эта сложность ограничивает более широкое внедрение.

Контрбаланс: Игроки рынка должны предоставить полные справочные базы данных для правильного анализа.

• Нужны стандартизированные протоколы: Отсутствие стандартизированных протоколов для сбора образцов, записи метаданных, извлечения ДНК/РНК, подготовки библиотек и анализа данных влияет на сопоставимость между исследованиями. Вариации на этих этапах могут искажать результаты. Создание надежных экспериментальных и аналитических стандартов имеет важное значение для высококачественных исследований метагеномики и перевода в клинические применения.
• Этические и правовые проблемы: Метагеномный анализ образцов человека вызывает проблемы с конфиденциальностью из-за потенциальной экстракции хозяина дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Доступность данных о микробиоме человека требует тщательной обработки в соответствии с такими правилами, как Закон о переносимости и подотчетности медицинского страхования (HIPAA). Экологическая метагеномная добыча для коммерческого использования также поднимает такие вопросы, как совместное использование выгод, предварительное информированное согласие и другие. Решение этих этических и правовых вопросов имеет важное значение для этой области.

Взгляд аналитика на глобальную метагеномику Рынок секвенирования:

Ожидается, что мировой рынок метагеномного секвенирования будет наблюдать устойчивый рост в течение прогнозируемого периода из-за более широкого внедрения программного обеспечения для управления персоналом и облачных платформ. Это дает возможность заинтересованным сторонам оптимизировать планирование и распределение ресурсов в режиме реального времени и растущий спрос на медсестер, вызванный старением населения во всем мире и увеличением распространенности хронических заболеваний. Развитые рынки Северной Америки и Западной Европы доминируют благодаря более высокому распределению ресурсов в секторе здравоохранения по сравнению с другими регионами.

• Основное внимание уделяется сбору метаданных и стандартам: Все большее внимание уделяется систематическому сбору метаданных, таких как местоположение выборки, физико-химические параметры и другие. наряду с метагеномными данными последовательности, чтобы обеспечить более контекстный анализ. Такие инициативы, как Консорциум геномных стандартов, обеспечивают стандарты для последовательного сбора мета- и фенотипических данных. Кроме того, публичные базы данных, такие как MG-RAST, обеспечивают соблюдение минимальных стандартов метаданных для всех представленных наборов данных. Полные и стандартизированные метаданные помогают в биологической интерпретации и анализе тенденций.
• Длинная последовательность чтения: Технологии секвенирования с длинным чтением, такие как нанопоры и PacBio, позволяют секвенировать гены РРНК полной длины 16S и даже полные бактериальные и археальные геномы из метагеномных образцов. Это обеспечивает более точное разрешение и точную таксономическую классификацию по сравнению с короткими прочтениями. Длинные считывания также помогают лучше собирать геном и аннотировать сложные метагеномы. С повышением точности и пропускной способности использование секвенирования с длинным чтением увеличивается для метагеномики.
• Биоинформатические решения: Достижения в инструментах биоинформатики и рабочих процессах для метагеномного анализа, таких как метаSPAdes, MEGARes, HUMAnN и другие, улучшают таксономическое и функциональное профилирование из данных последовательностей. Облачные решения, такие как CosmosID, One Codex и другие, обеспечивают удобный и быстрый метагеномный анализ для неспециалистов. Интегрированные решения по выборке отчетов способствуют более широкому внедрению среди биологов и клиницистов. Автоматизированный анализ с помощью инструментов AI / ML также является новой тенденцией.
• Расширение базы данных: Справочные базы данных генома, необходимые для таксономической классификации и функциональной аннотации, постоянно расширяются. Такие инициативы, как проект Uncultivated Bacteria и Archaea и Hungate Collection, сосредоточены на секвенировании типов штаммов новых микробов для заполнения баз данных. Базы данных, такие как IMG, SILVA, GreenGenes, KEGG, часто обновляются новыми микробными геномами, функциональными путями и другими. Более богатые базы данных позволяют проводить более точный метагеномный анализ.

Глобальный рынок метагеномного секвенирования Региональные идеи

• Северная Америка Ожидается, что он станет крупнейшим рынком для рынка метагеномного секвенирования в течение прогнозируемого периода, на долю которого в 2022 году придется более 41,3% рынка. Рост рынка в Северной Америке обусловлен высокими расходами на исследования и разработки, присутствием крупных компаний и быстрым внедрением передовых технологий секвенирования в регионе.
• The Европа Ожидается, что рынок станет вторым по величине рынком метагеномного секвенирования, на долю которого в 2022 году придется более 28,7% рынка. Рост рынка в Европе обусловлен наличием финансирования исследований и присутствием в регионе ведущих метагеномных исследовательских организаций.
• The Азиатско-Тихоокеанский регион Ожидается, что рынок будет самым быстрорастущим рынком для рынка метагеномного секвенирования с CAGR более 22,6% в течение прогнозируемого периода. Рост рынка в Азиатско-Тихоокеанском регионе обусловлен растущими исследованиями в области геномики, повышением осведомленности и улучшением инфраструктуры здравоохранения в регионе.

Фигура 1. Доля рынка метагеномного секвенирования (%), по регионам, 2023

Illumina, QIAGEN, Thermo Fisher Scientific, Oxford Nanopore Technologies, BGI Group, PerkinElmer, GENEWIZ, Macrogen, Zymo Research, Diversigen, Microsynth AG, BaseClear, MR DNA (молекулярные исследования), Eurofins Scientific, Novogene Corporation, NuGEN Technologies, Takara Bio, Swift Biosciences, New England Biolabs и CosmosID