华大序风——让AI“读懂”DNA

华大序风的科学家们正在研究更快、更准、更便捷的基因测序工具。

当病人躺在ICU里高烧不退，医生迟迟找不到感染源怎么办？

当癌症的早期信号藏在DNA的修饰信息里，能不能像查血常规一样读懂它？

这些问题，指向同一个方向：生命健康领域需要更快、更准、更便捷的基因测序工具。

如今，成立仅两年的杭州华大序风科技有限公司正在推动纳米孔测序技术与人工智能深度融合，把这些想象，一步步拉进现实。

给测序仪装上会进化的“大脑”

一条长长的螺旋状分子被缓缓拉直，像一列微小的火车，依次穿过一个狭窄的孔道。每当它前进一个单位，一道微弱的信号便被记录下来——走进华大序风，一段无声的演示动画，展示了纳米孔基因测序仪的技术原理。

基因测序，就是对DNA上A、T、C、G四种碱基排列顺序进行测定。“从出生健康筛查到癌症靶向用药、传染病溯源，几乎每一个生命健康的关键问题，最终都指向这段序列。”为了读懂这本“天书”，华大序风副总经理兼CTO张宇宁和团队已经奋战了十多年。

1988年出生的张宇宁，本科毕业于华中科技大学，后在加拿大麦吉尔大学取得物理学博士学位。2009年，得知单分子传感技术在基因测序上的应用前景后，他果断从物理跨界到生命科学。

结束博士后研究后，张宇宁回国加入深圳华大生命科学研究院，从一名研发高级工程师做起，逐步负责整个单分子测序仪系统研发。如今，他作为华大序风研发总负责人，带着一支超百人的团队，打造出了中国首台高通量纳米孔单分子基因测序仪。

“传统基因测序技术，就像把一本厚书拆成单页影印、再逐页拼接还原，流程烦琐耗时，还只能读取极短的片段。一旦遇到大段重复或缺失的内容，就极易漏读、错拼。”华大序风选择了一条全新的技术路径，其纳米孔测序仪不需要复制DNA，不需要加荧光标记，更不需要分段拼接。

这项技术的核心，是一个直径仅为1.2—1.5纳米的微小孔洞，这个尺寸巧妙地只允许单链DNA穿过。一种蛋白像拆解拉链一样将双螺旋DNA解开，一条单链在电压驱动下，以每秒约400个碱基的速度穿过纳米孔。

DNA链穿过会引发离子电流的微小变化。不同碱基对电流的扰动模式各不相同，如同不同的字母敲击出不同的“摩尔斯电码”。

但这些信号极其微弱且复杂，传统算法解析准确率只有60%—70%，数据完全不可用。

这时，AI登场了。2019年起，团队就用神经网络来解析电流信号，算法历经多轮迭代，如今，单分子测序准确率已提升至99%以上。

“神经网络算法已深度融合进产品，让测序仪不仅是硬件设备，更成为一个可以不断学习和进化的智能系统。”张宇宁说。

有了持续进化的“大脑”，团队还给测序仪装上了“强心脏”——自主研发的纳米孔测序芯片，集成了微流控、ASIC集成电路和MEMS传感器的三合一精密模组，让测序仪更易实现降低成本和缩小体积。

这些成果最终被封装在一台名为G400-ER的仪器中。

在现场，我们见到了这台测序仪，只有家用打印机一半的大小。张宇宁为我们演示了操作流程：提取样本DNA，插入芯片，加样，盖上盖子，点击启动。随后，解旋、过孔、信号采集、碱基识别等全部自动完成。一段400个碱基的序列，一秒钟内即可测完，数据随测随出，边测边分析。

目前，华大序风纳米孔测序仪已累计出货数百台，正在申请三类医疗器械证书。未来，医院检验科将能合法开展临床应用。从出生缺陷筛查到癌症靶向用药指导，都将迎来强有力的国产长读长测序工具。

基因测序能做什么？

技术原理讲清楚了，测序仪到底能用在哪儿？张宇宁总结为三个字：生、活、染。

先说“生”，指的是出生健康。无创产前诊断、孕前筛查、新生儿遗传病排查等，都需要通过读取基因序列来寻找致病基因。

“纳米孔测序擅长检测基因组中的大段结构变异，而这正是短读长测序容易漏掉的部分。”张宇宁举例说，比较典型的是地中海贫血。这种遗传病在华南沿海和东南亚地区携带率高，患者因血红蛋白合成障碍导致红细胞携氧能力弱，容易引发严重贫血。目前，华大基因正基于华大序风平台开发该种疾病的检测试剂。

“活”指疾病诊疗，尤其是癌症治疗。以肺癌为例，靶向用药往往取决于某部分基因的突变状态。常规手段只能检测少数已知位点，容易漏检。而纳米孔测序能完整解析复杂变异，精准指导靶向用药并监测耐药突变。

“染”指传染病防控。ICU里病人高烧不退时，医生往往不知道感染源，广谱抗生素可能不奏效。纳米孔测序仪边测边分析，几小时内就能拿到明确的病原体信息。

“还有艾滋病毒，由于它会不断变异，在不同人群中传播可能产生新亚型。疾控中心会定期采样做基因检测，看看到底有多少种变异分型，这对疫苗和药物研发都很关键。”张宇宁透露，企业还协同下游在做肺结核检测的落地应用，配合国家肺结核清零计划推进。

AI的下一步：让基因“说话”

将DNA序列“读”出来只是第一步，更令人振奋的未来，在于让AI真正“读懂”它。

关于人工智能和基因检测的未来，与华大序风联合攻关人工智能应用场景的杭州华大生命科学研究院组学技术专项科学家林秀妹还有更多想象。

“一个人的全基因组测序，会产生海量数据。但绝大多数区域的生物学功能，至今仍是未解之谜。”要判断哪个基因突变导致了疾病，需要处理海量、高维的复杂信息，这正是AI大模型有望发挥作用的地方。

未来，AI大模型有望把个人基因组、健康表型和多组学数据整合起来，从海量样本中学习基因变化与疾病风险、健康状态之间的关系。例如，输入一个肿瘤患者的基因组，医生可以更快发现与疾病相关的基因变化；反过来，如果一个人携带有某个基因突变，模型可以预测其未来的健康状态。

2025年，全球消费级基因检测市场规模已达45亿美元，十年内有望突破百亿美元。

当测序成本持续下降、算力快速提升、AI模型不断进化，三条曲线的交汇将带来一个全新的时代。届时，普通人做一次基因体检，或许会像今天拍一次CT一样平常。

问起公司品牌“Cyclone”（台风）的由来，张宇宁讲了一个故事：“2018年我们在深圳做原型研发，正好遇到大台风‘山竹’。台风眼中心有一个针眼般的空洞，跟我们纳米孔蛋白的结构很像——一个蛋白分子正中有一个小孔，让DNA链穿过去。”他顿了顿，“风势将起，火已点燃，燎原只是时间问题。”