阿里云自带“干粮”上全球战场，免费开放病毒基因对比技术

3月13日，阿里云对外宣布，将向全球的医疗科研机构、疾控中心等一线病毒研究机构免费开放基因计算云服务AGS，最快60秒即可完成病毒基因对比工作，对进一步了解病毒变异提供有效依据。

这项“云服务”是基于阿里云容器技术，即开即用，用完即走，输入分析指令后，等待1分钟，就能完成基因对比过程，自动生成报告。不仅如此，该服务还可用于其他病毒基因测序，包括病毒活动与某些肿瘤发生的相关性研究。

由于“云服务”有不受地域限制的先天条件，更有利于技术走出国门。此次面向世界的一次免费开放，也是阿里云向全球分享中国技术经验，迈出的第一步。

技术是一个长期累计的过程

2月1日，浙江省疾控中心上线自动化的全基因组检测分析平台。利用阿里达摩院研发的AI算法，可将原来数小时的疑似病例基因分析缩短至半小时。

阿里巴巴科学家在疾控中心基因检测分析现场

事实上，全基因组检测分析平台是可以实现人类全基因组（WGS）的比对解析。WGS是利用高通量测序技术对人类不同个体或群体进行全基因组测序，并进行生物信息分析的方法。

癌症和遗传疾病的深度解析往往需要对大量样本进行WGS测序与分析，而且对WGS数据的挖掘还能发现非常多极具价值的遗传多样性信息。

李鹏是阿里云基因计算服务AGS的负责人，他们团队在WGS上的研究已有2年之多。

此前，阿里云携手华大基因，就推出过极速、低成本、高精度的WGS云交付方案，15分钟即可完成一个30X WGS的基因比对、排序、去重、变异检测全流程。一个人类全基因组有30亿碱基，一个30X的WGS测序数据量大约在100G。

15分钟即可完成一个30X WGS的基因检测全流程

相比以往的流程方案，WGS云交付方案拥有120倍的加速，比目前全球最快的FPGA／GPU方案仍能提速2-4倍。

“技术是相通的，也是一个长期积累的过程。”李鹏介绍，例如国内基因公司安诺优达，正在借助AGS的计算能力从某肿瘤的RNAseq数据的数百组样本中寻找病毒相关序列的数据，用于研究病毒活动与某肿瘤发生的相关性。

目前，最被普通人所接受的基因测序服务就是孕检场景，例如唐氏综合征的筛查就被建议使用基因测序的方式，而非穿刺。

“我们的人类全基因组是可以涵盖产检场景。”李鹏解释道，产检所产生的数据量比较小，和全基因组相比差了20倍。

然而，正是有了多年的经验积累，阿里云基因计算服务AGS病毒比对能力-mNGS宏基因组比对从设计、研发、验证到最终上线，只用了20多天。但李鹏所在团队的专家和工程师，每天屁股“粘”在凳子上的时间常常不下18个小时。

再加快新冠病毒核酸对比

“AGS是此前WGS服务之上的一个扩展版本，算是衍生技术。”李鹏提到，阿里云基因计算服务AGS提供了针对新冠肺炎病毒中，mNGS宏基因组测序数据的快速比对能力，还可以让研究机构更专注在业务上，避免做数据本身的重复处理工作。

截自阿里云抖音

实时荧光定量PCR（RT-PCR）和病原宏基因测序（mNGS）是最早用于确诊新冠病毒感染的方法。由于两项技术各有优劣，联合使用方能实现互补。

RT-PCR是目前新冠病毒的核酸检测主流方法，成本较低，操作简便。现已有众多新冠病毒RT-PCR试剂盒可选，但由于病毒浓度和试剂盒质量问题，其结果出现假阴性较高，导致医生和患者往往需要重复多次检测和长时间等待检测结果。

新型冠状病毒结构

mNGS的技术优势可通过一次检测便能排查所有已知的病原体，有效避免重复采样的麻烦操作，以及多次检测筛查所需大量样本难以实现的问题。

当病毒经过数代传播，还会产生变异，mNGS也是较为有效的追踪方案，配合病毒库可精准确定病毒的代际关系，甚至找到病毒源发地。

基于mNGS基因序列比对的分析方式，一旦病原体的基因组已知，通过更新数据库，就可实现高效准确检测出相似病毒的功能，同时对新型病毒以外的其他病原及混合感染进行综合鉴定。

但mNGS的缺点是成本较高，需要测序仪和专业的生信分析，并且操作复杂、检测时间相对较长，因此无法实现大范围推广和快速诊断。

例如进行新冠肺炎重症患者的核酸序列比时，计算机需要对2200万个序列超过32亿个碱基和病毒库一一比对，检测出新冠病毒特征区域的完全匹配系列。

通常这一过程需要30分钟，甚至几十个小时。而现在，60秒内就能获取基因比对报告，但在李鹏看来，时间甚至可以更短，“技术上我们完全能做到，但是30秒与60秒的实际效率差别并不大。”

欢迎国外免费“拿作业”

“即开即用，用完即走”是李鹏对此次基因计算服务AGS的一句总结语。

与以往提供的云服务不同，阿里云此次免费开放的基因计算服务AGS，采用容器技术和GPU，相当于是提供了“全套服务”。

所使用的机构、公司不再需要购买额外的计算资源，不用关心如何搭建集群，也无需考虑算法和网络，只需将数据放入对象存储并上传，待授权后，就会调用云服务处理数据，产出对比结果，生成相关报告。

截自阿里云抖音

以一组的宏基因组数据量为3.2Gbase（22M reads）的mNGS数据为例。

科研人员只需在阿里云上通过命令行AGS rna-mapping API 启动比对过程，随即阿里云容器服务调度GPU云服务器启动加速计算，60秒内可以完成和已知的病原体基因组序列库包括新型冠状病毒，或者39种BetaCov RNA的参考序列的比对，并科研人员上传和比对自定义病毒库。

已知的39个Beta Coronavirus的病毒比对

事实上，该服务是利用弹性调度来加速分析过程。该服务通过容器ACK的弹性调度能力，会自动匹配找到对应的计算资源，选择不同型号的GPU，完成这个计算，是传统CPU计算的数百倍加速。

如此一来，疾控中心、各大高校、医院、基因企业等一线病毒研究机，都可在阿里云上实现操作，为多种病原体检测，进一步的新冠病毒的蛋白质研究和，变异研究提供了快捷准确的数据支撑。

“云计算可以突破地域性限制，为最需要的地方提供帮助。” 阿里云方面称，不管身处哪个国家，哪个地区，有一台计算机，用一根网线就能接到“云”上，使用云端的计算资源。全球有此需求的科研机构都可以把这个“作业”拿走，直接使用。

“我们在德国的法兰克福和美国硅谷都有容器服务ACK以及GPU资源，具备了开放基因检测服务AGS的能力。用户申请后，就能免费用上基因计算服务的病毒比对能力了。”李鹏表示。

在向全球分享中国科技经验的道路上，阿里云已经迈出了一步。