Illumina 대 Pacific Bioscience: 차세대 유전체 시퀀싱 회사를 선택하기

차세대 유전체 시퀀싱

Medicine is on the verge of a revolution driven by an exponentially growing knowledge of the human genome.

유전체는 개인의 전체 유전 서열을 의미합니다. 최초의 인간 유전체는 13년간의 노력 끝에 2003년에 해독되었으며, 비용은 30억 달러에 달했습니다. 2007년에는 전체 유전체를 해독하는 비용이 “단지” 100만 달러가 되었고. 2014년에는 1,000달러, 오늘날에는 약 600달러 수준입니다.

컴퓨터를 일상에 스며들게 만든 Moore’s Law를 들어보셨을 겁니다. 그러나 유전체 비용 감소는 그보다 훨씬 더 놀라운 속도로 진행되었습니다.

이러한 진보는 NGS: 차세대 시퀀싱 덕분에 가능했습니다. 실리콘 칩의 발전을 활용하지만, 이진 코드를 읽는 대신 유전 코드를 읽습니다. 실리콘 칩 제조가 진보할수록 NGS는 더욱 효율적으로 작동하게 되었습니다.

This dramatic decline in costs had 2 consequences:

• 데이터가 폭증하고, 점점 더 많은 유전체가 해독되어 모든 인종과 가능한 병리를 포괄하게 되었습니다. 이는 현재 AI와 빅데이터 도구가 활용하기 시작한 영역입니다.
• 유전체를 환자 진단 도구로 활용할 가능성이 열렸습니다.

출처: Illumina

한 사람의 전체 유전 지도를 보유하면 몸 안에서 무엇이 작동하고 무엇이 작동하지 않는지를 훨씬 쉽게 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 정상 세포의 유전체와 암세포의 유전체를 비교할 수 있습니다.

연구자들은 또한 대규모 분석을 수행해, 어떤 사람은 알츠하이머병에 걸리지만 다른 사람은 그렇지 않은 이유를 찾을 수 있게 됩니다.

And this is not all. The same technology that was used to do the sequencing of the genome’s DNA can also be used to create whole new scientific fields:

• 메타게노믹스: 우리 장내에 서식하는 박테리아의 유전체를 해독하여 건강에 미치는 거대한 영향을 연구합니다.
• 전사체 & 후생유전학: 유전체가 설계도라면 전사체는 그 설계도가 실제로 어떻게 사용되는지를 실시간으로 보여줍니다. 이는 치료가 어려운 질병과 대사 문제를 해결하는 데 매우 중요한 역할을 할 가능성이 큽니다.
• 농업 유전체학: 유전체 정보를 활용해 농작물 수확량과 가축 생산성을 향상시킵니다.
• 생태학 연구: 생태계의 건강을 정확히 평가하고 그 유전적 다양성을 보존합니다.
• 합성생물학: 새로운 유전자, 형질, 혹은 특정 목적을 가진 전체 유기체를 창조합니다. 예를 들어, 플라스틱을 분해하는 박테리아나 바이오연료를 생산하는 조류 등이 있습니다.

기업 실적

As I said, NGS relies on modified silicon chips designed to read DNA in an automatized process. Only 2 companies are dominating the field: Illumina and Pacific Bioscience of California (Which I will refer to as PacBio for brevity’s sake).

Illumina는 1999년에 설립되었고, PacBio는 2004년에 설립되었습니다.

초기 선점 효과는 오랫동안 Illumina에 유리하게 작용했습니다. 현재 Illumina의 시가총액은 340억 달러이며 PacBio는 25억 달러 수준입니다. Illumina는 전 세계에 21,000대의 기계를 운영하고 있는 반면, PacBio는 1,000대 이상을 보유하고 있습니다.

전반적으로 Illumina가 이 분야의 지배 기업이며, 독점을 시도하기도 했습니다. 2019년에 Illumina는 PacBio를 12억 달러에 인수하려 했으나, 이는 유일한 실질 경쟁자를 없애는 것이었습니다.

이 거래는 연방거래위원회(FTC)의 경쟁 유지 우려로 차단되었습니다. 현재 PacBio의 평가액을 고려하면, 이는 주주들에게도 좋은 결과였습니다.

두 기업 모두 1980년대 메인프레임 컴퓨터와 유사한 비즈니스 모델을 운영합니다. 시퀀싱 기계는 100만 달러 이상이며 복잡한 운영을 위해 상당한 교육과 경험이 필요합니다. 따라서 주요 고객은 대형 병원, 대학, 대형 제약사 등입니다.

우리는 현재 컴퓨터 산업의 1990년대와 유사한 유전체 시대에 진입하고 있습니다. 운영이 쉬워지고 비용이 낮아진 시퀀서는 진단 분야, 소규모 연구소, 모든 병원으로 새로운 시장을 열어가고 있습니다.

비용이 감소할수록 유전체 분석이 소규모 검사 시설에도 보급될 것입니다. 이는 PCR 기계가 연구 도구에서 대량 활용으로 전환된 과정과 매우 흡사합니다.

2027년까지 종양학에서 진단용 NGS 사용이 2%에서 8%로 4배 증가할 것으로 예상됩니다. 유전 검사에서는 두 배, 생식 건강 및 연구에서는 절반 정도 증가할 전망입니다.

그럼에도 불구하고 2027년까지 NGS의 시장 침투율은 겨우 14%에 머물러, 다른 기술에 비해 여전히 성장 여지가 큽니다. 이는 연간 18% 성장률을 보이며 2026‑2027년에 두 배가 되는 시장을 견인합니다.

출처: Illumina

출처: PacBio

기술

The commercial dominance of Illumina does not mean its products are superior to PacBio. They have similar accuracy and similar costs. Both companies are also releasing groundbreaking new sequencing machines.

출처: Illumina

PacBio

PacBio has recently acquired Omniome, giving it an advantage in accuracy for reading very long or very short genetic sequences. Its Onso system will be specialized on short sequences, while its Revio HiFi System will be able to read long sequences and work 24/7, making it able to read 1,300 full human genomes per year (roughly 4/day).

PacBio는 장기 시퀀스가 NGS 전체 시장보다 훨씬 빠르게 성장할 것으로 예상하며, 자사 시스템이 경쟁사보다 10배 더 정확하다고 주장합니다.

출처: PacBio

저는 PacBio의 이 제품에 대한 마케팅 전략이 다소 공격적이며, Illumina의 동등 제품을 직접 겨냥하고 있다고 덧붙이고 싶습니다. 관련 기사에서 확인할 수 있습니다.

흥미롭게도, 이는 전체 유전체 시퀀싱 비용을 낮출 수도 있습니다. 기술적으로 설명하면, 짧은 시퀀스는 전체를 재조합해야 하므로 $500짜리 짧은 리드 유전체가 실제 진단 도구로 활용되려면 추가 분석에 $1,000이 더 들 수 있습니다.

So a $950 Revio long sequence analysis, being more accurate, avoids this step and comes out cheaper for diagnostic application.

Illumina

Illumina is launching the NovaSeq X, expected to be sold out for the whole of 2023. The goal of the NovaSeq X series is to create a massive amount of new data.

이와 동시에 Illumina 시스템은 개방형 플랫폼과 표준화된 데이터 포맷으로 운영되어, 과학 연구 간 비교와 협업을 더욱 용이하게 합니다.

인수와 관련해 Illumina는 자체 스핀오프인 Grail을 다시 사들이려 하고 있습니다. Grail은 혈액 샘플(액체 생검)만으로 암을 매우 조기에 탐지할 수 있습니다. 이는 진정한 의료 혁명이 될 수 있습니다. Grail은 2016년에 스핀오프되었으며 현재까지 20억 달러를 모금했으며, Illumina는 이를 다시 사들이기 위해 97억 달러를 지불할 준비가 되어 있습니다.

문제는 이 거래가 유럽연합 집행위원회에 의해 차단되었다는 점입니다. 이는 Illumina가 액체 생검 분야에서 독점적 지위를 갖는 것을 방지하기 위한 조치였습니다. 미국 FTC도 이와 유사한 이의를 제기했으나, Illumina는 이를 무시하고 인수를 진행했습니다.

현재 Illumina는 EU로부터 최대 매출의 10%에 해당하는 6억 9백만 달러의 벌금을 대비해 따로 적립해야 할 수도 있으며, 규제 당국에 의해 Grail을 다시 스핀오프하도록 강제될 가능성도 있습니다. 이는 Illumina 경영진에게 부정적인 신호이며, 첫째로 Grail을 스핀오프하지 말았어야 했고, 둘째로 인수와 규제 리스크를 더 잘 관리했어야 했다는 점을 보여줍니다.

Strategic difference between the two GNS leaders

큰 그림에서 보면 PacBio는 이제 Illumina의 단순 추종자가 아니라, 고신뢰 데이터에 초점을 맞춘 별도 전략을 개발하고 있습니다. 이는 시장이 충분히 성숙해 고급 사용자가 등장하고, 장기 시퀀싱과 같은 틈새 응용 분야가 전용 장비를 정당화할 정도로 규모가 커진 결과이기도 합니다.

To keep with the analogy to the tech industry, if Illumina is the giant, all-purpose  Microsoft (MSFT ) of genomics, PacBio is turning into a specialized, high-performance Apple (AAPL ) of genomics.

비즈니스 비교

Competitive situation

PacBio focus on high-precision long-sequence analysis should give it an edge in diagnostics for the next few years. PacBio management believes this could boost the company’s market penetration in human genomics from 5% to 10% and in oncology (cancer) from 1% to 5%.

이 목표는 다소 공격적일 수 있지만, 현재 PacBio는 장기 시퀀싱을 활용한 임상 분석에서 우위를 가지고 있다고 생각합니다.

Illumina의 강점은 비용 면에 있습니다. NovaSeq X 시스템은 전체 유전체 분석 비용을 200달러 수준으로 낮출 것으로 기대됩니다. 이 가격은 임상의가 일상적으로 유전체 시퀀싱을 시작하기 위해 필요하다고 오랫동안 예측돼 온 수준입니다.

이 가격은 일부 국가가 전체 인구에 대해 유전체 시퀀싱을 시행하는 것을 정당화할 정도로 낮으며, 신생아를 대상으로 시작할 수도 있습니다. 전반적으로 이는 NGS 시장을 크게 확대시킬 것입니다.

I personally expect the demand growth might surprise everybody, including the management of Illumina and PacBio. Quite in the same way that the rise of PC caught everybody by surprise in the early 1990s. I would not be surprised that in 10 years, we routinely check out genome data to help design customized diets, optimize drug dosage, or calculate our vulnerability to specific infectious diseases or cancer.

Valuation

Illumina’s stock price is more than 50% down since its peak in 2021년 7월 and has gone sideways for the last 6 months. Even then, it is still rather expensive at a price-to-sales ratio of 7.3.

It has been growing revenues at 14.1% yearly over the last 10 years and is still growing aggressively.

ILMN 가격 차트

The question about the stock is more about immediate profitability. The cost of Grail acquisition and possible EU fine of up to 10% of the company’s turnover + forcing Grail spin-off loom over the stock.

그럼에도 불구하고, 이 기업은 NGS 시장의 대다수를 장악하고 있으며, 향후 4‑5년 내에 시장 규모가 두 배가 될 것으로 예상됩니다. 또한 R&D 예산이 압도적으로 크고, 유전체당 비용을 추가로 3배 낮출 수 있는 단계에 있습니다. 따라서 가격/유전체 측면에서 계속 우수한 성과를 보인다면, 대부분의 유전체 연구와 일반 의료 목적에서 표준으로 남을 것입니다.

PacBio had an even more eventful stock price action in the last 2 years.

In 2020년 6월, it was at $3.73/share.  In 2021년 6월, it was at $34.97, boosted by the overall surge in biotech and genetic testing triggered by the pandemic.  To then fall back to $4.37 in 2022년 7월 and recover to today’s $11.21.

PACB 가격 차트

The company’s long-term growth profile is “only” 9.9% growth of revenues in the last 5 years.

모든 지표를 종합해 보면 PacBio는 Illumina보다 더 높은 평가를 받고 있습니다. 매출 대비 주가 비율이 18.3으로 매우 높으며, 2017년 이후 2020년에만 흑자를 기록했고 그 외 연도에는 자유 현금 흐름과 순이익 모두 적자를 보였습니다.

Thanks to a large $900M investment by Softbank in 2021, the company is not at any risk of running out of cash, even if not currently profitable.

Which one to choose?

From a technical standpoint, both companies are great. They have very advanced technology and no real competitors except for each other.

몇몇 스타트업이 진입을 시도하고 있습니다. 예를 들어 Ultima Genome과 같은 기업이 있지만, PacBio가 Illumina의 그림자에서 벗어나 성장하려는 과정이 보여주듯이 보수적인 시장에 진입하기는 쉽지 않을 것입니다.

저는 1980‑1990년대 기술 기업에 비유했습니다. Illumina는 그 시기의 Intel (INTC ) 이나 Microsoft와 비슷합니다. 핵심 기술이 뛰어나고 방대한 사용자 기반을 보유해 사실상 업계 표준을 설정하고 있습니다.

규제 당국의 불만은 당시 Microsoft가 너무 크고 강력하다는 비판과 유사합니다. Grail 인수와 관련된 상황이 어떻게 정리되느냐에 따라 가격이 낮아지거나 주가가 반등할 가능성이 있습니다.

비용 감소와 새로운 활용 사례가 시장 성장을 견인하고 있으며, Illumina는 그 대부분을 차지할 수 있습니다. 지배적인 위치 덕분에 제조와 R&D 고정비를 더 큰 시장에 분산시킬 수 있는 주요 수혜자이기도 합니다.

이러한 맥락에서 Illumina 투자자는 장기적으로 좋은 수익을 기대할 수 있으며, 기업의 지속적인 지배적 위치가 큰 도움이 됩니다. 위험 회피형 투자자는 Grail 인수와 관련된 확실한 소식이 나오기 전까지 자금을 투입하는 것을 미루는 것이 현명할 수 있습니다.

반면 PacBio는 더 위험한 베팅입니다. 수익성을 확보하는 데 지속적으로 어려움을 겪었으며, 팬데믹 시기에 SoftBank의 현금 주입이 없었다면 재정적 위기에 처했을 수도 있습니다.

그럼에도 불구하고 PacBio는 Illumina와 보조를 맞추는 수준을 넘어 일부 측면에서는 기술적으로 우수한 성과를 보여주었습니다. 전체적으로 Illumina보다 훨씬 적은 R&D 예산으로 이러한 성과를 이뤄냈다는 점 자체가 큰 성취라 할 수 있습니다.

이 때문에 PacBio의 종양학 및 인간 건강 분야에서의 공격적인 확장 전략은 초기에는 성공 가능성이 높다고 생각합니다.

비유는 여전히 유효합니다. PacBio는 1990년대 Apple과 비슷합니다. Apple은 1995‑1997년 파산 위기에 몰렸지만, 마지막 순간에 현금 주입으로 구조조정을 거쳐 오늘날 거대한 기업이 되었습니다.

Apple은 비용 절감보다 성능을 중시하는 전문가 집단을 겨냥해 혁신적인 제품을 개발함으로써 성장했습니다.

따라서 PacBio는 Illumina보다 위험도는 높지만 보상도 큰 투자라 할 수 있습니다. 장기 시퀀싱을 진단 방법으로 채택하도록 산업을 이끌겠다는 야망이 실패할 수도, 혹은 이미 빠르게 성장하고 있는 NGS 부문보다 더 빠르게 성장할 수도 있습니다.

어느 경우든 이 투자는 경험 많은 투자자에게 적합하며, 변동성이 클 수 있습니다. 시퀀싱 기술의 미묘한 차이를 잘 이해하면 도움이 됩니다. 이는 PacBio의 장기 성공이 Illumina의 기본 시퀀서 정확도를 앞서는 능력에 달려 있기 때문입니다.