| 导读 | 用RNA指导的CRISPR-Cas9系统的动物和植物基因组工程，正在改变着生物学。与其他基因工程工具相比，这种技术更容易使用，并且更有效，因此，在其发现后的短短几年内，就已经被应用于世界各地的实验室。日前，《科学》杂志发表综述文章，描述了这种系统的快速采用和发展历史。 |
用RNA指导的CRISPR-Cas9系统的动物和植物基因组工程，正在改变着生物学。与其他基因工程工具相比，这种技术更容易使用，并且更有效，因此，在其发现后的短短几年内，就已经被应用于世界各地的实验室。2014年11月28日，著名的《Science》杂志发表综述文章，描述了这种系统的快速采用和发展历史。这篇综述是由CRISPR-Cas9系统的发明者、亥姆霍兹感染研究中心（HZI）教授、德国汉诺威医学院和Ume? 大学的Emmanuelle Charpentier博士和美国加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna教授共同撰写。
许多疾病是由一个人DNA（组成基因的字母编码）的改变造成。一个基因中确定的字母顺序通常编码一种蛋白质。蛋白质是人体的“劳动力”，负责保持身体运转所需的几乎所有过程。当一个基因发生改变，其蛋白质产物可能就失去其正常功能，可能会导致疾病。HZI研究部门“Regulation in Infection Biology”主任Emmanuelle Charpentier教授指出：“因此，对基因组做出位点特异性改变，是阻止或治疗这些疾病一种有趣的方法。”因此，自从DNA结构被发现以来，研究人员一直都在寻找一种方式来替换遗传密码。
第一种技术，如锌指核酸酶和合成核酸，称为TALENs，是一个起点，但是被证明比较昂贵，对于初学者比较难以操作。Charpentier说：“现有的技术都依赖于蛋白质作为地址标签，为任何新变化定制新蛋白以引入DNA，是一个繁琐的过程。”在2012年，她在Ume?大学工作的时候，描述了现在正在彻底改变基因工程的技术：CRISPR-Cas9系统。
这种系统基于细菌和古细菌的免疫系统，但是在实验室也是有价值的。CRISPR是成簇的规律间隔的短回文重复序列，而Cas仅仅代表CRISPR相关的蛋白质。Charpentier说：“最初，我们发现了一种新的RNA，即tracrRNA，与CRISPR-Cas9系统相关，相关研究结果我们于2011年发表在Nature杂志。我感到兴奋的是，我实验室的Krzysztof Chylinski随后证实了一个长期的想法：Cas9是与两种RNA一起使用的一种酶。”
同时，该系统具有检测遗传编码内特定字母序列以及在特定位置切割DNA的能力。在这一过程中，Cas9蛋白起剪刀的作用，RNA小片段起地址标签的作用，确保切割发生在正确的位置。通过与Martin Jinek和Jennifer Doudna合作，该系统可以被简化，将其用作一种通用的技术。现在，用户只需要更换此RNA的序列，就能靶定基因组中几乎任何的序列。
在2012年描述CRISPR-Cas9的一般能力之后，在2013年初，有研究表明它能够像在细菌中那样，有效地作用于人类细胞。从那时起，来自世界各地的研究人员一直都大肆炒作这个新的研究领域，提出这种新工具可以用于许多新的领域。可能的应用包括：从开发基因突变所致遗传疾病的新疗法，到改变未来农业研究的步伐和过程，一直到开发可能的新方法抗击艾滋病毒HIV,用CRISPR编辑HPV基因杀死宫颈癌细胞。
Charpentier表示：“CRISPR-Cas9系统已经突破了界限，使基因工程技术更加的通用、有效和容易。它的应用似乎真的没有什么限制。”
Technologies for making and manipulating DNA have enabled advances in biology ever since the discovery of the DNA double helix. But introducing site-specific modifications in the genomes of cells and organisms remained elusive. Early approaches relied on the principle of site-specific recognition of DNA sequences by oligonucleotides, small molecules, or self-splicing introns. More recently, the site-directed zinc finger nucleases (ZFNs) and TAL effector nucleases (TALENs) using the principles of DNA-protein recognition were developed. However, difficulties of protein design, synthesis, and validation remained a barrier to widespread adoption of these engineered nucleases for routine use.
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