Представете си, че можете да излекувате всяко генетично заболяване, да предотвратите бактерии от устойчиви на антибиотици, променят комарите, така че те не може да предаде малария, предотвратяване на рак или успешно трансплантиране на органи на животни на хора без отхвърляне. Молекулната машина за постигане на тези цели не е нещо от научнофантастичния роман, поставен в далечното бъдеще. Това са постижими цели, станали възможни от семейство на ДНК последователности наречени CRISPRs.
CRISPR (произнася се „по-ясен“) е съкращението за Clustered Regularly Interspaced Short Repeats, група от ДНК последователности, открити в бактерии, които действат като защитна система срещу вируси, които биха могли да заразят бактерия. CRISPRs са генетичен код, който е разбит от „спейсери“ от поредици от вируси, които са атакували бактерия. Ако бактериите се срещнат отново с вируса, CRISPR действа като своеобразна банка памет, което улеснява защитата на клетката.
Откриването на клъстерирани повторения на ДНК става независимо през 80-те и 90-те години на ХХ век от изследователи в Япония, Холандия и Испания. Акронимът CRISPR е предложен от Франсиско Моника и Рууд Янсен през 2001 г., за да се намали объркването, причинено от използването на различни съкращения от различни изследователски екипи в научната литература. Моика предположи, че CRISPR са форма на бактерии
придобит имунитет. През 2007 г. екип начело с Филип Хорват експериментално провери това. Не след дълго учените намериха начин да манипулират и използват CRISPRs в лабораторията. През 2013 г. лабораторията Джан стана първата, която публикува метод за проектиране на CRISPRs за използване в миши и хуманно редактиране на геноми.По същество, естествено срещащият се CRISPR дава възможност на клетката да търси и унищожава. При бактериите CRISPR работи, преписвайки спейсерни последователности, които идентифицират целевата ДНК на вируса. Един от ензимите, продуцирани от клетката (например Cas9), след това се свързва с целевата ДНК и я разрязва, изключвайки целевия ген и деактивирайки вируса.
В лабораторията Cas9 или друг ензим отрязва ДНК, докато CRISPR му казва къде да откъсне. Вместо да използват вирусни подписи, изследователите персонализират раздалечителите на CRISPR да търсят гени от интерес. Учените са модифицирали Cas9 и други протеини, като например Cpf1, така че те могат да отрежат или иначе да активират ген. Изключването и включването на ген улеснява учените да изучават функцията на даден ген. Изрязването на ДНК последователност улеснява замяната му с различна последователност.
CRISPR не е първият инструмент за редактиране на гени в инструментариума на молекулярния биолог. Други техники за редактиране на ген включват нуклеази на цинкови пръсти (ZFN), транскрипционни активаторни нуклеази (TALENs) и разработени мегануклеази от мобилни генетични елементи. CRISPR е универсална техника, тъй като е рентабилна, позволява огромен избор от цели и може да насочва към места, недостъпни за някои други техники. Но основната причина, че е голяма работа е, че е изключително лесно да се проектира и използва. Всичко, което е необходимо, е 20 нуклеотидни целеви места, които могат да бъдат направени чрез изграждане на водач. Механизмът и техниките са толкова лесни за разбиране и използване, че стават стандарт в студентските учебни програми по биология.
Изследователите използват CRISPR за създаване на клетъчни и животински модели, за да идентифицират гени, които причиняват заболяване, разработват генни терапии и инженерни организми да имат желани черти.
Очевидно CRISPR и други техники за редактиране на геноми са противоречиви. През януари 2017 г. американската FDA предложи насоки за покриване на използването на тези технологии. Други правителства също работят върху регулациите за балансиране на ползите и рисковете.