Představte si, že dokážete léčit jakékoli genetické onemocnění bakterie z odolná antibiotika, změňte komáry nemůže přenášet malárii, zabránit rakovině nebo úspěšně transponovat zvířecí orgány do lidí bez odmítnutí. Molekulární aparát k dosažení těchto cílů není věcí románu sci-fi zasazeného do vzdálené budoucnosti. To jsou dosažitelné cíle umožněné rodinou DNA sekvence nazývané CRISPR.
CRISPR (prohlásil „crisper“) je zkratka pro Clustered pravidelně interspaced Short Repeats, skupinu DNA sekvence nalezené v bakteriích, které fungují jako obranný systém proti virům, které by mohly infikovat bakterii. CRISPR jsou genetický kód, který je rozdělen do „spacerů“ sekvencí virů, které napadly bakterii. Pokud se bakterie znovu setkají s virem, funguje CRISPR jako druh paměťové banky, což usnadňuje obranu buňky.
K objevu seskupených opakování DNA došlo nezávisle v 80. a 90. letech vědci v Japonsku, Nizozemsku a Španělsku. Zkratka CRISPR byla navržena Francisco Mojica a Ruud Jansenem v roce 2001, aby zmírnila zmatek způsobený používáním různých zkratek různými výzkumnými týmy ve vědecké literatuře. Mojica předpokládal, že CRISPR jsou formou bakterií
získaná imunita. V roce 2007 to tým pod vedením Philippe Horvath experimentálně ověřil. Netrvalo dlouho, než vědci našli způsob, jak v laboratoři manipulovat a používat CRISPR. V roce 2013 se laboratoř Zhang stala první, která publikovala metodu konstruování CRISPR pro použití při editaci genomu myši a humánního genomu.V podstatě přirozeně se vyskytující CRISPR poskytuje schopnost vyhledávání a ničení buněk. U bakterií CRISPR pracuje tak, že přepisuje spacerové sekvence, které identifikují cílovou virovou DNA. Jeden z enzymů produkovaných buňkou (např. Cas9) se poté váže na cílovou DNA a štěpí ji, vypne cílový gen a deaktivuje virus.
V laboratoři štěpí Cas9 nebo jiný enzym DNA, zatímco CRISPR řekne, kde má stříhat. Výzkumníci přizpůsobují spacery CRISPR spíše, než používají virové podpisy, aby hledali požadované geny. Vědci modifikovali Cas9 a další proteiny, jako je Cpf1, aby mohli buď gen štěpit, nebo jinak aktivovat. Vypnutí a zapnutí genu usnadňuje vědcům studium funkce genu. Řezání sekvence DNA usnadňuje její nahrazení jinou sekvencí.
CRISPR není prvním nástrojem pro úpravu genů v sadě nástrojů molekulárního biologa. Mezi další techniky pro genovou editaci patří nukleázy zinkových prstů (ZFN), efektorové nukleázy podobné transkripčním aktivátorům (TALEN) a meganukleázy vytvořené z genetických prvků. CRISPR je všestranná technika, protože je nákladově efektivní, umožňuje obrovský výběr cílů a může cílit na místa nepřístupná pro některé další techniky. Hlavním důvodem, proč je to velký problém, je však to, že je neuvěřitelně snadné navrhnout a použít. Vše, co je potřeba, je cílové místo s 20 nukleotidy, které lze vyrobit vytvořením průvodce. Mechanismus a techniky jsou tak snadno pochopitelné a použitelné, že se stávají standardem v učebních osnovách bakalářské biologie.
Vědci používají CRISPR k výrobě buněčných a zvířecích modelů pro identifikaci genů, které způsobují onemocnění, vyvíjejí genové terapie a vytvářejí organismy, aby měly požadované vlastnosti.
Je zřejmé, že CRISPR a další techniky úpravy genomu jsou kontroverzní. V lednu 2017 navrhla americká agentura FDA pokyny k pokrytí používání těchto technologií. Ostatní vlády také pracují na předpisech, které vyrovnávají přínosy a rizika.