CRISPR-Cas9 將細菌的免疫系統改造成可程式化的基因編輯工具

細菌利用 CRISPR 陣列防禦病毒：短小的 RNA 片段會記住過去的入侵者，並引導核酸酶前往與之匹配的 DNA，隨後由細胞將其切斷。2012 年，Emmanuelle Charpentier 與 Jennifer Doudna 證明這套系統可以被程式化：只要提供設計好的引導 RNA，就能在試管中引導 Cas9 切割選定的 DNA 序列。

這項突破的關鍵在於「握柄」。先前的編輯工具（鋅指、TALENs）每針對一個新目標，都必須重新設計一種 DNA 結合蛋白，既慢又昂貴；CRISPR-Cas9 則只需合成一條新的 20 個核苷酸引導 RNA。重新設定目標從數週的蛋白質工程，縮短為數天的 RNA 合成。

2014 年由 Doudna 與 Charpentier 及其合作者撰寫的《Nature》綜述，闡述了雙 RNA 結構如何能被簡化，以及這套機制如何能被運用於活細胞中的基因體工程。簡單、精準與低成本這三項特性的結合，使其在數年內成為主流的基因編輯方法。

借用自然界可程式化的核酸酶

引導 RNA 的設計取代了蛋白質工程，因此重新設定目標既便宜又快速。

這套系統天生就可程式化——專一性存在於任何人都能合成的短 RNA 序列之中。

同一種核酸酶幾乎適用於任何目標，因此這項工具是通用的，而非量身訂製的。

編輯由細胞自身的修復機制完成，因此不需要額外的編輯引擎。

一項工具最困難的部分，往往在自然界中早已解決——聰明的做法是找到那套生物機制，再加上一個人類可控制的握柄。

CRISPR-Cas9 成為生物學、醫學與農業領域的標準基因編輯工具，Doudna 與 Charpentier 也因此獲得 2020 年諾貝爾化學獎。隨後，加州大學柏克萊分校與布洛德研究所之間，就 CRISPR 在真核細胞中的應用爆發了激烈的專利爭議；與此同時，針對鐮刀型貧血及其他遺傳疾病的臨床試驗，也從前景可期走向獲准上市的療法。