Predstavljajte si, da bi lahko ozdravili katerokoli genetsko bolezen, preprečili bakterije iz odporen proti antibiotikom, spremenite komarje, tako da ne more prenašati malarije, preprečujejo raka ali uspešno presadijo organe živali na ljudi brez zavrnitve. Molekularni mehanizem za dosego teh ciljev ni stvar znanstvenofantastičnega romana, zastavljenega v daljni prihodnosti. To so dosegljivi cilji, ki jih omogoča družina Zaporedja DNK imenovane CRISPR.
CRISPR (izgovarja se "jasnejši") je kratica za skupino Clustered регулярno interspaced kratkih ponovitev. Zaporedja DNK, ki jih najdemo v bakterijah, ki delujejo kot obrambni sistem pred virusi, ki bi lahko okužili bakterijo. CRISPR so genetska koda, ki jo razdelijo »distančniki« zaporedij virusov, ki so napadli bakterijo. Če bakterije ponovno naletijo na virus, CRISPR deluje kot nekakšna banka spomina, kar olajša obrambo celice.
Raziskovalci na Japonskem, Nizozemskem in v Španiji so se v osemdesetih in devetdesetih letih prejšnjega stoletja neodvisno odkrili ponavljajočih se skupin DNK. Akronim CRISPR sta leta 2001 predlagala Francisco Mojica in Ruud Jansen, da bi zmanjšali zmedo, ki jo je povzročila uporaba različnih kratic v različnih raziskovalnih skupinah v znanstveni literaturi. Mojica je domnevala, da so bili CRISPR oblika bakterij
pridobljena imuniteta. Leta 2007 je to ekipa, ki jo je vodil Philippe Horvath, eksperimentalno preverila. Znanstveniki so v laboratoriju našli način, kako manipulirati in uporabljati CRISPR. Leta 2013 je laboratorij Zhang postal prvi, ki je objavil metodo inženiringa CRISPR za uporabo pri urejanju mišjih in humanih genomov.V bistvu naravni CRISPR daje celici sposobnost iskanja in uničenja. CRISPR pri bakterijah deluje tako, da prepisuje distančne sekvence, ki identificirajo DNK tarčnega virusa. Eden od encimov, ki jih tvori celica (npr. Cas9), se nato veže na ciljno DNK in jo razreže, izklopi ciljni gen in onemogoči virus.
V laboratoriju Cas9 ali drug encim razreže DNK, CRISPR pa mu pove, kje naj se odseka. Namesto da bi uporabili virusne podpise, raziskovalci prilagodijo CRISPR distančnike, da iščejo zanimive gene. Znanstveniki so spremenili Cas9 in druge proteine, na primer Cpf1, tako da lahko bodisi režejo ali drugače aktivirajo gen. Če izklopite in vklopite gen, znanstveniki olajšajo preučevanje funkcije gena. Rezanje zaporedja DNK omogoča enostavno nadomestitev z drugim zaporedjem.
CRISPR ni prvo orodje za urejanje genov v zbirki orodij za molekularne biologe. Druge tehnike urejanja genov vključujejo cinkove prstne nukleaze (ZFN), efektivne nukleaze, ki so podobne aktivatorju transkripcije (TALEN), in oblikovane meganukleze iz mobilnih genetskih elementov. CRISPR je vsestranska tehnika, saj je stroškovno učinkovita, omogoča ogromno izbiro ciljev in lahko cilja na lokacije, ki niso dostopne nekaterim drugim tehnikam. Toda glavni razlog, da gre za veliko stvar, je, da je oblikovanje in uporaba neverjetno preprosta. Potrebno je le 20 nukleotidnih ciljnih mest, ki jih lahko naredimo z izdelavo vodnika. Mehanizem in tehnike je tako enostavno razumeti in uporabljati, da postajajo standard v dodiplomskem učnem programu biologije.
Raziskovalci uporabljajo CRISPR za izdelavo celičnih in živalskih modelov za identifikacijo genov, ki povzročajo bolezni, razvijajo gensko terapijo in inženirske organizme, da imajo zaželene lastnosti.
Očitno je, da so CRISPR in druge tehnike urejanja genomov sporne. Januarja 2017 je ameriška agencija FDA predlagala smernice za uporabo teh tehnologij. Tudi druge vlade delajo na predpisih, da bi uravnotežile koristi in tveganja.