Föreställ dig att kunna bota någon genetisk sjukdom, förhindra bakterie från motstå antibiotika, ändra myggor så att de kan inte överföra malaria, förhindra cancer eller med framgång transplantera djurens organ i människor utan avslag. Det molekylära maskineriet för att uppnå dessa mål är inte sakerna i en science fiction-roman som kommer i en avlägsen framtid. Dessa är uppnåeliga mål som möjliggörs av en familj av DNA-sekvenser kallas CRISPR.
CRISPR (uttalas "crisper") är förkortningen för Clustered Regularly Interspaced Short Repeats, en grupp av DNA-sekvenser som finns i bakterier som fungerar som ett försvarssystem mot virus som kan infektera en bakterie. CRISPR är en genetisk kod som delas upp av "distans" av sekvenser från virus som har attackerat en bakterie. Om bakterierna stöter på viruset igen fungerar en CRISPR som ett slags minnesbank, vilket gör det lättare att försvara cellen.
Upptäckten av grupperade DNA-upprepningar inträffade oberoende på 1980- och 1990-talet av forskare i Japan, Nederländerna och Spanien. Förkortningen CRISPR föreslogs av Francisco Mojica och Ruud Jansen 2001 för att minska den förvirring som orsakades av att olika forskningsgrupper använde olika forskningsgrupper inom vetenskaplig litteratur. Mojica ansåg att CRISPR var en form av bakterier
förvärvat immunitet. 2007 verifierade ett team ledat av Philippe Horvath experimentellt detta. Det tog inte lång tid innan forskare hittade ett sätt att manipulera och använda CRISPRs i labbet. 2013 blev Zhang-laboratoriet det första som publicerade en metod för att konstruera CRISPR: er för användning vid redigering av mus och humant genom.I grund och botten ger naturligt förekommande CRISPR en cell-söka och förstöra förmåga. I bakterier fungerar CRISPR genom att transkribera spacer-sekvenser som identifierar målvirus-DNA. Ett av de enzymer som produceras av cellen (t.ex. Cas9) binder sedan till mål-DNA och skär det, stänger av målgenen och inaktiverar viruset.
På laboratoriet skär Cas9 eller ett annat enzym DNA, medan CRISPR berättar var det ska snäppas. I stället för att använda virala signaturer, anpassar forskare CRISPR-distanser för att söka gener av intresse. Forskare har modifierat Cas9 och andra proteiner, såsom Cpf1, så att de antingen kan skära eller aktivera en gen. Att stänga av en gen gör det enklare för forskare att studera en gen. Skärning av en DNA-sekvens gör det enkelt att ersätta den med en annan sekvens.
CRISPR är inte det första genredigeringsverktyget i molekylärbiologens verktygslåda. Andra tekniker för genredigering inkluderar zinkfingernukleaser (ZFN), transkriptionsaktivatorliknande effektornukleaser (TALEN) och manipulerade meganukleaser från mobila genetiska element. CRISPR är en mångsidig teknik eftersom den är kostnadseffektiv, möjliggör ett stort urval av mål och kan rikta in platser som är otillgängliga för vissa andra tekniker. Men det främsta skälet till att det är en stor sak är att det är oerhört enkelt att designa och använda. Allt som behövs är en 20 nukleotidmålplats som kan göras genom att konstruera en guide. Mekanismen och teknikerna är så enkla att förstå och använda att de håller på att bli standard i grundutbildningar i biologiska läroplaner.
Forskare använder CRISPR för att skapa cell- och djurmodeller för att identifiera gener som orsakar sjukdom, utvecklar genterapier och konstruerar organismer för att ha önskvärda egenskaper.
Uppenbarligen är CRISPR och andra genomredigeringstekniker kontroversiella. I januari 2017 föreslog det amerikanska FDA riktlinjer för att täcka användningen av dessa tekniker. Andra regeringar arbetar också med regler för att balansera fördelar och risker.