Iedomājieties, kā varētu izārstēt jebkuru ģenētisku slimību, novērst baktērijas no plkst pretoties antibiotikām, mainiet odi, lai viņi nevar pārnest malāriju, novērstu vēzi vai veiksmīgi transplantētu dzīvnieku orgānus cilvēkiem bez atgrūšanas. Molekulārā tehnika šo mērķu sasniegšanai nav zinātniskās fantastikas romāna priekšmets, kas izveidots tālā nākotnē. Tie ir sasniedzami mērķi, kurus iespējama ģimene DNS sekvences ko sauc par CRISPR.
CRISPR (izrunā kā “crisper”) ir akronīms grupai Regularly Interspaced Short Repeats Baktērijās atrastās DNS sekvences, kas darbojas kā aizsardzības sistēma pret vīrusiem, kas varētu inficēt baktēriju. CRISPR ir ģenētiskais kods, ko sadala "starplikas" no vīrusiem, kuri ir uzbrukuši baktērijai. Ja baktērijas atkal sastopas ar vīrusu, CRISPR darbojas kā sava veida atmiņas banka, atvieglojot šūnas aizstāvēšanu.
Grupētu DNS atkārtojumu atklāšana neatkarīgi notika 1980. un 1990. gados Japānas, Nīderlandes un Spānijas pētnieku vidū. Akronīmu CRISPR 2001. gadā ierosināja Fransisko Mojica un Ruds Jansens, lai mazinātu neskaidrības, ko rada dažādu akronīmu izmantošana dažādās zinātniskās literatūras grupās. Mojica izvirzīja hipotēzi, ka CRISPR ir baktēriju forma
iegūtā imunitāte. 2007. gadā to eksperimentāli pārbaudīja Filipa Horvāta vadītā komanda. Neilgi pēc tam zinātnieki atrada veidu, kā laboratorijā manipulēt un izmantot CRISPR. 2013. gadā Zhang laboratorija kļuva par pirmo, kas publicēja CRISPR inženierijas metodi, kas paredzēta peles un humāna genoma rediģēšanai.Būtībā CRISPR, kas rodas dabiski, nodrošina šūnu meklēšanu un iznīcināšanu. Baktērijās CRISPR darbojas, transkribējot starpliku sekvences, kas identificē mērķa vīrusa DNS. Pēc tam viens no šūnas ražotajiem fermentiem (piemēram, Cas9) saistās ar mērķa DNS un to sagriež, izslēdzot mērķa gēnu un izslēdzot vīrusu.
Laboratorijā Cas9 vai cits enzīms sagriež DNS, bet CRISPR pasaka, kur to sašņaukt. Tā vietā, lai izmantotu vīrusu parakstus, pētnieki pielāgo CRISPR starplikas, lai meklētu interesējošos gēnus. Zinātnieki ir modificējuši Cas9 un citas olbaltumvielas, piemēram, Cpf1, lai tās varētu sagriezt vai arī aktivizēt gēnu. Izslēdzot un ieslēdzot gēnu, zinātniekiem ir vieglāk izpētīt gēna funkcijas. Izgriezot DNS secību, to ir viegli aizstāt ar citu secību.
CRISPR nav pirmais gēnu rediģēšanas rīks molekulārā biologa rīklodziņā. Citas gēnu rediģēšanas metodes ietver cinka pirkstu nukleāzes (ZFN), transkripcijas aktivatoriem līdzīgus efektoru nukleāzes (TALEN) un inženierijas veidotas meganukleāzes no mobilajiem ģenētiskajiem elementiem. CRISPR ir universāls paņēmiens, jo tas ir rentabls, ļauj milzīgi atlasīt mērķus un var mērķēt uz vietām, kas nav pieejamas noteiktām citām metodēm. Bet galvenais iemesls, kāpēc tas ir liels darījums, ir tas, ka to ir neticami vienkārši noformēt un lietot. Viss, kas nepieciešams, ir 20 nukleotīdu mērķa vietne, kuru var izveidot izveidojot ceļvedi. Mehānismu un paņēmienus ir tik viegli saprast un izmantot, jo tie kļūst par standarta pamatstudiju bioloģijas mācību programmās.
Pētnieki izmanto CRISPR, lai izgatavotu šūnu un dzīvnieku modeļus, lai identificētu gēnus, kas izraisa slimības, izstrādā gēnu terapiju un inženierijas organismiem iegūtu vēlamās pazīmes.
Acīmredzot CRISPR un citi genoma rediģēšanas paņēmieni ir pretrunīgi. 2017. gada janvārī ASV FDA ierosināja pamatnostādnes šo tehnoloģiju izmantošanai. Arī citas valdības strādā pie noteikumiem, lai līdzsvarotu ieguvumus un riskus.