CRISPR/CAS9 Genome Editing System
简单来说
简单的来说，是RNA介导的核酸酶系统。整个体系为RNA/核酸酶复合体，在RNA指导下，使核酸酶在特定位点编辑DNA序列。
细致来说
体系首先在细菌中发现（不同的细菌也有一些差别，所以CRISPR系统分为三类，typeⅠ，Ⅱ和Ⅲ），是细菌面对病毒等外源遗传物质侵染的防御机制(Barrangou et al., 2007)。CAS9等同源蛋白是具有核酸内切酶功能的蛋白质，CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是重复的被正常DNA间隔开的DNA序列，一般在28-37bp左右。
细菌被病毒初次侵染时，会切割部分病毒的基因整合到spacer位置，即crispr repeats之间。通过转录等反应产生短的单链向导RNA (single guide, sgRNA，长度20nt左右，或者下图称为crRNAs)。这个短的RNA序列与病毒基因组的部分序列互补，且Cas9蛋白也可识别一般病毒基因下游特有的PAM（protospacer adjacent motif）位点，两种靶向特异性机制帮助核酸酶确定要降解的目标，外来的病毒基因被降解。
应用方面
这个机制可以利用在基因沉默，基因功能，编辑或插入基因，全基因组筛选，和基因治疗等研究中。Cas9蛋白剪切DNA双链形成DNA双链断裂（DSBs，Double strand breaks），对于DSBs损伤，细胞主要有非同源末端链接（Non-homologous endjoining，NHEJ）和同源重组(Homologousrecombination，HR）两种修复方式，修复机制被逐渐应用于基因编辑技术，定向改造基因。采用CRISPR技术使DNA双链有目的的产生断裂，利用修复机制调控目的基因表达或引入选择性标记(Cong et al., 2013)。
各种升级和改进
在原本CRISPR/Cas9基础上，还有更多相关体系的研究和改进(Strecker et al., 2019)。
CRISPR/Cas系统实现了在基因组特定位点进行精准编辑，但是从基因组中删除DNA片段相对容易，要用另一段序列替换原有DNA片段则困难得多。原因在于新DNA片段的整合依靠NHEJ或HR来实现，效率低，而且在很多细胞类型中不起作用，升级版CRISPR编辑系统在靶向插入DNA这方面做出了突破。
研究团队从蓝藻中获得一种转座酶，它的3个亚基与一种CRISPR效应蛋白Cas12k相关联。这一系统被命名为CAST，即CRISPR相关转座酶（CRISPR-associated transposase）
CAST系统利用Cas12k在基因组中搜寻特定的序列位点，Cas12k没有活性核酸内切酶功能，与DNA只结合不剪切，而是由转座酶将基因片段直接插入靶位点。
(Strecker et al., 2019)
主要参考文献
Barrangou, R., Fremaux,C., Deveau, H., Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S. et al. (2007) CRISPRprovides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science 315: 1709-1712.
Cong, L., Ran, F.A., Cox, D.,Lin, S., Barretto, R., Habib, N. et al. (2013) Multiplex genome engineeringusing CRISPR/Cas systems. Science 339: 819-823.
Strecker, J., Ladha, A., Gardner,Z., Schmid-Burgk, J.L., Makarova, K.S., Koonin, E.V., and Zhang, F. (2019)RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases. Science 365: 48-53.
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