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2013年1月3日，《科学》杂志在线发表了两项里程碑式的研究，展示了利用原核生物免疫系统中的CRISPR/Cas系统，在哺乳动物细胞（包括人类细胞）中进行高效、简便的基因组编辑。这一突破性技术有望彻底改变基因工程领域，为疾病研究和治疗带来革命性进展。

CRISPR（规律成簇间隔短回文重复）是一类广泛存在于细菌和古菌基因组中的重复序列，与Cas蛋白共同构成适应性免疫系统，抵御噬菌体等外源遗传元件的入侵。其作用机制类似于真核生物的RNA干扰，通过引导RNA识别并切割外源DNA。CRISPR系统最早于1987年在大肠杆菌K12菌株的iap基因侧翼序列中被发现。

在两项研究中，来自麻省理工学院和哈佛大学的研究团队分别利用产脓链球菌和嗜热链球菌的CRISPR相关酶和RNA，在小鼠和人类细胞中实现了精确的DNA插入、切割、修复和编辑。其中，麻省理工学院化学与生物工程学家张锋（Feng Zhang）领导的团队，利用细菌RNA引导Cas9核酸酶在小鼠和人类基因组的特定位点进行切割，实现了精确的双链断裂。哈佛大学遗传学家乔治·丘奇（George Church）及其同事则成功编辑了多种人类细胞系，包括诱导多能干细胞（iPS）。

Cas9核酸酶此前由美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员发现，并被认为具有基因组编辑潜力。但这两篇论文首次证明了Cas9核酸酶确实能在哺乳动物细胞中实现高效编辑。张锋指出，与锌指核酸酶（ZFNs）或转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）相比，CRISPR系统更易于操作，扩展性更强。此外，CRISPR还能同时靶向同一细胞中的多个位点，这对于研究由多个突变共同引发的复杂疾病至关重要。

更重要的是，CRISPR系统可能提供一种更安全、毒性更低的基因组编辑方法。张锋团队开发了一种Cas9突变版本，仅产生DNA单链缺口而非双链断裂，从而降低诱变风险，使其更适用于临床治疗。这些发现标志着基因组编辑技术进入了一个全新的时代，为基因治疗和精准医学开辟了广阔前景。