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基因编辑技术CRISPR的原理和应用CRISPR基因编辑技术，是近年来科学界掀起的一股热潮。
它能够改变人类基因，具有革命性的意义，可能带来人类医学领域的新突破。
本文将对CRISPR技术的原理及其在医疗、农业等领域的应用做详细介绍。
一、CRISPR技术的原理CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种存在于细菌和其他细胞中、可能提供抵御外来病毒和其他物质侵袭的防御机制。
CRISPR/Cas系统可被看作是一种基于RNA引导、以利用菌体完整性的系统，因为它可以将干扰的RNA（crRNA）与适配蛋白（cas蛋白）配对，将此“小型核酸导弹”引导至外来DNA上进行切除。
在CRISPR系统中，病毒攻入时，它的基因组被注入到细胞的DNA中，细胞通过CRISPR系统发现这一情况，并留下一份该基因组序列以供后续识别病毒。
CRISPR按照进入细胞的顺序存储有序的DNA片段。
这些片段之间通过一些共同的DNA序列进行连接。
当病毒再次攻入细胞时，细胞会利用这些先前留下的DNA片段与可编码特定信息的crRNA配对，继而将活性Cas蛋白引导至病毒基因组上，并用针对性切除的方式使其失活。
在CRISPR技术中，便运用了这种能力，将Cas系统与指向特定的DNA序列的crRNA互相作用来实现有针对性的DNA编辑。
二、CRISPR技术的应用1.遗传性疾病治疗CRISPR技术能够通过修饰DNA序列，从而潜在地纠正与特定疾病有关的遗传缺陷。
例如，革兰氏氏症（cystic fibrosis）就是一种常见而致命的遗传性疾病，它的发病率较高，能对多个器官和组织产生影响。
利用CRISPR技术，已经有研究者成功纠正了在胚胎期间造成的一种导致革兰氏氏症的基因突变。
相信未来，这种技术将有助于治疗基因变异所导致的多种遗传疾病。
2.农业和食品科学CRISPR技术也将有着深远的影响，能够通过改变特定的基因表达，从而使植物更快的生长，更抗虫、耐旱等。
基因编辑技术CRISPR基因编辑技术CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种革命性的基因工程技术，它可以精准地修改生物体的基因组，为科学研究、医学治疗和农业发展带来了巨大的希望和机遇。
CRISPR技术的出现改变了基因编辑领域的格局，被誉为“基因剪刀”，具有高效、精准、便捷等特点，受到广泛关注和应用。
一、CRISPR技术原理CRISPR技术是受到细菌天然免疫系统的启发而发展起来的一种基因编辑技术。
细菌通过CRISPR/Cas系统来抵御病毒入侵，其中CRISPR是一段DNA序列，记录了细菌曾经感染过的病毒基因信息，Cas蛋白则能识别并切割这些病毒基因。
科学家们发现，通过改造CRISPR/Cas系统，可以实现对生物体基因组的精准编辑。
CRISPR技术的基本原理是利用一种叫做“引导RNA”的分子，它能够将CRISPR/Cas系统导向到特定的基因组位置，然后Cas蛋白就会在这个位置上进行切割或编辑操作。
通过设计合适的引导RNA序列，科学家可以实现对基因组的精准编辑，包括基因敲除、基因插入、基因修饰等操作。
二、CRISPR技术在科学研究中的应用CRISPR技术在科学研究领域发挥着重要作用，它为科学家们提供了一种高效、精准的基因编辑工具，帮助他们研究基因功能、疾病机制等重要科学问题。
通过CRISPR技术，科学家们可以快速生成基因敲除或基因突变的细胞系或动物模型，从而揭示基因在生物体内的功能和作用机制。
此外，CRISPR技术还被广泛应用于基因组筛选、基因组编辑、疾病模型构建等方面。
科学家们利用CRISPR技术可以精准地编辑细胞的基因组，研究基因与疾病之间的关系，为疾病的治疗和预防提供新的思路和方法。
三、CRISPR技术在医学治疗中的应用CRISPR技术在医学治疗领域具有巨大的潜力，可以用于治疗各种遗传性疾病、癌症、传染病等疾病。
试述CRISPR技术的原理和应用1. CRISPR技术简介CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种由细菌和古菌天然拥有的一种免疫系统，能够识别并切割外源DNA段，提供了一种潜在的基因编辑工具。
CRISPR-Cas9系统则是利用CRISPR技术进行基因编辑的主要工具。
2. CRISPR-Cas9系统的原理CRISPR-Cas9系统由两个主要组成部分组成：CRISPR RNA（crRNA）和转录RNA（tracrRNA）。
CRISPR RNA是一种短RNA片段，包含了与目标DNA相互配对的特定序列，便于识别目标DNA。
转录RNA与crRNA结合形成双链RNA，引导Cas9酶与目标DNA结合并切割。
3. CRISPR技术的应用领域CRISPR技术可以用于各种生物体的基因编辑，包括细菌、动物和植物。
以下是CRISPR技术在不同领域的应用：3.1 农业领域•作物改良：CRISPR技术可用于改良农作物的品质和抗病抗虫能力，如提高水稻的耐旱性、改善玉米的抗虫能力等。
•果树繁殖：可以利用CRISPR技术修改果树基因，提高果实的产量和品质。
•转基因植物的基因编辑：CRISPR技术可用于转基因植物的基因编辑，用于改变植物的特性，如抗草甘膦性和耐盐性等。
3.2 医学领域•基因治疗：CRISPR技术可以修复人类基因中的缺陷，治疗一些遗传性疾病。
•癌症治疗：通过CRISPR技术可以改变癌细胞的基因组，提高肿瘤的敏感性，从而实现更有效的癌症治疗。
•药物研发：CRISPR技术可以用于筛选和验证药物的靶点，推动药物研发的进展。
3.3 生物研究领域•基因功能研究：CRISPR技术可以通过基因编辑，帮助科学家研究基因的功能和相关疾病。
•冷冻农业种子：CRISPR技术可以用于冷冻农业种子，延长种子的保存时间，提高种子的存活率。
4. CRISPR技术的优势和挑战CRISPR技术相较于传统的基因编辑技术具有如下优势： - 高效性：CRISPR技术能够快速、准确地编辑基因。
CRISPR的技术原理和应用范围是什么技术原理CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种基因组编辑技术，它基于细菌和古细菌天然的免疫系统。
CRISPR-Cas9系统是目前最常用的CRISPR技术。
CRISPR-Cas9系统的组成CRISPR-Cas9系统由两个主要组成部分构成：CRISPR RNA (crRNA)和trans-activating crRNA(tracrRNA)，以及Cas9蛋白。
基因组编辑过程1.目标序列识别：crRNA与tracrRNA结合形成一种双链RNA结构，这个结构与目标DNA序列互补。
Cas9蛋白结合到RNA结构上形成复合体。
2.DNA切割：Cas9蛋白在目标DNA区域形成双链断裂。
这个切割可以在目标序列内产生插入或删除，或者通过DNA修复机制引发更改。
3.DNA修复：细胞会借助内源性DNA修复机制，如非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HDR）修复Cas9引起的DNA的双链断裂。
4.基因组编辑：通过选择特定的修复机制，人们可以实现目标DNA序列的插入、删除或更改。
应用范围CRISPR的技术原理提供了一种简便且高效的基因组编辑方法，因此在许多领域都有广泛的应用。
生物医学研究CRISPR技术已经成为生物医学研究中最重要的工具之一。
它可以被用来研究基因功能、识别致病基因以及探索疾病的治疗方法。
通过编辑基因组，科学家可以模拟疾病状态，并研究特定基因与疾病之间的相关性。
农业领域CRISPR技术也被广泛应用于农业领域，特别是在作物改良方面。
利用CRISPR 技术，科学家可以改变农作物的基因组，使其具有耐草害、耐虫害以及提高产量的能力。
此外，CRISPR还可以用于改良食品的口感、保鲜性以及提高其营养价值。
治疗遗传性疾病CRISPR技术在治疗遗传性疾病方面表现出巨大的潜力。
通过编辑患者的基因组，科学家可以矫正有害突变基因，恢复正常基因功能。
Crispr技术的原理及应用一、Crhsp技术的原理Crispr，全称为“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”，即“聚集规律间隔的短回文重复序列”。
Crispr技术是一种基因编辑技术，能够准确、高效地修改生物的基因组。
它是通过利用细菌及其他单细胞生物天然具备的防御机制而发展起来的。
Crispr技术主要基于Crispr-Cas系统进行操作。
Crispr-Cas系统是一种免疫系统，可以识别并摧毁入侵的病毒或外源基因。
它由Crispr序列和Cas蛋白组成。
Crispr序列由一系列回文重复序列和插入序列组成，插入序列是外源DNA或RNA片段的一部分。
而Cas蛋白则是实施基因编辑的关键。
Crispr技术主要通过以下步骤实现基因编辑：1.选择适当的Crispr序列和Cas蛋白：根据目标基因组进行筛选并选择具有高编辑效率的Crispr序列和Cas蛋白。
2.构建Crispr载体：将Crispr序列和Cas蛋白编码序列插入适当的载体中，以便在细胞中进行表达。
3.递送Crispr-Cas系统进入目标细胞：通过转染或病毒载体等方式将Crispr-Cas系统导入目标细胞。
4.Cas蛋白介导的DNA切割：Crispr-Cas系统识别目标基因组的特定位置，并通过Cas蛋白的核酸切割活性切割目标DNA。
5.修复DNA：细胞会尝试利用自身的DNA修复机制修复Cas蛋白切割后的DNA断裂。
6.基因编辑效果评估：通过PCR、测序等方法对编辑后的基因进行验证和分析。
二、Crispr技术的应用Crispr技术的发展将基因编辑带入了一个全新的时代，它已被广泛应用于以下领域：1. 遗传治疗Crispr技术可以用于修复和纠正遗传病的基因突变。
通过切除或替换有缺陷的基因序列，可以纠正导致遗传病的突变，并恢复正常的基因功能。
2. 农业领域Crispr技术可以用于改良作物和畜禽的基因组。
CRISPR技术在微生物基因组编辑中的应用随着现代技术的发展，基因组编辑研究已成为一项备受关注的研究领域。
CRISPR技术作为一种新兴的基因组编辑技术，在该领域获得了广泛的应用。
其中，CRISPR技术在微生物基因组编辑中的应用也备受研究人员的关注。
本文将结合相关实践案例，详细介绍CRISPR技术在微生物基因组编辑中的应用及其研究现状。
第一部分：CRISPR技术简介目前基因组编辑的主要方法有多种，如 Zinc Finger Nuclease (ZFN) 技术、Transcription Activator-Like Effector Nuclease (TALEN) 技术、Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein systems (Cas) 技术等。
其中，CRISPR技术是最为常用和具有发展前景的技术之一。
CRISPR 是 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats 的缩写，它是一种基于细菌天然的抗病毒防御机制的技术。
CRISPR/Cas是一种RNA-蛋白质复合物，可识别基因组中的特定 DNA 序列，并在此处切割 DNA 分子。
基于这种机制，可以将一段带有特定编码的 RNA 导入目标基因组中，通过攻击基因组中的特定序列实现基因编辑。
第二部分：微生物基因组编辑技术的兴起，使得微生物工程获得了空前的发展和应用。
下面就详细介绍CRISPR在微生物基因组编辑中的应用案例。
案例一：利用CRISPR技术提高细胞素产量在微生物工程中，聚糖和葡聚糖等二糖类化合物具有极高的应用价值。
其中，纤维素酶可以降解纤维素为可用于发酵的乳糖，普遍应用于二糖类化合物制备。
因此提高纤维素酶的产量成为了一项重要的研究任务。
基因编辑技术CRISPR自2012年首次被引入以来，CRISPR基因编辑技术在生物学和医学研究领域引起了广泛的关注。
这种准确、高效、灵活的遗传工具已广泛应用于基因组编辑、基因治疗、疾病预防和农业开发等领域。
本文将简要介绍CRISPR技术的基本原理、应用前景和伦理问题。
一、基本原理CRISPR（簇状间质重复序列）是一种独特的遗传系统，广泛存在于细菌和古菌中。
它由一系列短重复序列和间隔序列组成，可识别外来的DNA分子并将其剪切成小片段，从而保护宿主细胞免受病毒和其他侵入性DNA的感染。
随着科学家对CRISPR机理的深入研究，他们发现CRISPR/Cas蛋白质复合体可以被用于基因组编辑，加快了人类基因技术的发展。
CRISPR基因编辑技术利用“RNA导向的核酸酶”（RNA-guided endonucleases）Cas9或Cas12a的切割能力来实现基因组的精确编辑。
以下是CRISPR技术的主要步骤：1.选择合适的靶标DNA序列，并与CRISPR/Cas蛋白质复合体配对，形成靶向复合体。
2.靶向复合物通过RNA-DNA互补配对，将Cas9 或Cas12a 引导至所选核酸序列的特定位置。
3.一旦Cas9 或Cas12a 在靶向序列上找到了配对的目标，核酸酶就会被激活，开始切割DNA。
4.细胞内的修复系统会尽可能快地尝试修复切割的DNA，以保持其完整性。
此过程中，可以插入、修复或删改DNA 序列。
二、应用前景CRISPR技术的广泛应用前景已经引起了全球生物科技领域的兴趣。
以下是一些这种技术的应用：1. 医学研究：基因组编辑可用于疾病诊断、疾病治疗和药物试验。
例如，科学家们已利用CRISPR技术，成功在猪和人类胚胎上实现了一种名为“囊胚体外培养”的技术，创造了更好的移植器官来源。
2. 农业领域：CRISPR技术可以用于提高农作物的产量、改善品质和抵抗性，以实现可持续农业。
3. 环境保护：利用CRISPR技术可以塑造生物多样性、保护濒危物种。
简述crisper的技术原理与应用什么是crisper？CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种新型的基因编辑技术，被广泛应用于生物学和医学研究领域。
CRISPR技术利用CRISPR-Cas系统中的Cas蛋白和CRISPR RNA来定向修改生物体的基因组序列，具有高效、精准和简单操作的特点。
CRISPR的技术原理CRISPR技术的核心原理包括CRISPR RNA的导向和Cas蛋白的剪切。
1. CRISPR RNA的导向CRISPR RNA是由一小段常规RNA（tracrRNA）和一小段可变RNA（crRNA）通过互补配对而组成的。
crRNA中含有与目标基因组序列互补的序列，可以精准地识别和定位到目标基因组的特定位置。
2. Cas蛋白的剪切Cas蛋白是CRISPR-Cas系统中的核心组分，具有核酸酶活性。
Cas蛋白能够与crRNA形成复合物，并识别与crRNA互补的目标基因组序列。
一旦Cas蛋白与目标基因组序列结合，其核酸酶活性将介导目标基因组序列的切割。
CRISPR的应用CRISPR技术在基因编辑、疾病治疗和农业改良等领域有着广泛的应用前景。
1. 基因编辑CRISPR技术可以精确地修改生物体的基因组序列。
通过设计特定的crRNA和引入Cas蛋白，可以实现对目标基因组的精准编辑，如基因敲除、基因插入、基因修饰等。
这种精准编辑的能力为基因功能研究和疾病治疗提供了有效的工具。
2. 疾病治疗CRISPR技术被广泛应用于治疗遗传性疾病。
通过CRISPR技术可以修复或替换患者体内的异常基因，恢复正常的基因功能。
这为一些无法通过传统治疗手段治愈的疾病提供了新的治疗思路，如遗传性疾病、癌症等。
3. 农业改良CRISPR技术也被用于农业领域的基因改良。
通过定向编辑植物的基因组，可以增加植物的耐逆性、抗病虫害能力和产量。
基因编辑技术CRISPR基因编辑技术CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是近年来生物科学领域的一项重大突破，它为遗传病治疗、农业改良以及生物研究开辟了新的可能性。
本文将简要介绍CRISPR技术的基本原理、应用领域及其引发的伦理讨论。
CRISPR技术的基本原理CRISPR技术源自于细菌的一种天然免疫机制。
在自然界中，某些细菌能够通过CRISPR系统抵御病毒的侵袭。
科学家发现，CRISPR系统可以编程来识别并切割任何DNA 序列，从而允许精确地修改生物体的基因组。
CRISPR-Cas9是目前应用最广泛的CRISPR系统版本，其中Cas9是一种酶，可以在CRISPR系统的指引下定位到特定的DNA序列，并进行切割。
切割后，细胞会尝试修复这一损伤，科学家可以利用这一过程插入、删除或替换特定基因。
CRISPR技术的应用领域医学研究与治疗CRISPR技术在医学领域的应用前景广阔，包括但不限于遗传病的治疗、癌症研究、传染病防治等。
通过修正致病基因，CRISPR有潜力治愈一些目前无法根治的遗传性疾病。
同时，它也为新药的开发和疾病模型的构建提供了强有力的工具。
农业改良在农业方面，CRISPR技术可以用来培育抗病虫害、耐逆境、高产优质的作物品种。
与传统的转基因技术相比，CRISPR编辑的作物可能不会引入外来DNA，因此在一些国家和地区可能面临较少的监管限制。
基础科学研究CRISPR技术极大地促进了基础生物学研究，使科学家能够更容易地研究基因的功能，揭示生命现象的分子机制。
此外，CRISPR还被用于创建动物模型，帮助研究人员更好地理解人类疾病。
CRISPR技术引发的伦理讨论尽管CRISPR技术带来了巨大的科学进步和潜在益处，但它也引发了一系列伦理问题。
例如，基因编辑可能会被用于非治疗性的增强目的，如提高智力或体能，这可能导致社会不平等。
CRISPR基因编辑技术CRISPR基因编辑技术（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR）是一种在生物学领域中近年来出现的技术，可以用来创造、修改和删除基因序列。
CRISPR技术利用CRISPR-Cas9系统，通过指导剪切酶Cas9与RNA融合，以高精度和低成本地编辑基因。
CRISPR基因编辑技术的快速发展和广泛应用在生物领域中引起了极大的关注。
CRISPR-Cas9系统的原理CRISPR-Cas9系统主要由两部分组成：CRISPR序列和Cas9酶。
CRISPR序列是一段由DNA组成的重复序列，其中间夹杂有一些拷贝的片段，这些片段通常来自细菌或病毒的基因组。
Cas9酶是一种特殊的酶，可以通过与CRISPR序列相互作用，识别到位于目标基因组的特定DNA序列。
CRISPR-Cas9系统的工作原理是先通过CRISPR序列生成一种短RNA片段，称为指导RNA（gRNA）。
这个gRNA同Cas9酶结合形成复合物，该复合物可以识别和结合到目标基因组中的与gRNA序列互补的DNA序列。
一旦Cas9酶与目标DNA序列结合，酶就会剪切这个DNA序列，进而引发细胞自身的修复系统，可以在修复时实现对基因组的修改。
CRISPR基因编辑技术的应用CRISPR基因编辑技术可以在各种生物体中实现对基因组的编辑，因此在生物学研究和治疗上有着广泛的应用。
基因研究CRISPR技术的出现对基因研究有了革命性的影响。
通过CRISPR技术，研究者可以很容易地修改细胞中的特定基因，观察其对生物体的影响。
这种精确定位的基因编辑方法加速了基因功能的研究，有助于理解不同基因在生物体内的作用。
疾病治疗CRISPR基因编辑技术也在疾病治疗中展现出巨大的潜力。
通过精准编辑基因组，可以纠正某些疾病的基因缺陷，甚至是治愈一些遗传性疾病。
CRISPR技术可以用于免疫细胞疗法，通过修改患者自身的T细胞，使其具有更强的抗肿瘤能力。
自私基因元件（Selfish genetic element）对于原核生物（prokaryote）可不一定是一无是处的。
我们都知道病毒可以通过重编程宿主细胞（reprogramming host cell）的方式进行大量复制，也可以像“偷渡客”一样整合到宿主细胞的基因组里潜伏起来伺机作乱；可接合质粒（conjugative plasmid，又称作转移性染色质外DNA）可以赋予宿主细胞新的优势特性，比如获得某种抗毒素因子，这样细胞就会像吸毒上瘾一样不愿意丢失这些质粒，还有很多这类外来DNA赖在细菌等细胞中不走的事例这里就不一一介绍了。
不过细菌（bacteria）和古细菌（archaea）都有一套防御机制抵御这种外来的侵入性因子，这种防御机制就是在成簇的、有规律间隔的多次重复短片段（clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR）的基础上建立起来的适应性免疫系统（adaptive immune system）。
Jinek等人最新的研究成果发现，细菌细胞里的CRISPR效应酶蛋白Cas9因子不是通过一个RNA，而是一对小RNA分子来清除入侵的外源DNA片段。
CRISPR系统能够将各种外源的病毒或质粒DNA短片段“集中”到细胞基因组里某个特定的重复片段区域上，将这些外源DNA当作细胞曾经经受过外源DNA入侵的一种记忆给储存起来。
然后这段DNA会转录生成CRISPR前体RNA（precursor CRISPR RNA），前体RNA生成之后会被切割成一段一段的重复RNA片段，这些小RNA分子就是成熟的CRISPR RNA（crRNA）。
然后crRNA会招募CRISPR相关蛋白（CRISPR-associated proteins, Cas）与各种被细胞记住的外源的入侵DNA或mRNA片段结合，将它们彻底摧毁。
科学家们是在大约5年前才开始了解到CRISPR的，当时他们发现如果将某种病毒的DNA片段掺入细菌之中，细菌就会对随后再次感染的同种病毒产生极高的免疫力。
细菌就是从之前入侵的病毒DNA片段那里认识了这种病毒，从而获得了免疫力，当病毒再次入侵的时候细菌编码的Cas9因子就可以发挥作用，消灭来犯的病毒。
但是当时还不清楚这种Cas9因子的具体作用机制。
科学家们首先需要解决的问题就是搞清楚Cas9因子是如何获得成熟的crRNA 的。
在大部分CRISPR-Cas系统里都少不了这样一位主角，那就是将CRISPR 前体RNA切割成一小段一小段小RNA分子的专一性核酶（nuclease）。
除了成熟的crRNA之外，这些Cas9因子还需要另外一种CRISPR特异性的小RNA（CRISPR-specific small RNA）的帮助，我们把这种小RNA称作反式激活的crRNA（tracrRNA），因为这种小RNA刚好与crRNA的小片段互补，同时它们还是RNA特异性的宿主核糖核酸酶RNase III的底物。
经过RNase III的切割之后，这一对互补的RNA（其中包括一条42bp的crRNA和一条75bp的tracrRNA）就可以充当Cas9因子的向导，帮助它“打鬼子”了。
Jinek等人就在此基础之上继续进行了更深入的研究，他们发现化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）编码的Cas9蛋白也能够与细菌熟悉的入侵DNA结合，并将其降解。
虽然我们知道切割位点只能由crRNA决定，但是科学家们却惊奇地发现，Cas9蛋白与目标DNA结合以及切割的过程还必须有tracrRNA 分子的参与。
也就是说，tracrRNA分子能够帮助Cas9-crRNA复合体在细胞复杂的DNA环境中精准地定位到入侵的DNA序列上，如附图所示。
这也进一步说明小RNA分子的确是细胞里不可或缺的一份子。
瑞士军刀样的多功能蛋白。
（A）Cas9蛋白需要crRNA和tracrRNA的共同帮助才能识别入侵的外来DNA分子，与之结合并将其降解。
因为crRNA中的向导链部分可以与外源DNA的一条链互补并结合形成R环结构。
在被识别区域两端的DNA基序也起到了非常重要的作用，它们可以帮助DNA链结旋打开双链，有利于crRNA链侵入。
然后靶标DNA会在Cas9蛋白两个核酶结构域的作用下被切断。
（B）级联反应复合体里含有一个crRNA，可是却最多携带了5种不同的Cas蛋白。
所以它能够持续不断地招募核酶和解旋酶Cas3蛋白，不停歇地将入侵的外源DNA打开并切断。
Cas9蛋白能够凭借分子内的两个核酸酶结构域切割靶标DNA分子，形成平末端产物，其中每一个结构域负责切割靶标DNA分子R环状（R-loop）结构中的一条DNA链，具体来说，就是一个HNH核酶结构域负责切割与crRNA 互补配对的那一条DNA链，RuvC核酶结构域负责切割另外一条DNA链。
Jinek等人发现这种切割的效率非常高，而且不论靶标DNA分子是松弛型的，还是紧密的超螺旋型的都可以被毫不费力地被切割开，说明Cas9蛋白在细胞里是循环使用的，这样能保证在第一时间将所有来犯的入侵者全都消灭掉。
这种防卫机制虽然很有效率，但它也存在致命的阿喀琉斯之踵。
比如病毒就可以通过突变的方式轻易地突破这道防线。
Jinek等人在对这种突变DNA分子进行研究的时候发现Cas9蛋白对突变DNA的结合能力和切割能力都会大打折扣，这说明病毒完全能够应付细菌这套免疫机制，也说明细菌需要重新修正记忆内容才能够面对新一轮攻击。
魔高一尺道高一丈，千百年来细菌与其寄生者之间就在不断地重复这套攻守流程，最后大家共同进化。
Jinek等人还敏锐地意识到这种高度特异性的由RNA介导的DNA核酶刚好可以被我们用来对基因组进行特异性的改造。
从理论上来说，只需要一段20bp 的crRNA做向导，核酶就可以在真核生物基因组的任意位置进行特异性切割。
为了验证这个想法Jinek等人使用一个携带了绿色荧光蛋白GFP编码基因的质粒进行了实验。
他们根据某个位点设计了一套crRNA和tracrRNA，结果Cas9蛋白就在预定位点准确地完成了切割任务。
DNA断裂之后还激活了细胞内的DNA断裂修复机制，科学家们利用这种反应就可以对细胞内的某个基因进行破坏、插入或者修复等操作了。
使用Cas9蛋白和crRNA在DNA上引入特异性断裂这样一套技术对我们现有的锌指核酶技术（zinc finger nucleases）和转录激活效应因子样核酶技术（transcription activator–like effector nucleases）等基因靶向操作技术（gene-targeting technologies）是一个很好的补充和完善，因为这些现有技术都需要针对每一个靶点重新设计核酶。
有了这种基因改造和修复技术我们就可以对患者的病变细胞进行修复，然后再将修复好的细胞重新回输到患者体内，这样就可以对多种遗传缺陷疾病进行很好的治疗了。
和CRISPR系统里的其它效应分子相比，Cas9蛋白明显要重要得多，它是一个单一的、具有多种酶活性的蛋白，分子量通常介于350kD至450kD之间，最多的时候可以由11个亚基组成，编码Cas9蛋白的基因也有4至7个之多。
可是这么庞大的一个蛋白却只有在结合了靶标DNA之后才会再招募其它亚基，使Cas9蛋白具有核酶活性。
也就是说，Cas9蛋白就好像一把瑞士军刀一样，有很多的组成部件，所以也有众多的功能，CRISPR系统正因为有了这个多面手才能不惧任何外来的威胁。
原文检索：Stan J. J. Brouns. (2012) A Swiss Army Knife of Immunity. Science, 337:808-809. YORK/编译名词解释：CRISPR/Cas (CRISPR associated systems)：CRISPR/Cas系统（CRISPR相关系统），CRISPR（clustered regulatory interspaced short palindromic repeat）即成簇的、规律间隔的短回文重复序列，是基因组中一个含有多个短重复序列的位点，这种位点在细菌和古细菌（archaea）胞内起到了一种获得性免疫（acquired immunity）的作用。
CRISPR系统主要依赖crRNA和tracrRNA来对外源DNA进行序列特异性降解。
目前已经发现了3种CRISPR/Cas系统，其中在2型系统（type II systems）中依赖的是Cas9蛋白。
在RNA的介导下，Cas9蛋白能够对crRNA–tracrRNA识别的靶序列进行切割。
crRNA：CRISPR RNA能够与tracrRNA配对，形成双链RNA结构，这种双链RNA分子能够介导Cas9核酸内切酶对与双链RNA分子互补结合的DNA序列进行切割。
DSB：ZFN、TALEN以及CRISPR/Cas9系统对DNA双链进行切割之后就会形成DNA双链断裂缺口（double-strand breaks），即DSB。
tracrRNA：反式激活嵌合RNA（trans-activating chimeric RNA），这是一种非编码RNA，能够促进crRNA的形成，也是Cas9蛋白发挥RNA介导的DNA切割作用必不可少的辅助因子。
噬菌体或是质粒上与间隔序列对应的序列被称为protospacer。
通常protospacer的5‘或是3’端延伸几个碱基序列很保守，被称为PAM (protospacer adjacent motifs)，它的长度一般为2-5碱基，一般与protospacer相隔1- 4碱基。
Cas家族Cas（CRISPR associated）：存在于CRISPR位点附近，是一种双链DNA核酸酶，能在guide RNA引导下对靶位点进行切割。
它与folk酶功能类似，但是它并不需要形成二聚体才能发挥作用。
Cas9蛋白包含两个功能结构域，一个在N端，有类似于Ruc核酸酶的活性，一个在中部有类似HNH核酸酶的活性仅仅由向导RNA分子和Cas9蛋白组成的CRISPR系统就可以对基因组中特定的DNA序列进行外科手术式的精细改造，在特定的位置敲除、或者插入基因。
最近还有人发现，对Cas9蛋白进行修饰之后还可以对特定的基因进行抑制（如左下图所示）或者激活（如右下图所示）操作。
基因组编辑采用人工核酸结合源性修复机制来改变细胞内的DNA。
CRISPR/Cas 系统充分利用了短gRNA的优势来靶向细菌Cas9核酸内切酶、定位遗传位点。
由于gRNA能够提供特异性，更改靶标时，仅需要更改gRNA序列编码的设计。
基因编辑中所用的CRISPR/Cas系统包含三种组分：Cas核酸Cas9（双链DNA 核酸内切酶）、一种靶向补充物crRNA以及一种辅助反式激活因子tracrRNA（图1）。
