در اوایل سال 2005، رودولف بارانگو و فیلیپ هوروات به تعدادی کد ژنتیکی تکراری بسیار عجیب در صفحه نمایش کامپیوتر در فرانسه خیره شده بودند. این توالی ها از Streptococcus thermophilus، باکتری ای که مانند سایر باکتری ها، اغلب با ویروس ها درگیر می شود، آمده بودند. شایعه شده بود که این توالی های DNA ممکن است به باکتری ها کمک کند تا در این مبارزه دست بالا را داشته باشند. اگر چنین بود، محققان می خواستند همه چیز را در مورد آن بدانند. S. thermophilus یکی از میکروب هایی است که برای تهیه ماست استفاده می شود. جلوگیری از قربانی شدن آن در برابر ویروس ها، میلیون ها یورو برای Danisco، شرکت تولید کننده مواد غذایی که در آن کار می کردند (بعداً توسط Danone خریداری شد)، صرفه جویی می کرد.
آنها توالی های عجیب و غریب را از سویه های مختلف S. thermophilus که در برابر ویروس های مختلف مقاوم بودند، مقایسه کردند. در هر مورد، بیت های DNA بین توالی های تکراری با DNA ویروسی که آن سویه باکتری در برابر آن مقاوم بود، یکسان بود. سپس محققان بیت های DNA را از یک ویروس خاص گرفتند و آنها را بین تکرارها در یک سویه غیر مقاوم S. thermophilus چسباندند. به طرز چشمگیری، سویه مقاوم شد. به نظر می رسید که باکتری هایی که از حمله ویروسی جان سالم به در برده اند، تکه هایی از DNA ویروس مهاجم را در ژنوم خود نگه می دارند. اینها به عنوان یک گالری سرکش برای آماده شدن برای مشت زنی های آینده عمل می کردند: اگر همان قطعه DNA دوباره دیده می شد، سلول می دانست که مورد حمله قرار گرفته است.
کشف این سیستم ایمنی باکتریایی خبر بزرگی برای صنعت لبنیات بود، که ناگهان راه جدیدی برای انتخاب باکتری ها بر اساس ایمنی مورد نظر داشت. چنین سویه هایی اکنون در بیشتر تولیدات ماست و پنیر معمول هستند، یک پرداخت تجاری خوب برای میکروبیولوژی. اما در سال 2012، امانوئل شارپنتیر در موسسه ماکس پلانک در آلمان و جنیفر دودنا در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، پیامدهای عملی این کار را بسیار فراتر بردند. تکرارهای کوتاه پالیندرومی با فاصله منظم و خوشه ای یا CRISPR، می تواند هک شود تا برش هایی را در توالی های دقیق در ژنوم هر موجودی ایجاد کند: مخمر، ماهی، خوک. یا انسان ها.
تکنیک آنها با وارد کردن ابزاری به سلول ها برای ساخت پروتئینی به نام Cas9 - مسئول ایجاد برش در DNA - و یک قطعه RNA شبیه CRISPR که به آن می گوید کدام بیت را برش دهد، کار می کرد. RNA، مانند DNA، یک توالی از "بازها" را حمل می کند، و اگر توالی خاصی از DNA را می دانید، می توانید به راحتی یک توالی "مکمل" از RNA را طراحی کنید تا در انتهای یک قطعه RNA CRISPR قرار دهید که Cas9 به آن متصل می شود. هنگامی که مکانیسم RNA به همراه پروتئین قطعه مطابق DNA را در ژنوم سلول پیدا می کند، Cas9 برش خود را ایجاد می کند.
از آنجا CRISPR از مکانیسم های ترمیم DNA سلول استفاده می کند. از آنجا که سلول ها معمولاً توالی های آسیب دیده را به طور ناقص ترمیم می کنند، فرآیند ترمیم اغلب ژن هدف را "از بین می برد". این توانایی برای از بین بردن ژن ها در پشت اولین موج داروهای CRISPR است که به سمت کلینیک ها پیش می روند. تکنیک های پیچیده تری که ویرایش های دقیقی انجام می دهند یا توالی های جدیدی را وارد می کنند، اکنون در آزمایشگاه ها رایج هستند و به کلینیک ها و همچنین شرکت های بذر و مزارع مهاجرت خواهند کرد.
دستکاری ژن ها برای اصلاح بیماری ها یا بهبود محصولات کشاورزی ایده های جدیدی نیستند. اما (به ویژه در پزشکی) فناوری های قبلی به دلیل ناامن بودن یا دست و پا گیر بودن، با مشکل مواجه بودند. ساخت یک ویرایشگر ژن ماه ها طول می کشید. با CRISPR حتی دانش‌آموزان دبیرستانی می‌توانند در زمانی که برای سفارش توالی‌های RNA به صورت آنلاین و ارسال آنها توسط FedEx لازم است، سیستم‌های ویرایش را به دست آورند. در مدت کوتاهی این فناوری توسط غول‌های داروسازی پذیرفته شده و در آزمایشگاه‌ها رایج شده است، بیوتک‌ها را به وجود آورده و الهام‌بخش نوآوری‌هایی است که ممکن است قدرتمندتر از این ثابت شوند. دولت ها در حال تغییر مقررات برای بهره برداری از پتانسیل آن هستند.
همه چیز در مورد این فناوری فریاد می زند "تغییر دهنده جهان". CRISPR راه هایی را برای دستیابی به اهداف بیولوژیکی - نه فقط اهداف پزشکی مانند مهار بیماری های قلبی، بلکه اهداف کشاورزی و زیست محیطی نیز - به روش هایی ارائه می دهد که قبلاً هرگز تصورش را هم نمی کردید. با این حال، تا به امروز، جهان تا حد زیادی بدون تغییر به نظر می رسد. آیا CRISPR قربانی همان دام ها و ناامیدی های فناوری های پیشین خود خواهد شد؟ یا آیا تحولی که وعده داده بود در دسترس دانشمندان است؟ این فصلنامه فناوری به این سؤالات پاسخ خواهد داد.