精确编辑活细胞基因组的能力具有巨大的潜力，可以加快生命科学研究，改善生物技术甚至治疗人类疾病。
用于基因组编辑的方法-主要是锌指核酸酶和类似转录激活因子的效应器（TALE）核酸酶-已经存在了几年，但是在2013年，被首次设计的CRISPR-Cas9系统的效率，有效性和精度迅速使它们黯然失色。博德研究所（Broad Institute）和麻省理工学院（MIT）的张峰（Feng Zhang）利用其进行哺乳动物基因组编辑。
CRISPR系统
像锌指和TALE一样，CRISPR系统也是天然产物。然而，CRISPR-Cas在一个关键方面与锌指和TALE不同，这使其在基因组编辑应用中具有优势：而锌指和TALE通过直接的蛋白质-DNA相互作用与DNA结合，需要针对每个新靶点重新设计蛋白质DNA位点，CRISPR-Cas通过小的RNA可以实现靶标特异性，可以很容易地将其交换为靶向新位点的其他RNA。
在自然界中，CRISPR-Cas系统可帮助细菌防御攻击性病毒（称为噬菌体或噬菌体）。它们由两个组件组成，CRISPR（聚簇的，规则间隔的回文重复序列）阵列和Cas（与CRISPR相关的）蛋白。 CRISPR序列可阻止细菌从入侵的噬菌体复制而来的短片段DNA，从而保留了过去攻击它们的病毒的记忆。然后将这些序列转录为短RNA，将Cas蛋白引导至匹配的病毒序列。 Cas蛋白通过切割来破坏匹配的病毒DNA。自然界中存在许多不同类型的CRISPR-Cas系统，它们的组成各不相同。 CRISPR-Cas9系统仅使用一种蛋白质Cas9来发现并破坏目标DNA。在2015年，Zhang和同事成功地利用了另一个名为CRISPR-Cpf1的系统，它具有用于更简单，更精确的基因组工程的潜力。
工程CRISPR工具箱
2011年初，张峰刚刚在Broad大学和MIT成立了自己的研究小组，在那里他是McGovern脑科学研究所的研究员，并且是脑与认知科学和生物工程系的教职员工。在广泛会议的一次科学会议上了解了现有的CRISPR研究之后，他很快意识到具有单个RNA引导蛋白的系统可能会改变基因组编辑技术。他已经在研究DNA靶向方法，并曾作为哈佛的初级研究员帮助开发TALE系统。该系统可以靶向并激活哺乳动物基因组中的基因。
Zhang和他的团队专注于利用CRISPR-Cas9在人类细胞中使用。 2013年1月，他报告了在人类细胞中基于Cas9的基因组编辑的首次成功演示，该论文已成为被引用最多的CRISPR论文（Cong等，Science，2013）。哈佛大学乔治·丘奇实验室的研究人员在同一期《科学》上也报道了类似的发现（Mali等，《科学》，2013年）。 Zhang和Church的论文表明，Cas9可以靶向人类基因组中的特定位置，并在那里切割DNA。然后通过插入由研究人员提供的新的DNA片段修复被切割的DNA，从而基本上实现了人类基因组的“查找和替换”功能。
2015年9月，Zhang和合作伙伴介绍了另一种系统Cpf1，该系统似乎对研究和治疗具有重要意义。 Cpf1系统更简单，因为它仅需要一个RNA。 Cpf1酶也比标准SpCas9小，从而更易于传递到细胞和组织中。
