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CRISPR的基本介绍
CRISPR是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats（规律间隔成簇短回文重复序列）的缩写，它是原核生物基因组内的一段重复序列，CRISPR全称Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats（成簇的规律性间隔的短回文重复序列），分布在40%的已测序细菌和90%的已测序古细菌当中。
CRISPR-Cas系统
（一）系统构成
1、CRISPR序列：主要由前导序列（leader）、重复序列（repeat）和间隔序列（spacer）构成。。
2、Cas基因：位于CRISPR基因附近或分散于基因组其他地方，该基因编码的蛋白均可与CRISPR序列区域共同发生作用，该基因被命名为CRISPR关联基因（CRISPR-associated），目前发现的Cas基因包括Cas1-Cas10等多种类型，依据Cas蛋白在细菌免疫防御过程中参与的角色，目前将CRISPR-Cas系统分为两大类，第一大类：它们切割外源核酸的效应因子为多个Cas蛋白形成的复合物，包括Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型，第二大类：它们的作用因子是比较单一的Cas蛋白，型的Cas9蛋白和Ⅴ型的Cpf蛋白。
（二）作用原理
以CRISPR/Cas9为例，其作用机理可以分为三个阶段来理解：第一阶段是CRISPR的高度可变间隔区的获得（俘获外源DNA，登记“黑名单”），第二阶段是CRIPSR 基因座的表达（包括转录和转录后的成熟加工），第三阶段是CRISPR/Cas 系统活性的发挥（靶向干扰）。
（三）发展历程
1、发现阶段：1987年，日本大阪大学的科研人员在对大肠杆菌中碱性磷酸酶同工酶基因进行鉴定时，意外发现了一段重复的DNA序列，但并不清楚该段序列的生物学意义和CRISPR/Cas的关联，1993年，在研究古细菌时，CRISPR首次被证实，随后越来越多的类似序列被发现和确认。
2、结构和功能表征阶段：20世纪末，研究人员通过比对发现，这种重复序列存在于20多种细菌及古生菌中，并将其命名为短规律性间隔重复序列（Short Regularly Spaced Repeats, SRSRs)，而后又将上述重复的DNA序列修订为CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)，临近的基因称为Cas基因（CRISPR associated gene），2007年，Horvath研究组认为CRISPR及cas基因一起为嗜热链球菌提供了对噬菌体的抗性作用，同时其特异性取决于CRISPR中的间隔区序列，这是CRISPR的免疫功能首次在细菌中得到实验证实，后续的研究又证明了前间隔序列临近基序（PAM）基因能够为该系统发挥功能提供识别作用，为了进一步了解这个免疫系统，Charpentier在对化脓性链球菌进行研究期间，发现CRISPR/Cas9作为细菌的免疫系统，可以切割病毒的DNA以抵抗病毒入侵，从此，细菌获得性免疫系统CRISPR/Cas作用机制被基本阐明，随着研究的深入，CRISPR和Cas蛋白之间的进化关系也逐步得到了更深的了解，形成了以Cas1和Cas2基因为核心构成的三种不同类型的CRISPR/Cas系统，I型和III型系统需要多种蛋白共同参与才可以发挥作用，而II型系统就简单很多，只需要一种标志性的Cas蛋白即Cas9便可完成DNA识别和剪切，正是由于CRISPR-Cas9系统这种简洁、易操作的特点，为其进一步的应用奠定了坚实基础。
3、应用阶段：2012年，Charpentier和Doudna在体外重现了基因剪刀CRISPR/Cas9，能够在指定位点切割 DNA，紧接着在2013年，麻省理工张峰团队率先证实CRISPR/Cas系统同样能够在真核细胞中起作用，随着研究的继续深入，CRISPR/Cas9也暴露了缺陷和局限性，例如严重的脱靶效应，随后通过不断的努力，科学界逐步降低了CRISPR/Cas9系统应用中的脱靶效应等风险，更有助于该技术在疾病模型建立、抗癌药物研制、干细胞治疗等生物和医学等领域的应用，世界各国的研究人员也纷纷利用该技术，探索了在不同领域的基因编辑应用，如利用CRISPR基因编辑技术对人淋巴细胞进行改造，从而使得这些细胞能够攻击人T细胞癌，为肿瘤的新疗法提供可能性。
CRISPR的应用
（一）基因编辑
CRISPR-Cas9是目前最常用的基因编辑工具之一，它可以精确地对目标基因进行编辑，实现基因敲除、敲入、定点突变等操作，与传统的基因编辑技术相比，CRISPR具有精准、廉价、易于使用且非常强大的特点。
（二）基因检测
CRISPR技术还被应用于基因检测领域，通过结合恒温扩增技术和荧光标记等手段，开发出基于CRISPR的分子诊断技术，该技术具有高特异性和高灵敏度的优势，可以实现快速、准确的病原体检测和基因分型。
（三）癌症治疗
CRISPR/Cas9技术可以用于构建癌症动物模型，通过基因编辑技术模拟人类癌症的发生和发展过程，从而更好地研究癌症的发病机制和治疗方法，还可以利用CRISPR/Cas9技术对患者的癌细胞进行基因编辑，使其成为具有特定功能的免疫细胞，然后回输到患者体内进行治疗。
（四）农业领域
在农业领域，CRISPR/Cas9技术可以用于改良农作物品种和培育新的优良品种，例如可以通过基因编辑技术提高作物的抗病能力、增加产量、改善品质等。
未来展望
随着科学技术的不断发展和完善，CRISPR技术将在更多领域得到广泛应用，未来可能会出现更加高效、安全、便捷的基因编辑工具和技术手段；同时也可能会开发出基于CRISPR的新型治疗方法和药物；此外还将进一步加强对CRISPR技术的监管和管理力度以确保其安全可靠地应用于各个领域中。