它最初是为了了解微生物如何抵抗病毒感染。在它们的染色体中，细菌储存着从它们遇到的病毒中获取的DNA片段。这些片段被一组称为CRISPR（成簇的规律间隔的短回文重复序列）的DNA片段标记，作为过去感染的记录，并使细菌对未来的感染免疫。
对于詹妮弗·杜德纳，一位HHMI研究员，加州大学伯克利分校的化学、生物化学和分子生物学教授，最大的问题是，这个系统是如何工作的？答案在于一种名为Cas9的酶。杜德纳和她的团队发现，当配备了病毒照片的RNA副本时，Cas9酶可以识别并禁用携带匹配序列的病毒。
一旦她理解了这个系统，杜德纳就开始利用它。通过向Cas9酶提供她选择的引导RNA，杜德纳发现她可以比现有方法更轻松、更准确地编辑目标DNA。Cas9引导的切口可以使目标基因失活。它还可以为新的DNA（例如目标基因的改变版本）提供插入位点。
对这种CRISPR-Cas9系统的描述（发表于2012年的《科学》杂志）引发了生物学和生物技术领域的革命。在短短七年里，CRISPR已成为重要的研究工具，并激发了许多新创企业的诞生。这项技术有潜力改变基础科学、改良农作物和治愈遗传疾病。与此同时，它也引发了关于如何处理一种具有改变人类进化能力的技术的伦理问题。
2018年，杜德纳和她的两位同事，马克斯·普朗克感染生物学研究所的埃玛纽埃尔·沙尔庞捷教授和维尔纽斯大学的维吉纽斯·西克西斯教授，因其在CRISPR-Cas9方面的工作而被授予科维理纳米科学奖。
现在，杜德纳概述了在CRISPR充分发挥其潜力之前需要解决的下一个重大问题。
什么是CRISPR 2.0，我们如何开发它？
CRISPR技术的一个大问题是如何确保基因组编辑的准确性和效率，这意味着引入DNA的确切改变。目前，科学家可以在基因组的特定位置触发对DNA的定向改变，但我们更难确保引入的确切改变类型。目前正在进行的一些研究，不仅在我的实验室里，而且在整个领域中：一是开发所谓的CRISPR-Cas蛋白的碱基编辑版本。这意味着开发使用这些可编程酶的方法，不是切割DNA，而是实际上触发序列中特定DNA碱基的化学变化。有了这些碱基编辑分子，我们可以减少细胞产生不必要改变的机会。这是一种非常精细的DNA序列操作，原则上可以治愈细胞中导致疾病的突变。
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我们能否利用CRISPR-Cas9对抗传染病？
人们对这个问题很感兴趣，至少在研究环境中是这样。您能否利用CRISPR-Cas系统的适应性免疫功能来保护其他类型的细胞免受病毒侵害？我认为这不太可能，至少在其目前的形式下是这样，因为病毒具有显著的适应和进化能力，可以抵抗诸如CRISPR-Cas所使用的靶向机制。另一方面，我认为是否有方法可以靶向对人类有害的传染性细菌？绝对有。该领域的前沿之一是探索如何使用CRISPR-Cas系统来靶向一些对人类有害的细菌。
我们能否转向微生物来寻找替代的基因编辑工具？
生物学中一个令人惊叹的问题是，我们星球上存在哪些微生物？许多科学家，包括我在加州大学伯克利分校的同事吉利安·班菲尔德，正在通过对其DNA进行测序，并整合有关其生活方式、社区伙伴和环境生态位的信息来研究环境中的微生物。我认为像我这样的生物化学家和结构生物学家可以与DNA宏基因组学专家合作，尝试了解这些生物体中的分子途径。其中一些途径提供了针对病毒的防御，就像CRISPR系统一样。CasX是CRISPR-Cas的新迭代版本，可以像Cas9一样被编程来寻找和切割DNA。但它体积小得多，并且具有完全不同的分子形状，因此可能更容易将其输送到细胞中，并确保其进行临床使用所需的准确编辑。
我们如何确保基因编辑惠及所有人？
很快，我们将面临许多操纵DNA的机会——不仅在个体中，而且在可以将改变传递给后代的细胞中。鉴于此，我希望看到更多公众与科学家互动的机会，以及更多探索基因编辑更广泛影响的机会。它如何影响我们在社会上看到的不平等？它如何影响人们关于生殖和遗传疾病的决定？我们如何定义遗传疾病？我们认为什么是健康，什么是疾病？这些问题需要公开辩论。
要收听与詹妮弗·杜德纳的完整播客，请观看下面的视频。