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CRISPR，一种成本低、易操作的基因编辑技术，出道至今不过数年，便横扫整个分子生物界，人称 “基因魔剪”、 “上帝之手”。从小麦到老鼠，到人类胚胎，CRISPR技术可迅速改变几乎所有生物的DNA。相较于传统的基因编辑技术，CRISPR的使用成本低廉，方便快捷，已经逐渐替代过去的复杂、高成本、低效（一次只能改变一个基因）的编辑方法，如锌指核酸酶或类转录激活因子效应物核酸酶。
由于CRISPR如此强大的功能，其一经问世便大放异彩，迅速引起了广泛的关注。下面我们来回顾一下2016 CRISPR技术的光彩：
1月21日，Nature Biotechnology杂志发表了加州大学伯克利分校最新的研究成果。研究人员对CRISPR-Cas9技术做出了重大改进，在用一段短DN*片A**段替代另一段DNA时获得了高达60%的前所未有的成功率。
来自美国天普大学路易斯-卡茨医学院（Lewis Katz School of Medicine at Temple University）的研究人员开发出一种特定的基因编辑系统CRISPR/Cas9，从而为最终治愈HIV感染铺平道路。他们证实利用这种基因编辑系统能够有效地和安全地将这种病毒从在体外培养的人T细胞的DNA中清理掉。相关研究结果于2016年3月4日在线发表在自然出版集团旗下的Scientific Reports期刊上，论文标题为“Elimination of HIV-1 Genomes from Human T-lymphoid Cells by CRISPR/Cas9 Gene Editing”
4月6日，Journal of Assisted Reproduction and Genetics杂志网站首发了一项中国研究小组的人类胚胎编辑实验结果。范勇研究小组利用CRISPR-Cas9基因组编辑在一些胚胎中导入了可使得免疫细胞基因CCR5丧失功能的一种突变。一些人类天生就携带这种称作为CCR5Δ32的突变，由于这一突变改变了CCR5蛋白，可阻止HIV病毒进入到它试图感染的T细胞中，这些人能够抵抗HIV。
来自美国马萨诸塞大学医学院的研究人员利用CRISPR/Cas9开发出一种新的被称作CRISP Rainbow（CRISPR彩虹）的技术，这一技术允许科学家们标记和追踪活细胞中多达7个不同的基因组位点。这一标记系统将是一种宝贵的工具用于实时研究基因组结构。相关研究结果于2016年4月18日在线发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Multiplexed labeling of genomic loci with dCas9 and engineered sgRNAs using CRISP Rainbow”。
来自美国哈佛大学的研究人员对CRISPR/Cas9技术进行了改进，构建出一种新的“碱基编辑器（base editor）”，并且避免这些问题的发生。在人细胞系和小鼠细胞系中，这种碱基编辑器永久性地和高效地将碱基胞嘧啶（C）转化为碱基尿嘧啶（U），同时具有较低的编辑错误发生率。相关研究结果于2016年4月20日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage”。
同日，Nature期刊上还发表了一篇题为“The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA”的文章。 德国马克斯普朗克感染生物学研究所、亥姆霍兹传染病研究中心和瑞典优密欧大学的研究人员描述了酶Cas9的一种潜在替代者---来自土拉热弗朗西丝菌的CRISPR结合蛋白Cpf1---的特征：Cpf1表现出双重切割活性：不仅切割DNA，而且也切割RNA。与CRISPR-Cas9不同的是，Cpf1能够独自地对crRNA前体（pre-crRNA）进行加工，然后利用加工后产生的crRNA特异性地靶向和切割DNA，因而也就不需要来自宿主细胞的核糖核酸酶（RNase）和tracrRNA，这是人们迄今为止发现的一种最简单的CRISPR免疫系统。这一发现可能给科学家们提供一种新的序列特异性基因组编辑方法，更为重要的是，还可能便于一次对多种靶位点进行编辑，即所谓的多重编辑。
4月21日，哈尔滨工业大学生命学院黄志伟教授团队在《自然》（《Nature》）在线发表了题目为《CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构》（《The crystal structure of Cpf1 incomplex with CRISPR RNA》）的研究论文。该项研究通过结构生物学和生化研究手段揭示了CRISPR-Cpf1识别CRISPR RNA （crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子机制。
5月19日，《自然》杂志刊登一则基因编辑改进方法，可定位和修改DNA单个碱基，并且不在基因组中引入随机插入或缺失的基因。这种新的“碱基编辑”法使用一种修饰过的CRISPR/Cas9蛋白质，使它和另外两种蛋白一同工作，比现有改正单碱基变异的方法更高效。
2016年5月23日Angewandte Chemie期刊上发表了一篇题为“A Powerful CRISPR/Cas9-Based Method for Targeted Transcriptional Activation”的文章。迄今为止，CRISPR/Cas9是最为高效的、廉价的和最容易操作的基因编辑工具。然而，科学家们在此之前还不能够高效地利用它激活细胞中的基因。在这项研究中，来自日本北海道大学遗传医学研究所的Toru Kondo团队利用CRISPR/Cas9系统开发出一种强大的方法做到这一点。
他们将一种被称作微同源末端连接（microhomology-mediated end-joining, MMEJ）的DNA修复机制与CRISPR/Cas9组合使用。他们利用CRISPR/Cas9切掉发生甲基化的启动子，然后利用MMEJ插入一个未发生甲基化的启动子，也就是利用基因的开启开关替换它的关闭开关。
6月2日，发表在Science上的一项研究中，来自Broad研究所、MIT、NIH等机构的科学家们描述了一种新型靶向RNA的CRISPR系统。张锋和Eugene V. Koonin是该研究的共同通讯作者。研究中，科学家们鉴定出了一种具有靶向和降解RNA能力的RNA导向酶（RNA-guided enzyme）C2c2，并描述了该酶的功能特征。研究表明，仅靶向RNA的CRISPR/C2c2系统能够帮助细菌对抗病毒感染。科学家们证实，改造C2c2能够用于切割细菌细胞*特中**定的RNA序列，这可能会成为一种非常重要的分子生物学工具。
2016年6月13日，Nature Microbiology在线发表了一项研究结果。来自加拿大多伦多大学和新西兰奥塔哥大学的一个研究团队发现多样性的细菌物种编码阻断特异性CRISPR/Cas系统活性的基因。通过扫描原噬菌体（即整合在细菌基因组中的噬菌体基因组），来自多伦多大学的Alan Davidson和同事们鉴定出5种新的抗CRISPR蛋白编码基因，而在此之前，他的团队已鉴定出9种。这项最新的研究突出强调了一种学习CRISPR系统如何工作的方法以及一种潜在的开展基于CRISPR的基因编辑的附加工具。
6月16日，MPFI的Takayasu Mikuni、Jun Nishiyama和Yasuda博士已经成功实现利用CRISPR / Cas9系统建造一个更快速、可伸缩且高分辨率的神经元DNA编辑技术，他们将这一技术称为“SLENDR”。通过这一技术的应用，研究人员将荧光蛋白编码基因插入神经元中目的蛋白的编码基因中，进而完成了对以往难以定位大脑神经元蛋白的准确定位。
6月24日，一项刊登在国际杂志Journal of the National Cancer Institute上的研究报告中，来自德国德累斯顿工业大学 （Dresden University of Technology）等机构的研究人员通过研究发现，扮演癌症驱动子的突变或许能够被靶向作用并且修复，而且这些相关的突变也可以被快速诊断，并被用来改善个体化疗法。
这项研究中，研究者首先对超过50万个报道的癌症突变进行分析，这些突变从理论上来讲能够被靶向作用，并且超过80%的突变都可以被CRISPR/Cas9系统进行切割修饰；随后研究者人员发现CRISPR/Cas9可以在不明显靶向作用健康野生型等位基因的同时，对一系列常见的癌症突变进行特异性靶向作用；此外，携带癌症特异性引导RNAs的Cas9酶类的表达还能够揭开引发癌细胞生长和变异的突变。
7月12日，记者从广州医科大学第三附属医院了解到，广医三院广东省产科重大疾病重点实验室和广东省高校生殖与遗传重点实验室主任孙筱放教授带领的团队，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功纠正β-地贫iPSCs（诱导多能干细胞）中的β珠蛋白基因（HBB）突变，使其诱导分化出正常的造血干细胞，为没有骨髓移植匹配捐赠者的患者提供了一种新的自体移植治疗选择。
8月4日，加州大学的研究人员在Cell Stem Cell杂志上发表文章指出，癌症干细胞利用基因编辑系统来克隆自己。这一机制使白血病前期的白细胞前体变成了白血病干细胞。ADAR1是一种能够编辑microRNA序列的酶，与癌症发展和耐药性密切相关。研究人员在慢性粒细胞白血病（CML）中揭示了ADAR1的作用机制，并在此基础上找到了阻止它的方法。
美国科罗拉多大学博尔德分校生物前沿研究所主任、特聘教授和诺贝尔奖得主Thomas Cech博士利用CRISPR基因编辑技术、活细胞和单分子显微镜，首次实时地观察端粒酶和端粒之间的这种至关重要的相互作用。相关研究结果于2016年8月11日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Live Cell Imaging Reveals the Dynamics of Telomerase Recruitment to Telomeres”。
在端粒遭受降解时，癌细胞也同样快速地延长端粒从而抵消它们的降解。癌细胞是利用端粒酶填补端粒来做到这一点的。基本上，当端粒酶发现端粒和附着到它的上面时，它就将一种DNA重复序列添加到已经存在于端粒上的这种DNA重复序列上，延长这种端粒，从而为染色体添加上保护性末端。
肿瘤学家和癌症研究人员希望端粒酶不会发挥这样的作用。如果没有这种持续的端粒修复，染色体最终将会降解，癌细胞就会死亡。如果没有端粒酶与端粒之间的相互作用，癌细胞将会死亡。
同日，在一项新的研究中，来自美国杜克大学的研究人员开发出一种不再需要导入额外基因拷贝的策略。相反，他们利用一种经过基因修饰的CRISPR/Cas9基因编程技术直接激活已经存在于细胞基因组中的自然拷贝。
这些早期的研究结果表明相比于永久性地将新的基因加入到宿主细胞基因组中的方法，利用这种经过基因修饰的CRISPR/Cas9方法实现小鼠胚胎成纤维细胞直接变成神经元的转化过程更加完全和更加持久。
8月18日Science在线发表的一项新的研究中，来自美国麻省理工学院（MIT）的研究人员设计出一种方法在人细胞的DNA中记录复杂的历史事件，从而允许他们通过对这种DNA进行测序从中找回过去事件的“记忆”。
在当前的这项研究中，由MIT开发出的这种新方法是基于基因组编辑系统CRISPR-Cas9实现的。当利用CRISPR-Cas9对基因进行编辑时，研究人员构建出能够匹配宿主基因组中靶序列的gRNA。为了进行记忆编码，他们采取一种不同的方法：他们设计出识别编码这种gRNA的DNA序列的gRNA，从而产生他们称之为“自我靶向的gRNA（self-targeting guide RNA）”。
在这种自我靶向的gRNA的引导下，Cas9切割编码这种gRNA的DNA序列，产生一种永久性记录事件发生的突变。这种DNA序列一旦发生突变就会产生新的gRNA来引导Cas9靶向这种新近发生突变的DNA序列，而且只要Cas9是有活性的或者这种自我靶向的RNA仍然表达，就允许突变进一步发生和积累。
通过细胞内的感应器检测特定生物事件发生来调节Cas9或自我靶向的gRNA的活性，这种系统就能够允许累进性突变作为这些生物事件的函数积累下来，因而提供基因组编码记忆。
8月22日的一项新的研究中，来自美国马萨诸塞大学医学院的研究人员揭示出CRISPR-Cas9系统在活细胞中的内部工作机制的重要新细节。这一发现可能对人们利用这种强大的基因编辑工具开发治疗方法产生影响。为了观察CRISPR-Cas9系统在活细胞中的作用机制，Pederson博士和同事们开发出一种利用不同的荧光分子对gRNA和Cas9进行标记的技术，因此能够同时追踪它们。
研究人员发现当未结合到Cas9上时，gRNA是非常短命的。当Cas9与gRNA组装在一起时，这种复合物更加稳定：大约一半的复合物在细胞核中的寿命大约为15分钟，而剩下的复合物具有更高的稳定性。
研究人员还观察到Cas9-gRNA复合物在靶位点上的停留时间决定着DNA是否将被切割。当gRNA序列与靶DNA序列完美匹配时，Cas9-gRNA复合物在离开之前，结合到这种靶DNA序列上长达两个小时，在这期间，靶DNA序列切割也完成了。当gRNA序列与靶DNA序列存在错配时，Cas9-gRNA复合物在靶DNA序列上的停留时间仅仅为几分钟的时间，因而这种切割被破坏了。
8月24日，MIT的科学家们在Angewandte Chemie International Edition上发表了一项研究成果。科学家们研究制造了一种对光产生反应的特殊系统，该系统可以有效控制基因编辑发生的时间和地点。在这种新型系统的帮助下，只要当研究者将紫外线照射于靶向细胞上，该细胞中就会发生基因编辑，这或许就可以帮助研究者更加清楚地解析影响胚胎发育或疾病进展的细胞和遗传事件了，同时还可以提供一种靶向性的策略来关闭肿瘤细胞中的促癌基因。
9月6日电深圳市第二人民医院973项目首席科学家蔡志明与黄卫人、刘宇辰对CRISPR-Cas9基因编辑系统进行改进完善，实现对Cas9的操控，可控制癌细胞胞内信号流动方向，对癌细胞多种“恶性”行为进行有效干预。相关研究成果在线发表于9月5日的英国《自然·方法学》上。
10月12日，《科学·转化医学》杂志在线出版了一篇研究结果。由美国加州大学伯克利分校、犹他大学医学院等机构研究人员组成的研究小组，使用CRISPR-Cas9基因编辑技术，成功修复了镰状细胞病患者造血干细胞中的致病突变基因，向治疗该病迈出关键一步，同时也为治疗β-地中海贫血症、重症联合免疫缺陷甚至艾滋病等多种疾病指明了新方向。
10月18日，来自英国剑桥大学的研究人员和他们的合作研究者对一种CRISPR基因编辑技术进行改进研究，并利用它发现急性髓性白血病（AML）的新的治疗靶标。在他们的研究
成果中鉴定出大量基因可能作为抗AML疗法的潜在靶标，与此同时描述了抑制这些基因中的一种，即KAT2A，破坏AML细胞的机制，以及怎样的操作可以同时不会伤害非白血病血细胞。
加州大学旧金山分校、Gladstone研究所的研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，找到了能够增强T淋巴细胞防御HIV病毒入侵的基因突变。他们以CRISPR变体为基础，构建了一个高通量基因编辑平台。借助这一平台，他们可以检测不同的基因突变对免疫系统防御HIV病毒能力的影响值。他们以捐赠的人类免疫细胞为模型，利用这一新体系在体外快速编辑T细胞候选基因，旨在加快治愈艾滋病的进程。相关研究成果于10月25日发表在Cell子刊《Cell Reports》。
10月26日， Nature Communications杂志发表了由卡内基·梅隆大学和耶鲁大学的科学家开发的新一代基因编辑系统研究成果。该系统成功地治愈了活体小鼠的遗传性血液疾病，过程仅使用了一个简单的静脉治疗。与流行的CRISPR基因编辑技术不同，新技术可用于活体动物，并显著降低了不必要的、目标基因之外的突变发生。该研究成果为β-地中海贫血以及镰状细胞病等血液疾病提供了新的治疗思路。
11月16日的Nature杂志上发表了一项研究成果。Salk研究院，广州医科大学等处的研究人员第一次发现基因编辑技术可以在非分裂细胞靶定位置上插入DNA，这种技术被证明可以部分恢复失明啮齿类动物的视觉反应，这将为基础研究和许多临床治疗，如针对视网膜、心脏和神经系统的疾病打开了一扇新的窗口。
11月29日，发表在Development 上题为“Optimized inducible shRNA and CRISPR/Cas9 platforms for in vitro studies of human development using hPSCs”的一项研究中，Wellcome Trust Sanger 研究所和剑桥大学的科学家们创造了一种更高效、可控的CRISPR基因组编辑平台--sOPTiKO。研究证实，这一单步系统（single-step system）能够在机体的每一种细胞以及发育的每一个阶段中发挥作用。
近期，宾夕法尼亚大学Perelman医学院的研究人员，首次开发出一种双基因治疗方法，将一个CRISPR/Cas9介导的基因打靶系统的关键部件，传递到小鼠体内来血友病B。本研究第一作者、宾州大学基因治疗项目（GTP）的副教授王丽丽（音译，Lili Wang）博士说“基本上，我们能治愈小鼠。”他们的这项研究将提交到12月3日到6日举行的第五十八届美国血液学会会议。
在一项新的研究中，通过采用下一代测序（NGS）技术，来自美国福克斯蔡斯癌症中心（Fox Chase Cancer Cente）的 Christoph Seeger、Ji A Sohn和同事们确定了在Cas9切割和基于非同源末端连接（NHEJ）的修复后，HBV cccDNA所发生的完整突变谱。他们发现，90%以上的乙肝病毒DNA都能被Cas9切割。此外，研究结果还表明，在Cas9切割后对HBV DNA进行基因编辑的效率是在对被HBV感染的细胞进行α干扰素（IFN-α）处理后发生的APOBEC蛋白介导的胞嘧啶脱氨基作用的1500倍以上。研究还发现，以前用来检测DNA胞嘧啶脱氨基作用的3D-PCR方法方法高估了发生基因编辑的HBV DNA的数量和频率。
总之，研究人员证实CRISPR/Cas9系统是迄今为止在功能上让HBV cccDNA失活和提供一种慢性乙肝治愈疗法的最好途径。
来自麻省理工学院-哈佛医学院Broad研究所和麻省理工学院McGovern脑研究所的研究人员，设计改造了革命性的CRISPR-Cas9基因编辑系统，大大减少了“脱靶”编辑错误。这一完善的技术解决了使用基因组编辑时面对的一个主要技术问题。
CRISPR-Cas9系统是通过对细胞的DNA进行精确地靶向修饰来发挥作用。借助于与靶位点序列相匹配的一段短RNA分子，Cas9蛋白可改变指定位点的DNA。尽管Cas9能够高度有效地切割它的靶位点，这一系统有一个主要的缺点：就是一旦进入到细胞中，它可以结合并切割额外的非目标位点。这有可能会造成意外的编辑，完全改变基因表达或是敲除掉某一基因，导致癌症形成或其他的问题出现。
在发表于《科学》（science）杂志上的一篇新研究论文中，张锋（Feng Zhang）和同事们报告称，在构成化脓性链球菌Cas9酶的约1，400个氨基酸中，他们通过改变3个氨基酸将“脱靶编辑”显着减少至无法检测到的水平。
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