CRISPR/Cas系統是原核生物的一種天然免疫系統，存在于大多數細菌和古生菌中。原核生物在遭到病毒入侵后，能夠把病毒DNA的一小段提取出來并存儲到自身基因組上的特定區域， 我們把這個區域稱為CRISPR存儲空間。當再次遇到病毒入侵時，原核生物能夠根據存儲的DNA片段識別病毒，將病毒的DNA切斷而使之失效。目前應用*泛的CRISPR/Cas系統是來源于釀膿鏈球菌 (Streptococcus pyogenes) 的CRISPR/Cas9系統。

       天然的CRISPR-Cas9系統由三部分組成：SpCas9 (以下簡稱Cas9)、crRNA、tracrRNA。為了方便實驗設計以及提高gRNA的穩定性，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier將crRNA和tracrRNA融合成一條RNA，并把其稱為sgRNA (single-guide RNA)，見下圖。

       改造后的CRISPR/Cas9系統成為研究者做基因編輯的有利工具。Cas9蛋白要成功識別目標序列必須滿足兩個條件：(1) sgRNA的5'端20 nt和靶DNA之間堿基配對；(2) 靶DNA的3'端有合適的PAM序列。CRISPR/Cas9切割目標DNA后產生DSB (雙鏈斷裂)，DSB是一切基于核酸內切酶的基因編輯的基礎，CRISPR/Cas9因為只需要改變sgRNA的5'端序列即可重編程Cas9的序列特異性，設計和操作十分方便。

CRISPR-Cas9技術優勢

1. 效率高：可精確編輯基因組，編輯效率高

2. 周期短：構建和使用極為方便，極大降低了實驗難度，縮短實驗周期

3. 廣譜性：無基因、細胞及物種限制

4. 多重編輯能力：可實現多個靶位點同時進行基因打靶

5. 功能豐富：可實現敲除、插入、抑制、激活等多種目的基因