在两项新的研究中，研究人员证实他们能够利用 CRISPR -Cas9 系统剔除一种数量巨大的细胞群体中每个细胞内的一种不同基因来研究基因组中的所有基因，随后观察哪些细胞在不同条件下增殖。这两项研究均于 2013 年 12 月 12 日在线发表在《Science》期刊上。
        自从人类基因组计划---鉴定出将近 2 万蛋白编码基因---完成以来，科学家们一直试图揭示这些基因的作用。由美国麻省理工学院、布罗德研究所和怀特海德生物医学研究所开发出的一种新方法允许研究人员一次性研究整个基因组的新方法而应当会加快这个过程。
        这种被称作 CRISPR 的新方法允许研究人员永久性地和选择性地剔除细胞DNA中的基因。在两项新的研究中，研究人员证实他们能够通过剔除一种数量巨大的细胞群体中每个细胞内的一种不同基因而研究基因组中的所有基因，随后观察哪些细胞在不同条件下增殖。这两项研究均于2013年12月12日在线发表在Science期刊上，论文标题分别为“Genetic Screens in Human Cells Using the CRISPR /Cas9 System”和“Genome-Scale CRISPR -Cas9 Knockout Screening in Human Cells”。第一篇论文通信作者为 David Sabatini 教授和 Eric Lander 教授，第二篇论文通信作者为 Feng Zhang 助理教授。
         在第一篇论文而言，Sabatini 说，“如今根据这项研究，在哺乳动物细胞中进行系统新基因筛选是可行的。这将极大地有助理解蛋白编码基因和非编码性遗传因子的功能。”
利用这种方法，研究人员能够鉴定出允许黑色素瘤细胞增殖的基因和让它们对某些化疗药物产生耐受性的基因。这些研究通过揭示出癌细胞存活所依赖的基因而可能有助科学家们开发出靶向癌症疗法。
        在第二篇论文中，Zhang 通过利用一种识别和切断病毒 DNA 的细菌蛋白而开发出这种 CRISPR 方法。这种被称作 Cas9 的蛋白经过短片段 RNA 分子（也被称作向导 RNA）招募后，能够结合到靶DNA上并进行切割。通过改变向导RNA的序列，这种DNA编辑复合体就能够哪些基因遭受破坏进行非常精确的控制。
       Zhang 说，“我们认识到的一种事情就是人们能够利用一端短的核酸链轻松地对这些酶进行编程。这篇论文正是利用这一点而证实人们能够将研究规模放大化，对整个基因组进行研究。”
全基因组筛选
        在第二篇论文中，Zhang 和同事们构建出靶向几乎每个已知基因的大约 6.5 万种向导 RNA 组成的文库。他们将编码这些向导 RNA 的基因与编码 CRISPR 复合体的基因一起运送到人细胞中。每个细胞获取一种向导 RNA，由这种向导 RNA 靶向的基因被剔除。如果缺失的这种基因是细胞存活所必需的，那么该细胞就会死亡。
这种方法能够让研究人员鉴定出两种细胞群体---癌细胞和多能性干细胞---存活所必需的基因。他们也鉴定出黑色素瘤细胞经化疗药物维罗非尼（vemurafenib）治疗仍然能够存活下来所必需的基因。
        而在第一篇论文中，Sabatini、Lande r和他们的研究团队靶向数量较少的由大约7千种基因组成的一组基因，不过他们为每个基因设计出更多的向导 RNA 序列。他们期待每种向导RNA序列同样好地阻断它的靶基因，但是他们发现携带靶向相同基因不同向导RNA的细胞具有不同的存活率。
这就提示着不同向导 RNA 分子之间存在内在性差异，从而导致切割基因组 DNA 的效率存在差异。
根据这些数据，研究人员推断出一些似乎控制 CRISPR-Cas9 系统切割效率的规则。他们然后利用这些规则构建出一种算法，利用这种算法能够预测靶向一种给定基因的最为成功的向导 RNA 序列。
        这两篇论文一起证实 CRISPR -Cas9 极其适合作为一种在全基因组范围内揭示哺乳动物生物学机制的工具。
高效的替代性选择
        研究人员说，这种 CRISPR 方法能够提供一种除 RNA 干扰（RNAi）之外的更加高效和可靠的替代性选择。RNAi 通过运送被称作 shRNA 的短 RNA 链来发挥作用，其中 shRNA 摧毁 mRNA。RNAi 的不足之处在于它靶向 mRNA 而不是 DNA，因此它不可 能100% 剔除基因。Zhang 说，“ CRISPR 能够完全地剔除细胞中的一种给定蛋白，而 shRNA 只是降低它的表达水平，但是从不会达到完全剔除。”
        在未来，研究人员计划通过剔除肿瘤抑制基因 如BRCA1 来对恶性肿瘤细胞进行全基因组筛选。如果科学家们能够发现哪些基因是这些细胞存活所必需的，那么他们可能能够开发出癌症高度特异性的药物。这种策略也可能被用来鉴定出哪些基因是对现存的化疗药物产生耐受性的肿瘤细胞存活所必需的，从而开发出反击这些肿瘤细胞的药物。
        研究人员也希望利用这种 CRISPR -Cas9 系统研究基因组中绝大部分不编码蛋白的DNA序列功能。第二篇论文第一作者Neville Sanjana 说，“人类基因组中只有 2% 是编码蛋白的 DNA 序列。这就是这两篇论文重点研究的对象，但是剩余的 98% 长期以来被认为是暗物质。”