Genome editing merupakan tool molekuler yang dipopulerkan oleh dua srikandi yaitu Jennifer Doudna (UC Berkeley) dan Emmanuelle Charpentier (Max Planck Institute) serta Feng Zhang dan George Church (MIT). 

Pertama kali dipublikasikan dengan judul A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity  di jurnal Science pada tahun 2012 yang dideteksi pada Streptococcus pyogenes. 

Makalah mereka telah mengubah perspektif mengenai gunting molekuler yang sangat prospektif dan merevolusi dunia biologi untuk selamanya. CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) sangat menjanjikan sekaligus menimbulkan pertanyaan etik.  

CRISPR memiliki dua komponen : pertama adalah sebuah enzim bernama Cas9 yang berfungsi sebagai gunting molekuler untuk memotong DNA. Di alam enzim ini digunakan oleh bakteri untuk menghilangkan kode genetik dari virus yang menginvasi mereka.

Kedua, yaitu RNA-guide yang memandu gunting molekuler ke nukleotida yang tepat. Dua komponen ini bekerjasama secara akurat dan ilmuwan dapat mengganti bagian apapun dalam genome bahkan pada gen yang dianggap tidak diinginkan. 

Untuk mengganti gen yang dianggap tidak diinginkan atau rusak, maka akan diganti dengan nukleotida yang sudah satu paket pada kit CRISPR-Cas9.

Sebenarnya, manfaat CRISPR pertama kali ditunjukkan secara eksperimental oleh Rodolphe Barrangou dan tim peneliti di Danisco, sebuah perusahaan bahan makanan. 

Dalam sebuah makalah 2007 yang diterbitkan dalam jurnal Science, para peneliti menggunakan bakteri Streptococcus thermophilus, yang umumnya ditemukan dalam yogurt dan kultur susu lainnya, sebagai model mereka. Mereka mengamati bahwa setelah serangan virus, spacer baru dimasukkan ke wilayah CRISPR. 

Selain itu, urutan DNA dari spacer ini identik dengan bagian-bagian genom virus. Mereka juga memanipulasi spacer dengan mengeluarkannya atau membuat urutan DNA virus baru.

Dengan cara ini, mereka dapat mengubah resistensi bakteri terhadap serangan oleh virus tertentu. Dengan demikian, para peneliti mengkonfirmasi bahwa CRISPR berperan dalam mengatur kekebalan bakteri.

Sistem CRISPR yang lebih sederhana terdapat pada Streptococcus pyogenes yang mengandalkan protein Cas9. Endonuclease Cas9 adalah sistem empat komponen yang mencakup dua molekul RNA kecil bernama CRISPR RNA (crRNA) dan  trans-activating CRISPR RNA (tracrRNA). 

Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier merekayasa ulang Cas9 endonuclease menjadi sistem dua komponen yang lebih mudah dikelola dengan menggabungkan dua molekul RNA menjadi "single-guide RNA".

Dimana ketika dikombinasikan dengan Cas9, dapat menemukan dan memotong target DNA yang ditentukan oleh RNA-guide. Dengan memanipulasi urutan nukleotida RNA-guide, sistem Cas9 buatan dapat diprogram untuk menargetkan setiap sekuen DNA untuk pembelahan. 

Kelompok kolaborator lain yang terdiri dari Virginijus Šikšnys bersama dengan Gasiūnas, Barrangou dan Horvath menunjukkan bahwa Cas9 dari sistem S. thermophilus CRISPR juga dapat diprogram ulang untuk menargetkan situs yang mereka pilih dengan mengubah urutan crRNA-nya. 

Kemajuan ini memicu upaya untuk mengedit genom dengan sistem CRISPR-Cas9 yang dimodifikasi.

Kelompok Feng Zhang dan George Church secara bersamaan melakukan pengeditan genom dalam kultur sel manusia menggunakan CRISPR-Cas9 untuk pertama kalinya. 

Studi mereka menggunakan in vitro (laboratorium) dan model hewan pada penyakit manusia dan telah menunjukkan bahwa teknologi ini bisa efektif dalam memperbaiki cacat genetik. Contoh penyakit tersebut termasuk cystic fibrosis, katarak dan anemia fanconi.

Menurut sebuah artikel ulasan tahun 2016 yang diterbitkan dalam jurnal Nature Biotechnology. Studi-studi ini membuka jalan bagi aplikasi terapi pada manusia. Sejak saat itu tool ini telah digunakan dalam berbagai organisme.

CRISPR telah dimodifikasi untuk membuat faktor transkripsi yang dapat diprogram yang memungkinkan para ilmuwan untuk menargetkan dan mengaktifkan atau membungkam gen tertentu. 

Sistem CRISPR-Cas9 telah terbukti membuat pengeditan gen yang efektif dalam zigot tripronuklear Manusia yang pertama kali dijelaskan dalam makalah 2015 oleh para ilmuwan Cina P. Liang dan Y. Xu. 

Sistem ini membuat pembelahan sukses pada mutan Beta-Hemoglobin (HBB) di 28 dari 54 embrio. 4 dari 28 embrio berhasil dikombinasi ulang menggunakan template donor yang diberikan oleh para ilmuwan. 

Para ilmuwan menunjukkan bahwa selama rekombinasi DNA untai yang dibelah, urutan endogen homolog HBD bersaing dengan template donor eksogen. Perbaikan DNA dalam embrio manusia jauh lebih rumit dan spesifik daripada stem cells yang diturunkan.

Sebelumnya, Pendekatan lain untuk modifikasi genome yang ditargetkan menggunakan zinc-finger nucleases (ZFNs) dan transcription-activator like effector nucleases (TALENs).

Dua tools ini memungkinkan peneliti untuk menghasilkan mutasi permanen dengan memperkenalkan jeda berganda untuk mengaktifkan jalur perbaikan. Namun pendekatan ini mahal dan memakan waktu untuk merekayasa, membatasi penggunaannya secara luas, khususnya untuk studi berskala besar.

Kini CRISPR-Cas9 menjadi perdebatan dalam bidang bioetik karena banyak ilmuwan menggunakannya untuk studi pada mammalia dan sel manusia. 

Namun Genome editing CRISPR-Cas9 telah menjadi primadona di lab-lab seluruh dunia, dan dianggap menjadi penemuan paling penting abad 21 dan terbesar di bidang biologi setelah penemuan struktur DNA 60 tahun yang lalu. Diaplikasikan untuk riset kesehatan, pangan, pertanian, dan energi serta antariksa.