CRISPR-Cas9 是RNA指导下的基因组编辑工具，来源于微生物，是微生物的免疫系统，可以切割外来的基因组。CRISPR-Cas9 由Cas9 蛋白和gRNA组成，gRNA能通过碱基互补配对识别目标DNA序列。在sgRNA 的指引下，，Cas9蛋白能识别双链DNA的特异性位点，并在位点处切割，使双链断裂，形成一个断裂位点。随后这样的双链断裂位点会通过2种方式修复： 1）nonhomologous end-joining (NHEJ)   2）homology-directed repair (HDR)  。 HDR需要供体DNA模版。NHEJ 的修复效率更高，但是错误率高且可能产生缺失突变（indel mutations），而HDR可以得到精确的编辑的基因，实现精确突变。

相对于传统的核酸酶，比如锌指核酸酶和类转录激活因子效应物核酸酶，CRISPR-Cas9 有几个特点或者优势。

1）CRISPR-Cas9 使用及设计更加简单，因为针对不同的目标位点，只要设计不同的sgRNA就可以，而不像锌指核酸酶那样， 还需要合成引导蛋白 。

2）只要提供不同的sgRNA， CRISPR-Cas9可同时作用于几个位点。

3）可以对野生型的Cas9 重新编码，得到没有活性的Cas9，当这样的Cas9结合到ranscriptional modifiers 时，就会对目标基因的表达进行调节。

(a) CRISPR位点  

(b)在sgRNA 的引导下，Cas9protein 切割目标双链DNA。

(c)断裂的双链DNA断裂位点通过2中方式得到修复：NHEJ 和 HDR 。NHEJ 虽然效率高，但是容易产生误差，且可能产生indel mutations 。而HDR能提供精确的基因编辑。