Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier begegneten einander erstmals im März 2011 auf einer Konferenz in Puerto Rico. Doudna leitete in Berkeley ein Labor für Strukturbiologie und erforschte RNA; Charpentier war Mikrobiologin in Umeå und untersuchte das adaptive Immunsystem, das Bakterien gegen Viren entwickelt hatten. Bakterien sammeln in einem Genomabschnitt namens CRISPR Schnipsel viraler DNA und nutzen sie über das Protein Cas9, um bei einer späteren Infektion passende virale DNA zu erkennen und zu schneiden. Was Doudna und Charpentier erkannten — und 2012 prüften —, war, dass sich das CRISPR-Cas9-System durch Änderung der Leit-RNA so umprogrammieren lässt, dass es jede beliebige DNA-Sequenz schneidet. Binnen eines Jahres hatte das Labor von Feng Zhang am Broad Institute Cas9 an Säugetier- und Menschenzellen angepasst. Doudna und Charpentier teilten sich den Nobelpreis 2020.
CRISPR-Cas9 ist eine programmierbare molekulare Schere. Das System hat zwei funktionale Bestandteile: das Enzym Cas9 (eine Nuklease, die beide DNA-Stränge an der angesteuerten Stelle durchtrennt) und eine Leit-RNA, die sich mit der Zielsequenz paart — etwa 20 Nukleotide lang und das Einzige, was sich zwischen den Editierzielen ändert. Zusätzlich verlangt das System ein kurzes protospacer-benachbartes Motiv (PAM) unmittelbar hinter der Zielstelle. Hat Cas9 den Doppelstrang durchtrennt, übernimmt die zelleigene Reparaturmaschinerie. Die nichthomologe Endverknüpfung ist fehleranfällig — sie fügt die Schnittenden wieder zusammen, führt dabei aber meist kleine Einfügungen oder Verluste ein, die den Leserahmen stören und einen Knockout erzeugen. Die homologiegerichtete Reparatur nutzt eine Vorlage, um eine bestimmte Sequenz einzuschreiben — so entstehen präzise Edits —, ist aber um mehrere Größenordnungen ineffizienter und verlangt, dass sich die Zelle in der S/G2-Phase befindet, die zentrale Grenze der Technik. Das ursprüngliche Cas9 wurde umfassend weiterentwickelt. Baseneditoren (Labor von David Liu, 2016) verschmelzen ein katalytisch totes Cas9 mit einer Desaminase und wandeln eine Base in eine andere um, ohne zu schneiden. Prime-Editoren (Liu, 2019) dehnen den Ansatz mithilfe einer reversen Transkriptase auf kleine Einfügungen und Verluste aus. Cas13 zielt auf RNA. Die CRISPR-Diagnostik (SHERLOCK, DETECTR) nutzt kollaterale Spaltung, um bestimmte Sequenzen mit hoher Empfindlichkeit nachzuweisen (2020 folgte die FDA-Notfallzulassung für Covid-19). Das folgenreichste ethische Ereignis der Technikgeschichte war die Ankündigung von He Jiankui im November 2018, er habe mit CRISPR das CCR5-Gen in menschlichen Embryonen editiert, die eingesetzt und ausgetragen worden waren. Der Eingriff betraf die Keimbahn (an Nachkommen vererbt) und war medizinisch unnötig. Die internationale Wissenschaftsgemeinschaft verurteilte das Experiment einhellig; He wurde in China zu drei Jahren Haft verurteilt. Die Unterscheidung somatisch/Keimbahn kristallisierte sich heraus: Somatische Edits betreffen nur den behandelten Menschen; Keimbahn-Edits betreffen künftige Generationen, die nicht einwilligen können, und stehen faktisch unter einem internationalen Moratorium.
Die erste FDA-Zulassung einer CRISPR-Therapie kam am 8. Dezember 2023 — Casgevy, entwickelt von Vertex und CRISPR Therapeutics, gegen die Sichelzellkrankheit und die transfusionsabhängige Beta-Thalassämie. Die Therapie editiert die körpereigenen blutbildenden Stammzellen eines Patienten außerhalb des Körpers am BCL11A-Locus, um das fetale Hämoglobin wieder anzuschalten. Rund 35.000 US-Sichelzellpatienten kommen infrage; der Listenpreis liegt bei 2,2 Millionen Dollar. Dutzende Folgestudien laufen zu Transthyretin-Amyloidose, Duchenne-Muskeldystrophie, Chorea Huntington, erblicher Blindheit und verschiedenen Krebsarten über CAR-T-Ableger. Die In-vivo-Verabreichung bleibt die zentrale technische Hürde; Lipid-Nanopartikel funktionieren für Leberziele, AAV-Vektoren für viele Gewebe, aber die breite Spezifität ist ungelöst. Gene Drives — CRISPR-basierte Systeme, die sich selbst durch Wildpopulationen ausbreiten — könnten malariaübertragende Mücken binnen Jahren ausrotten; ihre Freisetzung im Feld bleibt umstritten.