基本原理:CRISPR簇是壹個特殊的DNA重復序列家族，廣泛存在於細菌和古細菌的基因組中。它的序列由壹個前導序列、幾個短且高度保守的重復序列和幾個間隔區組成。
前導區壹般位於CRISPR簇的上遊，是壹個富含AT的區域，長度為300 ~ 500 BP，被認為是CRISPR簇的啟動子序列。重復序列區長度為21 ~ 48bp，含有回文，可形成發夾結構。
CRISPR-Cas9的機制可以分三個階段來理解。
1，第壹階段:獲取CRISPR的高度可變間隔區(捕獲外源DNA，登記“黑名單”)。
CRISPR高可變間隔區的獲得，實際上是指外源入侵噬菌體或質粒DNA的壹段短DNA序列整合到宿主細菌的基因組中，整合位置位於Cr rspr 5’端的兩個重復序列之間。
2.第二階段:CRIPSR位點的表達(包括轉錄和轉錄後成熟)。
CRISPR序列在前導區的控制下轉錄產生前crRNA(crRNA的前體)，同時，與前crRNA序列互補的tracrRNA(反式激活的crRNA)也被轉錄。前crRNA通過堿基互補配對與tracrRNA形成雙鏈RNA，並與Cas9編碼的蛋白質組裝成復合物。
3.第三階段:發揮CRISPR/Cas系統的活性(靶向幹擾)。
最終由crRNA、Cas9和tracrRNA組成的復合物就像壹枚制導導彈，可以精確攻擊入侵者的DNA。該復合體將掃描整個外源DNA序列，並識別與crRNA互補的原始間隔序列。
CRISPR-Cas9的廣泛應用；
淘汰
Cas9可以切割目標基因組，形成DNA雙鏈斷裂。正常情況下，細胞會利用高效的非同源末端連接(NHEJ)來修復斷裂的DNA。但在修復過程中，通常會發生堿基插入或缺失的錯配，導致移碼突變，使目的基因失去功能，從而實現基因敲除。
基因抑制和基因激活:
Cas9的特點是能獨立結合和切割靶基因，Cas9的兩個結構域RuvC-和HNH-通過點突變失活。形成的dCas9只能在sgRNA的介導下與靶基因結合，而不具有切割DNA的功能。
因此，將dCas9與基因的轉錄起始位點結合，可以阻斷轉錄的啟動，從而抑制基因表達；將dCas9結合到基因的啟動子區域也可以結合轉錄抑制劑/激活劑，從而抑制或激活下遊靶基因的轉錄。因此，dCas9與Cas9和Cas9 nickase的區別在於，d Cas9引起的激活或抑制是可逆的，不會引起基因組DNA的永久性改變。