基因组DNA序列构成生命的蓝图，其变异对任何物种的适应都必不可少，但成千上万DNA碱基的改变会致病。经过几十年的遗传学和分子生物学研究，在纠正这种突变的基因组编辑工具方面取得了巨大进展。
人类很早就有改变基因甚至遗传源的基因工程技术。最初的基因组工程是依靠自然变异和人工选择育种。现代玉米是多年前由其野生祖先经人工选择改造而成的。后来认识到DNA序列塑造生命，就用辐射或化学物质等诱变剂增强和加速进化。
基因编辑技术原理
目前改变进化最前沿的工具是CRISPR-Cas9基因组编辑工具。在该系统中，酶Cas9用定制的RNA向导链搜索DNA序列，在人类细胞中切割DNA。
图1基因组编辑的原理和演变。a,在传统的基因组编辑中，Cas9酶被向导RNA链引导到基因组中的特定位置，断裂双链；宿主细胞的DNA修复机制在模板DNA的引导下修复断裂，将模板序列整合到双链上。b,碱基编辑的方法中，只产生单链断裂的Cas9与脱氨酶一起工作；脱氨酶化学修饰特定的DNA碱基，在本例中胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U），然后DNA修复缺口并将鸟嘌呤-尿嘧啶（G-U）中间体转化为腺嘌呤-胸腺嘧啶（A-T）碱基对。该方法比方法a更精确，但仅能做单核苷酸编辑。c,Anzolone等人用基本编辑（primeediting），能精确地编辑DNA序列：一个产生缺口的Cas9和一个逆转录酶产生缺口DNA，其中并入与向导RNA链相对应的序列，原有DNA序列被切断后，修复断裂链，产生一个完全编辑的双链。
CRISPR-Cas9在生物医学领域引发了一场革命，让所有研究人员都可以进行基因组编辑。但最终它仅是只是一把切割DNA的奇特分子剪。由于切割DNA对细胞致命，有很多独立途径能做紧急修复。在基因组编辑的背景下，期望结果是由模板DNA引导修复，从而产生精确的基因编辑。基因组编辑的主要限制是大多数细胞更喜欢另一种机制，导致DNA模板被忽略，DNA两个断裂端粘合不完全。
过去几年的研究集中在从不准确编辑转向精确编辑。一种策略是编辑DNA，但不在螺旋中同时切割两条DNA链，因为双链同时断裂导致编辑不准确。里程碑是碱基编辑，仅切用割一条DNA链的Cas9酶与另一个酶结合，在缺口附近将一个特定DNA碱基转换为另一个碱基（图1b）。但去年有报告说，将DNA碱基C改为T的酶不仅作用于靶点，也随机改变了基因组中的其它相同位点，而检测的唯一方法是昂贵繁琐的全基因组测序。为了解决该问题，刘等在不测序全基因组的情况下找细菌和人类细胞中的非靶点突变。其中一种是将碱基编辑器插入细菌中，测试微生物对抗生素药物的耐药性，细菌产生抗药性频率越高，碱基编辑在抗药性基因中的DNA突变就越活跃。以该方法筛选了自然产生的酶和工程酶的各种酶，寻找不会导致过多的非靶向突变的高保真度碱基编辑酶。
由于像镰状细胞贫血症等遗传病由DNA的单碱基突变导致，因此碱基编辑对治疗这类疾病非常有吸引力。从刘和他的同事首次描述这项技术不到四年间，马萨诸塞州沃特敦市的非盈利生物资源库Addgene已经向数千个实验室分发了份碱基编辑工具。2月5日，刘与马萨诸塞州剑桥共同创立的BeamTherapeutics公司上市，募集到1.8亿美元。但碱基编辑技术仍有限制，因为需要修改不仅仅是单个DNA碱基。
去年，Anzalone及同事开发出一种叫基本编辑的技术，依赖于改良Cas9和逆转录酶组成的混合分子机器，前者只切割两条DNA链中的一条，后者在切割处安装新定制的DNA（图1c）。这种结合过程与酵母突变的自然过程相似，在酵母中与RNA序列相对应的DNA经逆转录酶被整合到基因组中。
临床试验应用进展
从发现微生物抵御病毒和其它入侵者的CRISPR-Cas9分子防御系统可以用来重写人类基因以来，仅仅过去了7年。从那时起，基因编辑就修改胚胎的潜力引起
