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第三代基因编辑技术CRISPR/Cas9开启基因编辑新时代

1993年，第一代基因编辑技术ZFN技术出现，至今已发展二十余年。

2009年，第二代基因编辑技术TALEN技术问世。

2011年，ZFN和TALEN被Nature杂志评为2011年年度生物科技方法。

2012年，TALEN被Science杂志评为2012年十大突破之一。同年，第三代CRISPR/Cas系列技术出现。

2013年，CRISPR/Cas被Nature杂志列为2013年年度十大科技进展之一，基因编辑新时代开启。

从CRISPR/Cas系统讲起

CRISPR/Cas系统由CRISPR和Cas组成，该系统最初是在细菌体内发现的，是细菌用来识别和摧毁抗噬菌体和其他病原体入侵的防御系统。CRISPR/Cas系统的组成主要包括：由不连续的重复序列（Repeats）与长度相似的间隔区序列S（Spacers）间隔排列而成的CRISPR簇，前导序列L（Leader）以及一系列CRISPR相关蛋白基因Cas。Cas基因与CRISPR序列共同进化，形成了在细菌中高度保守的CRISPR/Cas系统。根据其基因序列及核心要素的不同，将不同物种中的CRISPR/Cas系统分成3种类型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型的标记基因是Cas3，Ⅱ型的标记基因是Cas9，Ⅲ型的标记基因是Cas10。Ⅱ型CRISPR/Cas系统结构相对简单，pre-crRNA的加工由Cas家族中的Cas9单独参与，被认为是最小的CRISPR/Cas系统，目前研究使用的主要为Ⅱ型CRISPR/Cas9系统，用于对靶细胞中特定基因的删除、添加、激活、抑制等修饰。

CRISPR/Cas9可对基因进行定点的精确编辑

CRISPR/Cas9是进行基因编辑的强大工具，可以对基因进行定点的精确编辑。在向导RNA（guide RNA，gRNA）和Cas9蛋白的参与下，待编辑的细胞基因组DNA将被看作病毒或外源DNA，被精确剪切。

以基因敲除为例，在待敲除基因的上下游各设计一条向导RNA（向导RNA1，向导RNA2），将其与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中，向导RNA通过碱基互补配对可以靶向PAM附近的目标序列，Cas9蛋白会使该基因上下游的DNA双链断裂。而生物体自身存在着DNA损伤修复的应答机制，会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因的敲除。如果在此基础上为细胞引入一个修复的模板质粒（供体DNA分子），细胞将按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变，实现基因的替换或者突变。对受精卵细胞进行基因编辑，并将其导入代孕母体中，可实现基因编辑动物模型的构建。

CRISPR/Cas9产业链尚未形成明确花费

中国CRISPR/Cas9行业产业链分为三个环节。产业链上游参与主体为CRISPR/Cas9技术原材料提供商。产业链中游参与主体是CRISPR/Cas9行业产品及服务提供商。CRISPR/Cas9技术最终应用于生物工业、生物农业和生物医药学等多个领域，落地于基因治疗、基因驱动、食品改良等多个场景。

中国CRISPR/Cas9行业专利花费主要集中在基础核心专利获取上

中国CRISPR/Cas9产业链上游包括实验试剂供应、实验耗材供应、实验器械供应和技术专利提供等。其中，技术专利是CRISPR/Cas9行业上游的重要组成部分。CRISPR/Cas9技术专利是CRISPR/Cas9基因编辑技术的核心资产。CRISPR/Cas9技术专利人张锋在申请专利保护后一直保持专利公开，因此中国CRISPR/Cas9行业参与者无需在CRISRP核心专利上大量花费。中国CRISPR/Cas9行业专利花费主要集中在基础核心专利获取上，如核酸酶和载体改造专利、模式动物专利等，该项花费范围在30-1,000万元人民币，占CRISPR/Cas9项目成本的50-80%。

CRISPR/Cas9服务和产品提供商主要以两大模式参与行业

CRISPR/Cas9服务提供者提供全方位基因编辑服务，并根据靶点数量收费。CRISPR/Cas9产品提供商，主要提供CRISPR/Cas9试剂盒、CRISPR/Cas9工程细胞，或是通过CRISPR/Cas9技术进行基因敲除的改良动物。

目前，CRISPR/Cas9服务和产品提供商主要以两大模式参与CRISPR/Cas9行业：

（1）辐射CRISPR/Cas9上游原材料和中游产品服务，此类型服务商代表包括：义翘神州、金斯瑞生物科技等；

（2）提供CRISPR/Cas9产品与服务，并开拓下游落地场景，此类型服务商以美国Edita Medicine、中国博雅辑因为主要代表。

下游市场覆盖生物工业、生物农业和生物医学三大领域

CRISPR/Cas9编辑技术的下游市场覆盖生物工业、生物农业和生物医学三大领域。其中，生物医学是全球CRISPR/Cas9行业的主要应用领域，其落地场景主要包括基因驱动、基因治疗和人类生殖。美国CRISPR/Cas9技术在生物医学行业应用所形成的市场规模占整体CRISPR/Cas9市场规模的56.3%，中国CRISPR/Cas9技术在生物医学领域的应用则占37.3%。CRISPR/Cas9技术在生物农业上的应用发展可观，相比使用转基因技术，使用CRISPR/Cas9技术对动物和植物进行改良的安全性更高。

应用前景广阔，市场规模迅速扩张

2016年，中国CRISPR/Cas9行业开始起步，并以其技术优势和广阔的应用前景快速发展。2016-2018年，中国CRISPR/Cas9行业市场规模（按销售额统计）从9.7亿元人民币增长至24.8亿元人民币，年复合增长率高达59.6%。预计未来随着CRISPR/Cas9行业发展不断成熟，CRISPR/Cas9行业将保持稳定增长趋势。

CRISPR/Cas9行业发展可期

技术优势明显

CRISPR/Cas9技术起源于2012年，是目前生物科技领域最新的、发展最快的基因编辑技术。对比起源较早的TALEN技术和ZFN技术，CRIPSR/Cas9基因编辑技术凭借靶向精确、脱靶率低、细胞毒性低、廉价便宜等特点，自问世便受到广大生物科技行业的追捧。

在CAR-T疗法的制备中至关重要

CRISPR/Cas9技术在CAR-T疗法的制备中至关重要：（1）可提高CAR-T疗法的制备效率；（2）可增强CAR-T细胞功能；（3）可提高CAR-T细胞治疗功效。伴随CAR-T行业的不断发展，CRISPR/Cas9技术重要性不断提升，CRISPR/Cas9行业发展前景乐观。

提高Cas9蛋白的特异性是技术发展方向

从技术角度分析，CRISPR/Cas9技术对比TALEN技术和ZFN技术，具有靶向精确、脱靶率低、细胞毒性低、廉价简便等特点，但其靶区前无PAM序列则不能切割、特异性不高、容易造成脱靶现象等缺点仍不可忽略，CRISPR/Cas9技术仍有可完善、提升的空间。增强Cas9蛋白对PAM序列的识别能力，提高靶向序列与Cas9蛋白结合的竞争力，提高与靶点结合的效率，同时减少脱靶效应，将是今后CRISPR/Cas9技术的趋势。

深度见解：CRISPR/Cas9拥有庞大的潜在需求群体，发展空间大

CRISPR/Cas9作为最新一代的基因编辑工具，在靶向基因修饰、细胞毒性表现上均优于前两代基因编辑技术，自问世便受到广大生物科技的追捧，其在医疗、农业、环境等领域广阔的应用前景也吸引不同业态企业进入CRISPR/Cas9市场。

CRISPR/Cas9技术优势明显，发展前景可观。CRISPR/Cas9技术起源于2012年，是目前生物科技领域最新的、发展最快的基因编辑技术。对比起源较早的TALEN技术和ZFN技术，CRIPSR基因编辑技术具有靶向精确、脱靶率低、细胞毒性低、廉价便宜等特点。

CRISPR/Cas9技术是多项热门疗法的关键技术环节。CRISPR/Cas9技术可在CAR-T细胞治疗制备过程中提供技术支持，如提高CAR-T细胞制备效率、增强CAR-T细胞功能、提高CAR-T细胞治疗功效等。伴随CAR-T行业的不断发展，CRISPR/Cas9技术重要性不断提升，CRISPR/Cas9行业发展前景乐观。