Основой технологии CRISPR-Cas служит система иммунитета бактерий, которую те используют для борьбы с вирусами. Комплекс CRISPR-Cas, состоящий из молекул белков и РНК, узнает последовательности вирусных нуклеиновых кислот и разрезает их в строго определенных участках, используя спейсер — участок РНК, точно подходящий к вирусной последовательности. Именно это делает систему невероятно полезным «молекулярным скальпелем».
Американские биохимики обратили внимание на «библиотеку» иммунной системы бактерии Escherichia coli, которая содержит нуклеотиды вирусов и может копироваться на РНК-молекулу CRISPR-Cas. Система CRISPR по сути является природным запоминающим устройством, которое исследователи попробовали изменить таким образом, чтобы она могла синтезировать носитель информации — плазмиду.
Исследователи модифицировали бактерии: в ответ на стимулы (присутствие меди в белковых комплексах, моносахарида фукозы) микробы синтезировали кольцевые фрагменты ДНК — плазмиды. Каждая плазмида стала той частью «магнитной ленты», которая кодировала определенное воздействие на бактерию.