经简化改造的CRISPR系统由核酸内切酶Cas9和gRNA ( Guide RNA, gRNA ) 两部分组成。Cas9能识别并结合基因组上的原间隔序列临近基序 ( Protospacer adjacent motif, PAM ) 并形成DNA双链解旋，与此同时gRNA的crRNA部分能与PAM上游序列成功互补配对，Cas9将激活其核酸内切酶活性，在PAM上游特定位置形成双链DNA断裂 ( Double strand break, DBS ) 。DBS可激活细胞的DNA损伤修复机制，非同源性末端结合( Non-homologous End Joining, NHEJ ) 或同源重组介导的修复 ( Homologydirected repair, HDR ) 。NHEJ，即易错修复，会在修复位点引起随机插入或缺失，造成移码突变，使得基因不再表达，由此形成基因敲除。HDR，即准确修复，能借助外源引入的单链或双链DNA为模板介导基因替换或插入，这种方式可以将一段DNA序列准确地插入特定的基因组位点，由此完成基因敲入或替换。