Bacteria and archaea have evolved adaptive immune defenses, termed clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated (Cas) systems, that use short RNA to direct degradation of foreign nucleic acids. Here, we engineer the type II bacterial CRISPR system to function with custom guide RNA (gRNA) in human cells. For the endogenous AAVS1 locus, we obtained targeting rates of 10 to 25% in 293T cells, 13 to 8% in K562 cells, and 2 to 4% in induced pluripotent stem cells. We show that this process relies on CRISPR components; is sequence-specific; and, upon simultaneous introduction of multiple gRNAs, can effect multiplex editing of target loci. We also compute a genome-wide resource of ~190 K unique gRNAs targeting ~40.5% of human exons. Our results establish an RNA-guided editing tool for facile, robust, and multiplexable human genome engineering.

Unique DNA sequences can be determined directly from mouse genomic DNA. A denaturing gel separates by size mixtures of unlabeled DNA fragments from complete restriction and partial chemical cleavages of the entire genome. These lanes of DNA are transferred and UV-crosslinked to nylon membranes. Hybridization with a short 32P-labeled single-stranded probe produces the image of a DNA sequence "ladder" extending from the 3' or 5' end of one restriction site in the genome. Numerous different sequences can be obtained from a single membrane by reprobing. Each band in these sequences represents 3 fg of DNA complementary to the probe. Sequence data from mouse immunoglobulin heavy chain genes from several cell types are presented. The genomic sequencing procedures are applicable to the analysis of genetic polymorphisms, DNA methylation at deoxycytidines, and nucleic acid-protein interactions at single nucleotide resolution.

Nanorobots Deliver DNA aptamers are short strands that have high binding affinity for a target protein that can be used as triggers for releasing cargo from delivery vehicles. Douglas et al. (p. 831 ) used this strategy to design DNA origami “nanorobots”—complex shaped structures created by manipulating a long DNA strand through binding with shorter “staple” strands—that could deliver payloads such as gold nanoparticles or fluorescently labeled antibody fragments. These nanorobots were designed to open in response to specific cell-surface proteins, releasing molecules that triggered cell signaling.

In vivo barcoding using nuclease-induced mutations is a powerful approach for recording biological information, including developmental lineages; however, its application in mammalian systems has been limited. We present in vivo barcoding in the mouse with multiple homing guide RNAs that each generate hundreds of mutant alleles and combine to produce an exponential diversity of barcodes. Activation upon conception and continued mutagenesis through gestation resulted in developmentally barcoded mice wherein information is recorded in lineage-specific mutations. We used these recordings for reliable post hoc reconstruction of the earliest lineages and investigation of axis development in the brain. Our results provide an enabling and versatile platform for in vivo barcoding and lineage tracing in a mammalian model system.

Regulatory gaps must be filled before gene drives could be used in the wild