Campylobacter spp., principalmente as espécies C. coli e C. jejuni, são a causa mais comum de doença bacteriana veiculada por alimentos na Europa, Estados Unidos e alguns outros locais do mundo. No Brasil, há uma escassez de estudos de C. coli, o que dificulta avaliar a dimensão do envolvimento dessa bactéria como causadora de doença nos seres humanos e em animais, bem como, determinar o impacto de sua presença em alimentos e no meio ambiente. O objetivo desse trabalho foi caracterizar molecularmente linhagens de C. coli isoladas de origens diversas no Brasil pela pesquisa da presença de genes relacionados à virulência por PCR, perfil de sensibilidade a antimicrobianos e pela análise da similaridade genotípica por métodos de tipagem molecular. Adicionalmente, o Índice de Discriminação (D) de tais metodologias foi verificado. Foram estudadas 63 linhagens de C. coli, isoladas de humanos (12), animais (21), alimentos (10) e ambiente (20), entre os anos de 1995 e 2011, nos Estados do Rio de Janeiro, São Paulo e Minas Gerais. Todas as linhagens apresentaram os genes flaA, cadF e sodB. O gene cdtB foi detectado em 20 (31,7%) linhagens, o gene flhA foi detectado em 11 (17,5%) linhagens, o gene dnaJ foi encontrado em 10 (15,9%) linhagens, o gene pldA foi detectado em sete (11,1%) linhagens, o gene iamA foi detectado em três (4,8%) linhagens, os genes cdtC e docA foram encontrados em duas (3,2%) linhagens, os genes cdtA e crsA foram encontrados em uma (1,6%) linhagem e os genes ciaB, wlaN, virB11 e racR não foram detectados. Dentre as 63 linhagens estudadas, 42 foram susceptíveis a todos os antimicrobianos testados. Das 21 linhagens resistentes, 10 (15,9%) foram resistentes a tetraciclina e doxaciclina, seis (9,5%) foram resistentes a ciprofloxacina e uma (1,6 %) foi resistente a eritromicina. Somente quatro (6,3%) linhagens foram resistentes a pelo menos duas diferentes classes de antibióticos testados simultaneamente. O dendrograma de similaridade genética de Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) agrupou as 63 linhagens estudadas em dois grupos principais denominados PFGE-A e PFGE-B com similaridade genômica de 44,9% entre eles. Entretanto, algumas linhagens isoladas de humanos, animais, ambiente e alimentos apresentaram uma alta similaridade genotípica acima de 80% entre elas e, foram agrupadas em sete subgrupos denominados PFGE-A1 a PFGE-A7. O dendrograma de similaridade genômica das sequências da SVR do gene flaA agrupou as linhagens ii estudadas em dois grupos principais designados SVR-A e SVR-B, com similaridade acima de 83,1 % entre eles. Ademais, o depósito das sequências da SVR do gene flaA no banco de dados online demonstrou que os alelos 30 e o 1647 foram os mais frequentemente encontrados e permitiu a comparação das linhagens estudadas com os alelos descritos no banco de dados. Sete alelos, dentre os 22 encontrados, não haviam sido previamente descritos. A análise do locus CRISPR por HRMA dividiu as linhagens de C. coli em quatro diferentes perfis de melting. O Multilocus sequence typing (MLST) foi utilizado para tipar 20 linhagens de C. coli e foram obtidos 18 STs diferentes dos quais apenas dois já haviam sido previamente descritos. O D das metodologias de PFGE, sequenciamento da SVR do gene flaA, análise do locus CRISPR por HRMA e MLST foi de 0,986, 0,916, 0,550 e 0,989, respectivamente. Pode- se concluir que o potencial patogênico das linhagens de C. coli não foi evidenciado o que pode estar relacionado ao fato da maioria dos estudos envolvendo patogênese terem sido realizados para a espécie C. jejuni. Algumas linhagens apresentaram-se resistentes aos antimicrobianos testados, o que é preocupante uma vez que tais linhagens podem disseminar genes de resistência a outras isoladas de diversas fontes. Os resultados gerados pelos métodos de tipagem molecular por PFGE e sequenciamento da pequena região variável (SVR) do gene flaA demonstraram uma alta similaridade genotípica entre algumas linhagens de C. coli, sugerindo que uma possível contaminação tenha ocorrido entre linhagens isoladas de fontes clínicas e não clínicas ao longo de 16 anos no Brasil. Ademais, a análise dos alelos da SVR do gene flaA nos permitiu concluir que os alelos prevalentes nas linhagens estudadas diferem daqueles encontrados nos países Europeus. Os dados obtidos por MLST sugerem que as linhagens estudadas possuem uma grande diversidade genética entre si e em comparação com as linhagens isoladas em diferentes locais do mundo. Finalmente, as técnicas de MLST e PFGE foram as mais eficientes e adequadas na genotipagem das linhagens de C. coli estudadas. / Campylobacter spp., mainly the C. coli and C. jejuni species, are the most common cause of bacterial disease conveyed by food in Europe, United States, and other places worldwide. In Brazil, there is a paucity of studies on C. coli, which makes it difficult to evaluate the involvement of this bacterium as a cause of diseases in humans and animals, as well as to determine the impact of its presence in food and the environment. The aim of this study was to molecularly characterize C. coli strains isolated from diverse origins in Brazil by searching for the presence of virulence-related genes by PCR, antimicrobial sensitivity profile, and analysis of the genotypic similarity by molecular typing methods. Addicionaly, the Discriminatory Index (D) of those methodologies was acessed. Sixty-three C. coli strains isolated from humans (12), animals (21), food (10), and the environment (20) between 1995 and 2011, in the States of Rio de Janeiro, São Paulo, and Minas Gerais were studied. All strains presented the flaA, cadF and sodB genes. The cdtB gene was detected in 20 (31.7%) strains; the flhA gene was detected in 11 (17.5%) strains; the dnaJ gene was detected in 10 (15.9%) strains; the pldA gene was detected in 7 (11.1%) strains ; the iamA gene was detected in three (4.8%) strains; the cdtC and docA genes were found in two (3.2%) strains; the cdtA and crsA were found in one (1.6%) strain and the ciaB, wlaN, virB11 and racR genes were not detected. Among the 63 strains studied, 42 were susceptible to all antimicrobials tested. Of the 21 resistant strains, 10 (15.9%) were resistante to tetracycline and doxaciclyne, six (9.5%) showed resistance to ciprofloxacin, and one (1.6%) was resistant to erythromycin. Only four (6.3%) strains were simultaneously resistant to at least two different classes of the antibiotics tested. The dendrogram of genetic similarity of Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) grouped the 63 strains studied into two groups namely PFGE-A and PFGE-B with a genomic similarity of 44.9% among them. However, some strains isolated from humans, animals, the environment and food presented a high genotypic similarity above 80% and were subdivided into seven groups designated as PFGE-A1 to PFGE-A7. The dendrogram of genetic similarity of the SRV-flaA gene sequences grouped the strains studied into two groups namely SVR-A and SVR-B, with similarity above 83.1% among them. Besides, the deposit of the SVR sequences of the flaA gene in the online database showed that the alleles 30 and 1647 were the iv most frequently found and allowed the comparison between the strains studied with the alleles described in the database. Seven alleles, among the 22 found have never been described before. The CRISPR locus analysis divided the C. coli strains into four different melting profiles. The Multilocus sequence typing (MLST) was used to type 20 C. coli strains and revealed 18 different STs among which just two had been previously described. The D of PFGE, SVR- flaA sequence, HRMA of CRISPR locus analysis and MLST was 0.986, 0.916, 0.550 and 0.989, respectively. In conclusion, the pathogenic potential of the C. coli strains was not highlighted, which could be related to the fact that the majority of the pathogenicity studies were performed with C. jejuni species. Some strains showed resistance to the antibiotics tested what is a concern once those strains may spread the resistance genes to other strains isolated from different sources. The results obtained by PFGE and SVR-flaA sequence showed a high genomic similarity among some C. coli strains which may suggest that a possible contamination may have occurred among clinical and non-clinical sources during 16 years in Brazil. Furthermore, the analysis of SVR- flaA alleles allowed the conclusion that the prevalent alleles in the strains studied were different from those found in European countries. The data obtained by MLST suggests that the strains studied had a high genomic diversity among them and in comparison with strains isolated from different places worldwide. Finally, the MLST and PFGE technicques were the most efficient and adequate in genotyping the C. coli strains studied.

Campylobacter jejuni é a espécie bacteriana mais comumente relacionada como causa de gastroenterite em humanos em vários países. Porém, o isolamento e o estudo de C. jejuni não são muito frequentes no Brasil, o que dificulta avaliar a dimensão dessa bactéria como causadora de doença em humanos e animais, bem como, determinar o impacto de sua presença em alimentos e no meio-ambiente. O objetivo desse trabalho foi avaliar a diversidade genética por cinco diferentes técnicas de tipagem molecular, o potencial patogênico pela pesquisa de 16 genes de virulência por PCR e o perfil de resistência pela concentração inibitória mínima por Etest® frente a quatro antimicrobianos e pela análise in silico de genes de resistência e pontos de mutação de linhagens de C. jejuni isoladas no Brasil. Foram estudadas 121 linhagens de C. jejuni isoladas de humanos (51), animais (35), alimentos (33) e ambiente (02) nos estados de Minas Gerais, São Paulo, Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul, no período de 1996 a 2016. Todas as linhagens apresentaram os genes flaA, flhA, iamA, docA, ciaB, cdtA, cdtB, cdtC, racR, dnaJ, pldA, cadF, sodB e csrA. O gene wlaN foi detectado em 15 linhagens, e uma linhagem apresentou o gene virB11. Dentre as 121 linhagens estudadas, 68 linhagens foram resistentes a pelo menos um dos antimicrobianos testados. A resistência à ciprofloxacina, doxiciclina, tetraciclina e eritromicina foi observada em 43,8%, 34,7%, 34,7% e 4,9% das linhagens, respectivamente. O dendrograma de similaridade genética de Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) agrupou as 121 linhagens estudadas em três grupos com similaridade genômica de 46,9% entre eles. Apesar da alta diversidade genômica entre as linhagens estudadas, algumas linhagens isoladas de diferentes fontes, locais e anos, apresentaram uma similaridade genotípica acima de 80% entre elas e, foram agrupadas em 21 subgrupos. Pelas sequências da SVR do gene flaA as linhagens estudadas foram agrupadas em dois grupos com linhagens isoladas de fontes clínicas e não clínicas e de humanos e animais com similaridade acima de 80,9 % entre elas e tipadas em 40 SVR-flaA alelos, sendo os alelos 57, 49 e 45 os mais frequentemente detectados. A análise do locus CRISPR por HRMA tipou as linhagens de C. jejuni em 23 diferentes variantes sendo que algumas variantes continham linhagens de origem clínica e não clínica e de humanos e animais. A árvore de SNPs gerada a partir dos dados do sequenciamento do genoma completo alocou as 116 linhagens sequenciadas em dois principais grupos. O grupo SNP-A agrupou 97 linhagens e o grupo SNP-B agrupou 19 linhagens, com linhagens de fontes clínicas e não clínicas e de humanos e animais, respectivamente. A técnica de Multilocus sequence typing (MLST) tipou as 116 linhagens de C. jejuni em 46 STs, e não foi observada a predominância de um ST. O índice de discriminação das metodologias de análise de SNPs no genoma completo, PFGE, MLST, sequenciamento das SVR do gene flaA e análise do locus CRISPR por HRMA foi 1,0, 0,982, 0,941, 0,939 e 0,874, respectivamente. Na análise in silico de genes de resistência e pontos de mutação, 95 linhagens apresentaram ao menos um gene de resistência ou ponto de mutação conhecido, sendo que a porcentagem de correlação entre os resultados de resistência fenotípicos e genotípicos foi maior que 66,7%; 94,6% e 96,8% para eritromicina, tetraciclina e ciprofloxacina, respectivamente. Conclui-se que a alta frequência da maioria dos genes de virulência pesquisados evidenciou o potencial patogênico das linhagens de C. jejuni estudadas. A resistência a antimicrobianos de primeira escolha utilizados para o tratamento da campylobacteriose encontrada nas linhagens estudadas é preocupante, podendo levar à falha terapêutica quando o tratamento é necessário. Os resultados obtidos pelas metodologias de tipagem molecular realizadas sugerem que uma possível contaminação possa ter ocorrido entre fontes clínicas e não clínicas e entre humanos e animais, ao longo de 20 anos no Brasil. Pelo índice de discriminação, foi observado que as metodologias de análise de SNPs no genoma completo e PFGE, em comparação com as outras técnicas de tipagem, foram as mais eficientes em discriminar as linhagens de C. jejuni do presente estudo. / Campylobacter jejuni is the most commonly bacterial species related as a cause of gastroenteritis in humans in several countries. However, the isolation and the study of C. jejuni have not been very frequently in Brazil, which makes it difficult to evaluate the involvement of this bacterium as a cause of diseases in humans and animals, as well as to determine the impact of its presence in food and the environment. The aim of this study was to evaluate the genetic diversity by five different molecular typing techniques, the pathogenic potential by searching for the presence of 16 virulence genes by PCR and the resistance profile by the minimum inhibitory concentration by Etest® against four antibiotics and by the in silico analyses of resistance genes and mutation points of C. jejuni strains isolated in Brazil. A total of 121 C. jejuni strains isolated from humans (51), animals (35), food (33) and the environment (02) in the States of Minas Gerais, Sao Paulo, Rio de Janeiro and Rio Grande do Sul, between 1996 to 2016 were studied. All strains presented the genes flaA, flhA, iamA, docA, ciaB, cdtA, cdtB, cdtC, racR, dnaJ, pldA, cadF, sodB and csrA. The wlaN gene was detected in 15 strains, and one strain presented the virB11 gene. Among the 121 strains studied, 68 strains were resistant to at least one of the antibiotics tested. Resistance to ciprofloxacin, doxycycline, tetracycline and erythromycin was observed in 43.8%, 34.7%, 34.7% and 4.9% of the strains, respectively. The Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) dendrogram of genetic similarity clustered the 121 strains studied in three groups with a genomic similarity of 46.9% among them. Despite the high genomic diversity among the strains studied, some strains isolated from different sources, places and years, presented a genotypic similarity above 80% among them and were grouped into 21 subgroups. By flaA-SVR sequencing the strains studied were clustered into two groups with strains isolated from clinical and non-clinical sources and from humans and animals with a similarity above 80.9% among them and typed in 40 flaA-SVR alleles, being the alleles 57, 49 and 45 the most frequently detected. The analysis of the CRISPR locus by HRMA typed the C. jejuni strains in 23 different variants, with some variants containing strains from clinical and non-clinical origin and from humans and animals. The SNP tree generated from the whole genome sequencing data grouped the 116 strains sequenced into two major groups. SNP-A grouped 97 strains and SNP-B grouped 19 strains, with strains from clinical and non-clinical sources and from humans and animals, respectively. Multilocus sequence typing (MLST) technique typed the 116 C. jejuni strains in 46 STs, and it was not observed a predominant ST. The discrimination index of the analysis of SNPs in the whole genome, PFGE, MLST, flaA-SVR sequencing and analysis of the CRISPR locus by HRMA was 1.0, 0.982, 0.941, 0.939 and 0.874, respectively. In the in silico analyses of resistance genes and mutation points, 95 strains showed at least one resistance gene or known mutation point, and the percentage of correlation between phenotypic and genotypic resistance results was greater than 66.7%; 94.6% and 96.8% for erythromycin, tetracycline and ciprofloxacin, respectively. In conclusion, the high frequency of the majority of the virulence genes studied highlighted the pathogenic potential of the C. jejuni strains studied. Resistance to antimicrobials of first choice used for the treatment of campylobacteriosis found in the strains studied is worrying and may lead to therapeutic failure when treatment is required. The results obtained by the molecular typing methodologies performed suggest that a possible contamination may have occurred between clinical and non-clinical sources and between humans and animals over 20 years in Brazil. By the discrimination index, it was observed that the methodologies of analysis of SNPs in the whole genome and PFGE, in comparison to the other typing techniques, were the most efficients in discriminating the C. jejuni strains of the present study.

Campylobacter spp., principalmente as espécies C. coli e C. jejuni, são a causa mais comum de doença bacteriana veiculada por alimentos na Europa, Estados Unidos e alguns outros locais do mundo. No Brasil, há uma escassez de estudos de C. coli, o que dificulta avaliar a dimensão do envolvimento dessa bactéria como causadora de doença nos seres humanos e em animais, bem como, determinar o impacto de sua presença em alimentos e no meio ambiente. O objetivo desse trabalho foi caracterizar molecularmente linhagens de C. coli isoladas de origens diversas no Brasil pela pesquisa da presença de genes relacionados à virulência por PCR, perfil de sensibilidade a antimicrobianos e pela análise da similaridade genotípica por métodos de tipagem molecular. Adicionalmente, o Índice de Discriminação (D) de tais metodologias foi verificado. Foram estudadas 63 linhagens de C. coli, isoladas de humanos (12), animais (21), alimentos (10) e ambiente (20), entre os anos de 1995 e 2011, nos Estados do Rio de Janeiro, São Paulo e Minas Gerais. Todas as linhagens apresentaram os genes flaA, cadF e sodB. O gene cdtB foi detectado em 20 (31,7%) linhagens, o gene flhA foi detectado em 11 (17,5%) linhagens, o gene dnaJ foi encontrado em 10 (15,9%) linhagens, o gene pldA foi detectado em sete (11,1%) linhagens, o gene iamA foi detectado em três (4,8%) linhagens, os genes cdtC e docA foram encontrados em duas (3,2%) linhagens, os genes cdtA e crsA foram encontrados em uma (1,6%) linhagem e os genes ciaB, wlaN, virB11 e racR não foram detectados. Dentre as 63 linhagens estudadas, 42 foram susceptíveis a todos os antimicrobianos testados. Das 21 linhagens resistentes, 10 (15,9%) foram resistentes a tetraciclina e doxaciclina, seis (9,5%) foram resistentes a ciprofloxacina e uma (1,6 %) foi resistente a eritromicina. Somente quatro (6,3%) linhagens foram resistentes a pelo menos duas diferentes classes de antibióticos testados simultaneamente. O dendrograma de similaridade genética de Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) agrupou as 63 linhagens estudadas em dois grupos principais denominados PFGE-A e PFGE-B com similaridade genômica de 44,9% entre eles. Entretanto, algumas linhagens isoladas de humanos, animais, ambiente e alimentos apresentaram uma alta similaridade genotípica acima de 80% entre elas e, foram agrupadas em sete subgrupos denominados PFGE-A1 a PFGE-A7. O dendrograma de similaridade genômica das sequências da SVR do gene flaA agrupou as linhagens ii estudadas em dois grupos principais designados SVR-A e SVR-B, com similaridade acima de 83,1 % entre eles. Ademais, o depósito das sequências da SVR do gene flaA no banco de dados online demonstrou que os alelos 30 e o 1647 foram os mais frequentemente encontrados e permitiu a comparação das linhagens estudadas com os alelos descritos no banco de dados. Sete alelos, dentre os 22 encontrados, não haviam sido previamente descritos. A análise do locus CRISPR por HRMA dividiu as linhagens de C. coli em quatro diferentes perfis de melting. O Multilocus sequence typing (MLST) foi utilizado para tipar 20 linhagens de C. coli e foram obtidos 18 STs diferentes dos quais apenas dois já haviam sido previamente descritos. O D das metodologias de PFGE, sequenciamento da SVR do gene flaA, análise do locus CRISPR por HRMA e MLST foi de 0,986, 0,916, 0,550 e 0,989, respectivamente. Pode- se concluir que o potencial patogênico das linhagens de C. coli não foi evidenciado o que pode estar relacionado ao fato da maioria dos estudos envolvendo patogênese terem sido realizados para a espécie C. jejuni. Algumas linhagens apresentaram-se resistentes aos antimicrobianos testados, o que é preocupante uma vez que tais linhagens podem disseminar genes de resistência a outras isoladas de diversas fontes. Os resultados gerados pelos métodos de tipagem molecular por PFGE e sequenciamento da pequena região variável (SVR) do gene flaA demonstraram uma alta similaridade genotípica entre algumas linhagens de C. coli, sugerindo que uma possível contaminação tenha ocorrido entre linhagens isoladas de fontes clínicas e não clínicas ao longo de 16 anos no Brasil. Ademais, a análise dos alelos da SVR do gene flaA nos permitiu concluir que os alelos prevalentes nas linhagens estudadas diferem daqueles encontrados nos países Europeus. Os dados obtidos por MLST sugerem que as linhagens estudadas possuem uma grande diversidade genética entre si e em comparação com as linhagens isoladas em diferentes locais do mundo. Finalmente, as técnicas de MLST e PFGE foram as mais eficientes e adequadas na genotipagem das linhagens de C. coli estudadas. / Campylobacter spp., mainly the C. coli and C. jejuni species, are the most common cause of bacterial disease conveyed by food in Europe, United States, and other places worldwide. In Brazil, there is a paucity of studies on C. coli, which makes it difficult to evaluate the involvement of this bacterium as a cause of diseases in humans and animals, as well as to determine the impact of its presence in food and the environment. The aim of this study was to molecularly characterize C. coli strains isolated from diverse origins in Brazil by searching for the presence of virulence-related genes by PCR, antimicrobial sensitivity profile, and analysis of the genotypic similarity by molecular typing methods. Addicionaly, the Discriminatory Index (D) of those methodologies was acessed. Sixty-three C. coli strains isolated from humans (12), animals (21), food (10), and the environment (20) between 1995 and 2011, in the States of Rio de Janeiro, São Paulo, and Minas Gerais were studied. All strains presented the flaA, cadF and sodB genes. The cdtB gene was detected in 20 (31.7%) strains; the flhA gene was detected in 11 (17.5%) strains; the dnaJ gene was detected in 10 (15.9%) strains; the pldA gene was detected in 7 (11.1%) strains ; the iamA gene was detected in three (4.8%) strains; the cdtC and docA genes were found in two (3.2%) strains; the cdtA and crsA were found in one (1.6%) strain and the ciaB, wlaN, virB11 and racR genes were not detected. Among the 63 strains studied, 42 were susceptible to all antimicrobials tested. Of the 21 resistant strains, 10 (15.9%) were resistante to tetracycline and doxaciclyne, six (9.5%) showed resistance to ciprofloxacin, and one (1.6%) was resistant to erythromycin. Only four (6.3%) strains were simultaneously resistant to at least two different classes of the antibiotics tested. The dendrogram of genetic similarity of Pulsed field gel electrophoresis (PFGE) grouped the 63 strains studied into two groups namely PFGE-A and PFGE-B with a genomic similarity of 44.9% among them. However, some strains isolated from humans, animals, the environment and food presented a high genotypic similarity above 80% and were subdivided into seven groups designated as PFGE-A1 to PFGE-A7. The dendrogram of genetic similarity of the SRV-flaA gene sequences grouped the strains studied into two groups namely SVR-A and SVR-B, with similarity above 83.1% among them. Besides, the deposit of the SVR sequences of the flaA gene in the online database showed that the alleles 30 and 1647 were the iv most frequently found and allowed the comparison between the strains studied with the alleles described in the database. Seven alleles, among the 22 found have never been described before. The CRISPR locus analysis divided the C. coli strains into four different melting profiles. The Multilocus sequence typing (MLST) was used to type 20 C. coli strains and revealed 18 different STs among which just two had been previously described. The D of PFGE, SVR- flaA sequence, HRMA of CRISPR locus analysis and MLST was 0.986, 0.916, 0.550 and 0.989, respectively. In conclusion, the pathogenic potential of the C. coli strains was not highlighted, which could be related to the fact that the majority of the pathogenicity studies were performed with C. jejuni species. Some strains showed resistance to the antibiotics tested what is a concern once those strains may spread the resistance genes to other strains isolated from different sources. The results obtained by PFGE and SVR-flaA sequence showed a high genomic similarity among some C. coli strains which may suggest that a possible contamination may have occurred among clinical and non-clinical sources during 16 years in Brazil. Furthermore, the analysis of SVR- flaA alleles allowed the conclusion that the prevalent alleles in the strains studied were different from those found in European countries. The data obtained by MLST suggests that the strains studied had a high genomic diversity among them and in comparison with strains isolated from different places worldwide. Finally, the MLST and PFGE technicques were the most efficient and adequate in genotyping the C. coli strains studied.

Derived from and inspired by the adaptive immune system of bacteria, CRISPR has gone from basic biology knowledge to a revolutionizing biotechnological tool, applicable in many research areas such as medicine, industry and agriculture. The full mechanism of CRISPR-Cas9 was first published in 2012 and various CRISPR-Cas systems have already passed the first stages of clinical trials as new gene therapies. The immense research has resulted in continuously growing knowledge of CRISPR systems and the technique seems to have the potential to greatly impact all life on our planet. Therefore, this literature study aims to thoroughly describe the CRISPR-Cas system, and further suggest an undergraduate laboratory exercise involving gene editing with the CRISPR-Cas9 tool. In this paper, we describe the fundamental technical background of the CRISPR-Cas system, especially emphasizing the most studied CRISPR-Cas9 system, its development and applications areas, as well as highlighting its current limitations and ethical concerns. The history of genetic engineering and the discovery of the CRISPR system is also described, along with a comparison with other established gene editing techniques.  This study concludes that a deeper knowledge about CRISPR is important and required since the technique is applicable in many research areas. A laboratory exercise will not only inspire but also provide extended theoretical and practical knowledge for undergraduate students.