Application of Crispr-cas13a Technology in the Diagnosis of Infectious Diseases and Improvement of Phage Therapy

Abstract

[Resumo] A globalización e a crecente mobilidade humana aumentaron a frecuencia de contacto entre persoas, animais e contornas naturais, dificultando o control da propagación das enfermidades infecciosas e facilitando a aparición de novas patoloxías que poden escalar rapidamente a nivel pandémico. Nas últimas décadas, a humanidade enfrontouse a crises sanitarias sen precedentes, como a pandemia provocada polo virus SARS-CoV-2 (COVID-19), e agora vese ameazada pola "pandemia silenciosa" da resistencia aos antimicrobianos (RAM), sendo especialmente preocupante a resistencia a carbapenémicos debido ao seu papel crucial no tratamento de infeccións graves. Esta crise de resistencia bacteriana pon de manifesto a urxente necesidade de desenvolver novas alternativas terapéuticas, como a fagoterapia. Neste contexto, o diagnóstico temperán é fundamental para a xestión destas crises sanitarias. Nesta tese de doutoramento preséntase unha tecnoloxía de diagnóstico baseada nos sistemas CRISPR-Cas, deseñada para a súa aplicación en probas Point-of-Care (POC), co obxectivo de detectar demaneira rápida e precisa tanto virus como xenes de resistencia a carbapenémicos. Ademais, explórase o potencial desta tecnoloxía na identificación de sistemas bacterianos de defensa contra fagos, contribuíndo así á optimización da terapia personalizada con fagos como estratexia alternativa fronte á RAM.[Resumen] La globalización y la creciente movilidad humana han incrementado la frecuencia de contacto entre personas, animales y entornos naturales, lo que dificulta el control en la diseminación de enfermedades infecciosas y facilita la aparición de nuevas patologías que pueden escalar rápidamente a nivel pandémico. En las últimas décadas, la humanidad ha experimentado crisis sanitarias sin precedentes, como la pandemia provocada por el virus SARS-CoV-2 (COVID-19), y actualmente se ve amenazada por la "pandemia silenciosa" de la resistencia a los antimicrobianos (RAM), siendo especialmente preocupante la resistencia a carbapenémicos debido a su papel crucial en el tratamiento de infecciones graves. Esta crisis antibacteriana lleva a la urgente necesidad de desarrollar nuevas alternativas terapéuticas, como la fagoterapia. En este contexto, el diagnóstico temprano es clave para controlar estas crisis sanitarias. En la presente tesis doctoral se desarrolla una tecnología de diagnóstico basada en los sistemas CRISPR-Cas, diseñada para su aplicación en pruebas Point-of-Care (POC), con el objetivo de detectar tanto virus como genes de resistencia a carbapenémicos de manera rápida y precisa. Además, se explora el potencial de esta tecnología en la identificación de sistemas bacterianos de defensa contra fagos, contribuyendo así a la optimización de la terapia personalizada con fagos como estrategia alternativa frente a la RAM.[Abstract] Globalization and increasing human mobility have heightened the frequency of contact between people, animals, and natural environments, making it more challenging to control the spread of infectious diseases and facilitating the emergence of new pathologies that can rapidly escalate to a pandemic level. In recent decades, humanity has faced unprecedented health crises, such as the pandemic caused by the SARS-CoV-2 virus (COVID-19), and is now threatened by the "silent pandemic" of antimicrobial resistance (AMR), with carbapenem resistance being particularly concerning due to its crucial role in treating severe infections. This bacterial resistance crisis underscores the urgent need to develop new therapeutic alternatives, such as phage therapy. In this context, early diagnosis is essential for managing these health crises. This doctoral thesis presents a CRISPR-Cas-based diagnostic technology designed for Point-of-Care (POC) testing, aiming to rapidly and accurately detect both viruses and carbapenem resistance genes. Furthermore, this study explores the potential of this technology in identifying bacterial defense systems again stphages, contributing to the optimization of personalized phage therapy as an alternative strategy against AMR.