Projektmitarbeiter am IMB: Dipl. Phys. H.H. Diebner, Dr. M. Eichner, M. Träuble
Kooperationspartner: Dr. L. Molineaux, Genf, Schweiz, Prof. Dr. P. Kremsner, Tübingen sowie 17 weitere Partner in der EU und in Entwicklungsländern
Förderer: EU
Förderzeitraum: 1997 - 2000
Zielsetzung, Ausgangsfragestellung: Es sollen mathematische Modelle zur immunologischen und klinischen Epidemiologie der durch Plasmodium falciparum hervorgerufenen Malaria tropica erstellt und deren Modellparameter an Daten angepasst werden. Die Modelle sollen, beginnend mit der Beschreibung des Erkrankungsverlaufs, sukzessive weiterentwickelt werden und sollen schließlich die individuelle Entwicklung der Immunität sowie der Kreuzimmunität zwischen verschiedenen Parasitenclonen mit einbeziehen. Das Einbinden der so gewonnenen Modelle für Individuen in Populationsmodelle soll es erlauben, Interventionsstrategien sowohl auf individueller Ebene wie für die Gesamtbevölkerung zu bewerten und zu optimieren. Außerdem sollen mittels eines mathematischen Modells Produktionsraten und Überlebenswahrscheinlichkeiten der sexuellen Stadien (Gametozyten) des Malariaerregers Plasmodium falciparum geschätzt werden.
Methoden: Als Basismodell wurde zunächst ein semi-stochastisches Differenzengleichungsmodell erstellt, das die Parasitämie einer Person beschreibt, die erstmals Kontakt mit dem Malariaerreger hat. Zur Parameterschätzung stehen täglich erhobene longitudinale Daten von Syphilispatienten zur Verfügung, die sich einer Malariatherapie unterzogen. Die Modellergebnisse wurden hierbei mit einer Target-Statistik des Datensatzes verglichen, die aufgrund biologisch relevanter Aspekte erstellt wurde.
Eine Delaygleichung erlaubt es, durch eine Zeitreihenanalyse aus dem Verlauf der asexuellen Parasitämie Vorhersagen für den Gametozytenverlauf zu machen. Das Modell trägt der Sequestrierungsphase der entstehenden Gametozyten Rechnung. Da der Malariaerreger während einer Infektion verschiedene Varianten exprimiert, die mit einzelnen lokalen Maxima der Parasitämie assoziiert sind, wurde versucht, den einzelnen Intervallen um die lokalen Maxima eigene Produktionsparameter zuzuordnen.
Ergebnisse und ihre Bedeutung: Das erstellte Modell erlaubte es, für einen vorläufig ermittelten Parametersatz, simulierte Parasitämieverläufe zu generieren, welche die aus den Daten gewonnene "Target-Statistik" reproduzieren. Dabei zeigten die individuellen Parameterwerte hohe Variabilitäten, die in zukünftigen epidemiologischen Interventions-Simulationen zu berücksichtigen sind.
Die mediane Überlebenszeit der Gametozyten beträgt sechs Tage, variiert jedoch stark zwischen den Patienten (von einem bis zu 22 Tagen). Die Produktionsparameter variieren sowohl zwischen als auch innerhalb der Patienten. Da sich nur die Gametozyten in den Überträgermoskitos entwickeln können, haben die hier ermittelten Parameterwerte wichtige epidemiologische Implikationen.
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