Individual-based modeling of Plasmodium falciparum erythrocyte infection in in vitro cultures
- Autores: Jordi Ferrer Savall
- Directores de la Tesis: Joaquim Valls Ribas (dir. tes.), Daniel López Codina (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2010
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Vives Rego (presid.), Jordi García-Ojalvo (secret.), Simone Ladeia Andrade (voc.), Moises Silbert (voc.), Domingo Gargallo Viola (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La malària és encara avui en dia una malaltia que causa aproximadament un milió de morts a l'any a tot el món. La seva eradicació suposa un gran repte per a la humanitat i per a la comunitat científica, en particular. El cultiu in vitro del paràsit és essencial per al desenvolupament de nous medicaments. Els mètodes de cultiu actuals es basen en l'heurística i requereixen millores.En aquesta tesi es presenta una aproximació teòrica al procés d'infecció a eritròcits en cultius in vitro amb Plasmodium falciparum, un dels protozous paràsits causants de la malària. El treball està centrat en la construcció i avaluació de models d'una complexitat adequada per tractar els problemes específics detectats pels experts en l'àmbit, i inclou també la formulació d'algorismes de simulació i el disseny de protocols experimentals.Aquest tipus de treball requereix de la col·laboració multidisciplinària. La visió dels experts en malària es complementa amb la modelització i simulació, que permet la comprovació dels supòsits preestablerts, la comprensió de fenòmens observats i la millora dels mètodes de cultiu actuals. Així doncs, cal establir i desenvolupar eines que permetin crear, analitzar i compartir models amb grups que estudien la malària des d'altres perspectives. En aquesta tesi, s'ha optat per la modelització basada en l'individu (IbM) i orientada a la reproducció de múltiples patrons (PoM). El model s'ha formulat seguint l'ODD, un protocol estàndard en el camp de l'ecologia teòrica, que s'ha adaptat a la representació de comunitats microbianes.Els models basats en l'individu (IbMs) defineixen un conjunt de normes que regeixen el comportament de cada cèl·lula i les seves interaccions amb les altres cèl·lules i amb el seu entorn immediat. A partir d'aquestes regles, i tenint en compte una certa diversitat dins de la població i un cert grau d'aleatorietat en els processos individuals, els IbMs mostren explícitament el comportament emergent del sistema en conjunt. Complementàriament, s'han aplicat conceptes propis de la termodinàmica per tal d'entendrel'aparició de patrons macroscòpics a partir de l'estructura de la població (per exemple de la distribució de les fases d'infecció entre els glòbuls vermells infectats).Aquesta recerca ha comportat la la creació i aplicació del model i simulador INDISIM-RBC, que ha demostrat ser una bona eina per millorar la comprensió dels cultius estudiats. Es tracta d'un model mecanicista, basat en l'individu, que reprodueix quantitativament els patrons observats en cultius reals a diferents nivells de descripció, i que en prediu el comportament sota determinades condicions.Hem demostrat que INDISIM-RBC pot ser emprat per a estudiar en detall alguns aspectes del cultiu del paràsit causant de la malària que calia aclarir. Permet realitzar experiments virtuals i així impulsar noves línies de recerca i explorar noves tècniques de cultiu. En particular, INDISIM-RBC s'ha utilitzat per millorar els protocols experimentals actuals del cultius estàtics, definint la geometria òptima de l'hematòcrit i els protocols de subcultiu més adequats per als cultius continus.El treball realitzat en malària s'ha comparat amb la investigació duta a terme pel grup de recerca em relació amb d'altres comunitats microbianes. D'aquesta manera, podem estudiar les propietats emergents dels sistemes microbians en general en relació als efectes de la individualitat de la cèl·lula, la diversitat de les poblacions, l'heterogeneïtat en el medi, o el caràcter local de les interaccions, entre d'altres. Aquesta visió general proporciona eines conceptuals que poden ser emprades per refinar l'anàlisi dels processos d'infecció sota estudi.
