Individual-based modeling of Plasmodium falciparum erythrocyte infection in in vitro cultures

Directors: Daniel López i Joaquim Valls
Departament: Física i Enginyeria Nuclear
Grup de recerca: MOSIMBIO (Discrete Modelling and Simulation of Biological Systems)
Data de la defensa: 21 de juny de 2010

La Tesi Doctoral de Jordi Ferrer, “Individual-based modeling of Plasmodium falciparum erythrocyte infection in in vitro cultures” 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 d’un model computacional amb la 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.

Avui en dia, la malària encara afecta a la meitat de població humana i 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 acumulada en els darrers 30 anys i requereixen algunes millores.

El treball experimental 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. Complementàriament, s’han aplicat conceptes propis de la termodinàmica per tal d’entendre l’aparició de patrons macroscòpics a partir de l’estructura de la població.

De tot plegat, en resulta la creació i aplicació del model i simulador INDISIMRBC, que ha demostrat ser una bona eina per millorar la comprensió dels cultius estudiats. INDISIM-RBC defineix 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, les simulacions mostren explícitament el comportament emergent del sistema en conjunt. El treball realitzat en malària s’ha comparat amb la investigació duta a terme pel grup de recerca en relació amb d’altres comunitats microbianes per tal de desenvolupar eines conceptuals d’aplicabilitat general.


Accés al document de la Tesi