Einsatz von Mathematik zur Behandlung von Malaria

Die globalen Auswirkungen von Malaria sind verheerend. 2020 waren es mehr als 240 Millionen Fälle und über 600.000 Todesfälle, hauptsächlich in Ländern mit niedrigerem Einkommen in Afrika. Am stärksten gefährdet sind Kinder unter fünf Jahren.

Das Die Weltgesundheitsorganisation hat sich ehrgeizige Ziele gesetzt, um Malaria bis 2030 zu eliminieren. Diese Malaria-Eliminierungsziele hängen jedoch von wirksamen Behandlungen ab – ein schwieriges Unterfangen, wenn man bedenkt, dass der Parasit, der Malaria verursacht, Plasmodium falciparumentwickelt eine Resistenz gegen die verschiedenen verwendeten Malariamedikamente.

Kinder unter fünf Jahren sind am anfälligsten für Malaria. Bild: Shutterstock

Der Parasit, der durch die verbreitet wird Anopheles Moskito, ist in der Lage, eine gewisse Resistenz gegen alle derzeit verfügbaren Malariamittel zu entwickeln, einschließlich der wichtigsten Artemisinin-Derivate, die am wirksamsten sind, und diese Resistenz breitet sich aus.

In Afrika, wo die weitaus meisten Malariafälle und -todesfälle auftreten, wird das Malariamedikament Sulfadoxin-Pyrimethamin (SP) als vorbeugende Behandlung bei Säuglingen, Kindern und während der Schwangerschaft eingesetzt. Wir wissen jedoch, dass sich die Resistenz gegen SP ausbreitet, da wir einen Resistenzmarker im Parasiten selbst verfolgen können – eine genetische Mutation in der Dihydropteroat-Synthase (pfdhps) Gen.

Diese Mutation kann die Wirksamkeit von SP untergraben, und ohne den Schutz von SP während der Schwangerschaft besteht für Babys ein erhöhtes Risiko einer Frühgeburt und eines niedrigen Geburtsgewichts.

Es besteht daher ein dringender Bedarf, das Ausmaß der SP-Resistenz zu verfolgen und vorherzusagen, um seine Verwendung zu steuern und Gesundheitsbehörden anzuzeigen, ob in bestimmten Regionen ein alternatives Antimalariamittel verwendet werden sollte. In dem Maße, in dem sich die Resistenz gegen andere Malariamittel ausbreitet, werden auch die Behörden wissen wollen, wie sich die Resistenz gegen andere Malariamittel in verschiedenen Regionen und zu verschiedenen Zeiten verändert.

Also, wie können wir das tun? Mit Mathematik.

Arbeiten mit der WorldWide Antimalaria Resistance Network (WWARN)basierend auf der Universität von Oxford und finanziert durch die Bill und Melinda Gates-Stiftunghat unser Team aus internationalen Forschern ausgefeilte mathematische Modelle entwickelt, um die genetische Resistenz gegen SP in Afrika an Ort und Stelle zuverlässig vorherzusagen.

Malaria wird durch die weibliche Anopheles-Mücke übertragen. Bild: Shutterstock

In unserer neu veröffentlichten Studie haben wir Daten zur Prävalenz der pfdhps Mutationen im frei zugänglichen WWARN-Repository, um ein statistisches Modell zu entwickeln. Dies ermöglichte es uns, die geschätzte Prävalenz des SP-Resistenzmarkers in Afrika von 1990 bis 2020 abzubilden.

Diese Karten füllen die Lücken, in denen keine Auskunftrmationen verfügbar sind, und können von Gesundheitsbehörden verwendet werden, um neue Richtlinien darüber zu leiten, wo und wann das Medikament angemessen ist, und liefern dringend benötigte Einblicke darüber, wo SP als Teil präventiver Behandlungen eingesetzt werden kann.

SP zur Malaria-Prävention bei Säuglingen wird nur in Gebieten mit einer besonderen Prävalenz empfohlen pfdhps Mutation (540E) liegt unter 50 Prozent, während für die Verwendung von SP während der Schwangerschaft vermutet wurde, dass das SP keine schützende Wirkung in Bereichen hat, in denen ein anderes vorherrscht pfdhps Mutation (581G) 10 Prozent übersteigt.

Jedoch, pfdhps Mutationsprävalenzdaten in Afrika sind äußerst heterogen und verstreut, wobei Daten für viele Bereiche vollständig fehlen. Hier können die Ergebnisse unseres mathematischen Modells helfen.

Diese Karten werden direkte Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit haben. Räumliche Auskunftrmationen wie diese über die Ausbreitung von Malariaresistenzen sind für Gesundheitsorganisationen von entscheidender Bedeutung, um Überwachungsmaßnahmen zu priorisieren und Kontroll- und Eliminierungsbemühungen zu planen.

Gemäß unseren prädiktiven Karten ist die hohe Prävalenz der pfdhpsDie 540E-Mutation war auf Ost- und Südostafrika beschränkt, was für die fortgesetzte Verwendung von SP für Säuglinge in Westafrika beruhigend ist. Es wird jedoch eine kontinuierliche Überwachung erforderlich sein, da wir davon ausgehen, dass dies der Fall ist pfdhpsDie 540E-Mutation breitet sich aus.

Mathematik kann die Lücken bei der Verfolgung der Prävalenz verschiedener Arten von Resistenzen füllen. Bild: Getty Images

Wir haben auch mehrere Bereiche identifiziert, in denen die Prävalenz von pfdhps581G überstieg 10 Prozent. Weitere Daten zur Verbreitung von pfdhps581G in diesen Bereichen muss gesammelt werden, um die Verwendung von SP während der Schwangerschaft zu steuern.

Diese Forschung unterstreicht die Bedeutung des Datenaustauschs und die Effektivität des Einsatzes von Vorhersagemodellen, um Problembereiche für SP-Resistenzen hervorzuheben, die sich über die nationalen Grenzen hinaus erstrecken.

Die WWARN SP Molecular Surveyor-Datenbank wurde erstellt, um Benutzern eine standardisierte, aktuelle Auskunftrmationsquelle zur Verteilung von Resistenzmarkern bereitzustellen, ein Modell, das auf alle validierten Marker erweitert werden könnte, die mit Malariaresistenz in Verbindung stehen.

Angesichts der Entstehung von Resistenzen gegen Artemisinin-Malariamittel in Ruanda, Uganda, Eritrea und Ghana könnte unser Ansatz leicht erweitert werden, um die Entwicklung dieser neuen und bedeutenden Bedrohung besser zu verstehen.

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