Американські біологи побудували математичну модель для опису поширення і розвитку малярії. З її допомогою вдалося показати, що якщо малярія поширюється швидко, виживають паразити, чутливі до ліків, а в умовах повільного поширення резистентність малярійного плазмодія до ліків підвищується. У майбутньому отримані дані можна використовувати для поліпшення методів боротьби з малярією та пошуку найбільш ефективних ліків, пишуть вчені в.
Один з популярних методів для опису динаміки поширення заразних хвороб - математичне моделювання. Такі моделі допомагають визначити, в яких випадках локальне захворювання переростає в епідемію і як себе варто вести, щоб цього уникнути. При моделюванні зазвичай враховується можливість патогенних організмів еволюціонувати всередині господаря і адаптуватися до ліків, а також можливість їх передачі іншим. Наприклад, зовсім недавно вчені змоделювали розвиток в популяції двох хвороб, при яких люди спеціально обмежують свої контакти з заразними людьми. Один з недоліків більшості цих моделей в тому, що вони описують всі патогени лише в загальному вигляді, визначаючи набір важливих для поширення хвороби математичних параметрів. Застосувати ці моделі до реальних хвороб при цьому зазвичай буває досить складно.
Однак групі американських вчених з Університету Еморі під керівництвом Мері Бушман (Mary Bushman) вдалося за допомогою математичної моделі описати поширення і еволюцію в організмі людини малярійного плазмодія - збудника малярії. Вчені відзначають, що для малярійного плазмодія характерне швидке збільшення резистентності до ліків в тих умовах, де інфекція існує, але передається від людини до людини досить повільно (наприклад в Південно-Східній Азії і Південній Америці). Навпаки, в тих регіонах, де переносників більше і інфекція передається швидко (наприклад, у західній Африці), - навпаки, чутливість паразитів до ліків виявляється значно вищою. Для пояснення цього ефекту вчені запропонували кілька гіпотез, пов'язаних зі зниженням придбаного імунітету або поділом потрібних мутацій в результаті рекомбінації.
Дослідники вважають, що при підвищенні швидкості і частоти передачі інфекції від однієї людини до іншої конкуренція між старим штамом більш пристосованих до ліків організмів і новим штамом більш чутливих призводить до уповільнення поширення резистентності. Щоб перевірити цю гіпотезу, вчені побудували модель, що складається з двох підсистем. Перша, більш глобальна система описує процес передачі малярії за допомогою малярійних комарів від людини до людини, а друга - еволюцію плазмодія в організмі людини з урахуванням наявності ліків, до якого мікроорганізм може пристосуватися, а також регулярної появи в цьому ж організмі нових штамів паразитів.
Описавши цю модель спочатку теоретично, вчені промоделювали за допомогою неї еволюцію малярійного плазмодія в системі, що складається з 400 осіб і 12 тисяч малярійних комарів, які переносять паразита від однієї людини до іншої. Швидкість передачі інфекції в цій системі вчені змінювали, варіюючи число контактів людини з комарами, а не їх кількість. Еволюцію кількох різних конфігурацій цієї системи вчені змоделювали, досліджуючи її зміни протягом 8 тисяч діб.
Виявилося, що в тих умовах, в яких інфекція швидко передається від людини до людини, конкуренція між різними штаммами плазмодія всередині одного організму господаря сильніше позначається на резистентних паразитах, в результаті чого вони гинуть, а чутливі до ліків патогени - залишаються. У разі повільнішої швидкості поширення інфекції ймовірність виживання резистентних паразитів значно вища. Тим не менш, і в тих умовах, в яких поширення інфекції відбувається швидко, можливі ситуації, при яких резистентному патогену вдається вижити. У такому випадку цей патоген дуже швидко поширюється по всій популяції.
Автори дослідження відзначають, що отримані ними дані допоможуть у майбутньому допомогти розробити правильні стратегії боротьби з малярією в різних регіонах планети. Крім того, вони також можуть допомогти підібрати лікарські препарати, які не дозволять найбільш небезпечним штаммам паразитів поширитися по значній частині популяції.
Нещодавно інша група дослідників побудувала модель, в якій показала, що на швидкість поширення небезпечних хвороб впливає не тільки конкуренція паразитів між собою, але і те, яким чином люди контактують між собою. Виявилося, що при моделюванні важливо враховувати соціально-економічні класи, які відрізняються один від одного по мобільності і основних маршрутах переміщень.