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Investigación

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

Autor: Jordi Ferrer Savall Junio 2010
Directores: Daniel López y Joaquim Valls
Departamento: Física e Ingeniería Nuclear
Grupo de investigación: MOSIMBIO (Discrete Modelling and Simulation of Biological Systems)
Fecha de la defensa: 21 de junio de 2010

La Tesis Doctoral de Jordi Ferrer, “Individual-based modeling of Plasmodium falciparum erythrocyte infection in in vitro cultures” presenta una aproximación teórica al proceso de infección a eritrocitos en cultivos in vitro con Plasmodium falciparum, uno de los protozoos parásitos causantes de la malaria.

El trabajo está centrado en la construcción de un modelo computacional con la complejidad adecuada para tratas los problemas específicos detectados por los expertos en el ámbito e incluye también la formulación de algorismos de simulación y el diseño de protocolos experimentales.

Hoy en día, la malaria afecta todavía a la mitad de la población humana y causa aproximadamente un millón de muertos al año en todo el mundo. Su erradicación supone un gran reto para la humanidad y para la comunidad científica, en particular. El cultivo in vitro del parásito es esencial para el desarrollo de nuevos medicamentos. Los métodos de cultivo actuales se basan en la heurística acumulada en los últimos 30 años y requiren algunas mejoras.


El trabajo experimental de los expertos en malaria se complementa con la modelización y simulación, que permite la comprovación de los supuestos preestablecidos, la comprensión de fenómenos observados y la mejora de los métodos de cultivo actuales. Así pues, es necesario establecer y desarrollar herramientas que permitan crear, analizar y compartir modelos con grupos que estudian la malaria desde otras perspectivas. En esta tesis, se ha optado por la modelización basada en el individuo (IbM) y orientada a la reproducción de múltiples patrones (PoM). El modelo se ha formulado siguiendo el ODD, un protocolo estándar en el campo de la ecología teórica, que se ha adaptado a la representación de comunidades microbianas. Complementáriamente, se han aplicado conceptos propios de la termodinámica para entender la aparición de patrones macroscópicos a partir de la estructura de la población.


De todo ello resulta la creación y aplicación del modelo y simulador INDISIMRBC, que ha demostrado ser una buena herramienta para mejorar la comprensión de los cultivos estudiados. INDISIMRBC define un conjunto de normas que rigen el comportamiento de cada célula y sus interacciones con las otras células y su entorno inmediato. A partir de estas reglas, y teniendo en cuenta una cierta diversidad dentro de la población y un cierto grado de aleatoriedad en los procesos individuales, las simulaciones muestran explícitamente el comportamiento emergente del sistema en conjunto. El trabajo realizado en malaria se ha comparado con la investigación llevada a cabo por el grupo de investigación en relación con otras comunidades microbianas para poder desarrollar herramientas conceptuales de aplicabilidad general. 

Acceso al documento de la tesis (pdf)