Использование математики для борьбы с малярией

Малярия оказывает разрушительное глобальное воздействие. В 2020 году было зарегистрировано более 240 миллионов случаев и свыше 600 000 смертей, в основном в странах с низким уровнем дохода в Африке. Наиболее уязвимы дети в возрасте до пяти лет.

Цели Всемирной организации здравоохранения (WHO) по ликвидации малярии к 2030 году зависят от наличия эффективных методов лечения. Это сложная задача, поскольку паразит Plasmodium falciparum, вызывающий малярию, развивает устойчивость к различным противомалярийным препаратам.

Паразит, переносимый комаром Anopheles, способен развивать устойчивость ко всем доступным в настоящее время противомалярийным средствам, включая наиболее эффективные производные артемизинина. Это сопротивление распространяется.

В Африке, где происходит подавляющее большинство случаев малярии и смертей, препарат сульфадоксин-пириметамин (SP) используется для профилактического лечения младенцев, детей и во время беременности. Однако устойчивость к SP распространяется, что можно отслеживать по генетическому маркеру — мутации в гене дигидроптероат синтазы (pfdhps).

Эта мутация может снизить эффективность SP. Без защиты SP во время беременности дети подвергаются повышенному риску преждевременных родов и низкого веса при рождении.

Существует острая необходимость отслеживать и прогнозировать уровни устойчивости к SP, чтобы направлять его использование и указывать агентствам здравоохранения, следует ли применять альтернативный препарат в конкретных регионах.

Математическое решение

Совместно со Всемирной сетью по устойчивости к противомалярийным препаратам (WWARN) международная команда исследователей разработала сложные математические модели для надежного прогнозирования генетической устойчивости к SP в Африке в пространстве и во времени.

В исследовании, опубликованном в PLOS Computational Biology, использовались данные о распространенности мутаций pfdhps из открытого репозитория WWARN для создания статистической модели. Это позволило составить карты расчетной распространенности маркера устойчивости к SP в Африке с 1990 по 2020 год.

Эти карты заполняют пробелы там, где информация отсутствует, и могут использоваться органами здравоохранения для разработки политики применения препарата.

Практическое применение карт

• Использование SP для профилактики малярии у младенцев рекомендуется только в районах, где распространенность конкретной мутации pfdhps (540E) составляет менее 50%.
• Для использования SP во время беременности предполагается, что препарат не оказывает защитного эффекта в районах, где распространенность другой мутации pfdhps (581G) превышает 10%.

Данные о распространенности мутаций pfdhps в Африке крайне неоднородны и разрозненны, а во многих областях полностью отсутствуют. Именно здесь могут помочь результаты математического моделирования.

Ключевые выводы модели

1. Высокая распространенность мутации pfdhps540E была ограничена Восточной и Юго-Восточной Африкой, что обнадеживает для продолжения использования SP для младенцев в Западной Африке. Однако необходимо постоянное наблюдение, так как модель предсказывает распространение этой мутации.
2. Были идентифицированы несколько районов, где распространенность мутации pfdhps581G превышала 10%. Для руководства использованием SP во время беременности в этих районах необходимо собрать больше данных.

Это исследование подчеркивает важность обмена данными и эффективность использования прогнозного моделирования для выявления проблемных зон устойчивости к SP, выходящих за национальные границы.

База данных WWARN SP Molecular Surveyor предоставляет пользователям стандартизированный и актуальный источник информации о распределении маркеров устойчивости. Эта модель может быть расширена на все проверенные маркеры, связанные с устойчивостью к противомалярийным препаратам.

Учитывая появление устойчивости к артемизинину в Руанде, Уганде, Эритрее и Гане, этот подход может быть легко расширен для лучшего понимания эволюции этой новой и значительной угрозы.