Managing Malaria ; an evolutionary modelling approach

Abstract

Door toenemende resistentie-ontwikkeling van de malariaparasiet voor antimalaria medicijnen, en van de malariamuskiet voor insecticiden, wordt een effectief beleid voor malaria in veel tropische landen bemoeilijkt. Tezamen met een mogelijke klimaatverandering zou dit de incidentie van malaria in de komende decennia kunnen doen toenemen. In dit rapport wordt het gebruik van een evolutionaire modelleerwijze geintroduceerd om adaptatie van muskieten aan insecticiden en van parasieten aan medicijnen te kunnen simuleren. Door een zogenaamd genetisch algoritme aan een dynamisch malaria-epidemiologisch model te koppelen, ontstaat een complex adaptief system dat geschikt is om aanpassingsprocessen te simuleren, zowel binnen de muskietenpopulatie als binnen de parasietenpopulatie. Deze nieuwe modelleerwijze is gebruikt om een aantal strategieen voor malariabeleid te analyseren voor gebieden met hoge en lage endemiciteit. Een uitvoerige gevoeligheidsanalyse is uitgevoerd voor de resistentieontwikkeling, waarbij is gekeken naar de invloed van migratie van vatbare muskieten en parasieten, de mate waarin insecticiden en medicijnen de muskieten en parasieten bereiken en het initieele resistentie niveau. Verder is de invloed van temperatuursverandering op de verspreiding van malaria bekeken. De resultaten suggereren dat een adequaat gebruik van insecticiden en medicijnen malaria in laag endemische gebieden kan doen verminderen, al zal er beduidende intensivering moeten plaatsvinden indien de gemiddelde temperatuur gaat stijgen. Echter in gebieden met een hoge endemiciteit kan het (inadequaat) gebruik van medicijnen en insecticiden de incidentie van malaria doen stijgen, dit ten gevolge van het verloren gaan van de natuurlijk opgebouwde immuniteit. Een klimaatverandering kan in deze gebieden tot een (kleine) afname van de incidentie leiden door een stijging van immuniteit van volwassenen. Een duurzaam malariabeleid zal in deze regio's gevonden moeten worden in o.a. het stimuleren van sociaal-economische ontwikkeling en goede (vector-vrije) huisvesting. Deze modelleerwijze is in lijn met het toenemende inzicht dat evolutionaire principes belangrijk zijn in gezondheidswetenschappen.

As the resistance of the malaria parasite to antimalarial drugs continues to increase, like the malarial mosquito to insecticides, the efficacy of efforts to control malaria in many tropical countries is diminishing. This trend, together with the projected consequences of climate change, could prove to substantially exacerbate the significance of malaria in the coming decades. Using an evolutionary modelling approach to simulate the adaptation of mosquitoes and parasites to the available insecticides and drugs, the so-called "genetic algorithms" were coupled with a dynamic malaria-epidemiological model. In doing so a complex adaptive system was derived, capable of simulating adaptive and evolutory processes in both the mosquito and the parasite populations. A thorough sensitivity analysis of the development of resistance addressed the impact of migration of susceptible mosquitoes and parasites, various coverage rates of insecticides and drugs, and the level of initial resistance. Furthermore, the impact of temperature change on the occurrence of malaria is investigated. The results suggest that from the sensitivity analysis the adequate use of insecticides and drugs could reduce the occurrence of malaria in regions of low endemicity, although increased efforts would be necessary in the event of a climate change. However, the model indicates that in regions of high endemicity the use of insecticides and drugs may lead to an increase in incidence due to enhanced resistance development. Projected climate change, on the other hand, may lead to a limited reduction of the occurrence of malaria due to the presence of a higher percentage of immune persons in the older age class. Elements of a sustainable antimalarial policy in regions of high endemicity will probably need to fall back on a stimulation of socio-economic development and provision of vector-proof housing. The modelling approach presented here is very well tuned to the current focus on the importance of evolutionary principles in health science. Therefore this modelling approach is expected to be applied to a wider range of diseases, for example, TBC and Multi-Resistant Staphylococcus Aureus (MRSA) to support decision- making in health care.