Mit Mathematik gegen Malaria

Infektionskrankheiten bedrohen die Gesundheit vieler Menschen weltweit. Ein deutsch-afrikanisches Projekt will einen Beitrag insbesondere zur Eindämmung von Malaria leisten und nutzt dazu mathematische Modelle.

AIMS Cameroon Kooperation Mittweida

Malaria ist neben Tuberkulose und Aids eine der tödlichsten Krankheiten der Welt. Jedes Jahr infizieren sich mehr als 200 Millionen Menschen. Die Suche nach einem Impfstoff ist trotz großer Anstrengungen bislang ohne den entscheidenden Erfolg geblieben. Das vom DAAD geförderte Kooperationsprojekt „Maths against Malaria within the AIMS network” konzentriert sich deshalb auf die Verbesserung der Behandlung, der Diagnostik und des Monitorings und geht dabei ungewöhnliche Wege.

Wir fassen neueste Erkenntnisse aus der Malariaforschung zusammen und bauen daraus Modelle, die wir mit mathematischen Methoden analysieren“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Kristan Schneider. „Auf dieser Grundlage lassen sich Mechanismen der Krankheit verstehen.“ Am Lehrstuhl für Modellbildung und Simulation der Hochschule Mittweida beschäftigt sich Schneider seit Jahren mit der mathematischen Modellierung von Infektionskrankheiten. Wie verbreitet sich Malaria? Wie entstehen Resistenzen gegen Medikamente? Und was spielt sich bei einer Erkrankung im menschlichen Körper ab? Diesen Fragen gehen Schneider und weitere Forschende der Hochschule Mittweida und der Universität Tübingen gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom African Institute for Mathematical Sciences in Kamerun (AIMS Cameroon) mit „Maths against Malaria“ auf den Grund.

Hoher Anteil von Absolventinnen

Die Nachhaltigkeitsziele (SDGs) der Vereinten Nationen sehen die Ausrottung von Malaria bis 2050 vor. Durch Wissenstransfer will das Projekt dazu einen Beitrag leisten. „Dabei setzen wir auf wissenschaftliche Nachwuchstalente aus Malaria-endemischen Gebieten, die eine große intrinsische Motivation haben, sich mit der Thematik zu beschäftigen“, so Schneider. Durch ein weltweites Kooperationsnetzwerk bekommen junge Forschende in Afrika die Möglichkeit, ein Promotionsstudium auf hohem Niveau zu absolvieren. Bei der Auswahl der Teilnehmenden werde besonders auf Geschlechtergerechtigkeit geachtet, betont Schneider: „Das AIMS Netzwerk hat einen sehr hohen Anteil an hochbegabten Absolventinnen und ist dadurch ein idealer Kooperationspartner.“

Kristan Schneider

Lehrende der beteiligten deutschen Hochschulen unterrichten am AIMS Cameroon und vermitteln jungen Talenten Schlüsselkompetenzen auf dem Gebiet der datengestützten Modellierung. Das Interesse ist groß, seit 2018 wurden bereits zehn Master-Arbeiten betreut, sieben Studierende reisten für einen Forschungsaufenthalt nach Deutschland, einige davon mehrmals. Fünf der Absolventinnen und Absolventen arbeiten inzwischen an ihrer Promotion. Mit ihrer Forschung leisten die Projektpartnerinnen und -partner einen wichtigen Beitrag zu den übergeordneten SDGs im Bereich Gesundheit: allen Menschen ein gesundes Leben zu gewährleisten und ihr Wohlergehen zu fördern.

Rückschläge im Kampf gegen die Infektionskrankheit

Die aktuellen Zahlen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind jedoch ernüchternd: Nach mehr als einem Jahrzehnt stetiger Fortschritte ist die Bekämpfung von Malaria ins Stocken geraten. Seit 2015 sinken die Fallzahlen kaum noch. Allein 2018 starben etwa 405.000 Menschen an Malaria, zwei Drittel der Toten sind Kinder unter fünf Jahren. Mehr als 90 Prozent der Infizierten leben in Subsahara-Afrika. Fachleute fürchten, die Corona-Pandemie könnte zu einem Beschleuniger der gefährlichen Tropenkrankheit werden. Wegen der Einschränkungen im Gesundheitswesen bestehe die Gefahr, dass sich die Zahl der Malariatoten 2020 gegenüber dem Vorjahr verdoppelt.

Umso wichtiger könnten Methoden und Ergebnisse des deutsch-afrikanischen Kooperationsprojekts für die internationale Gesundheitsvorsorge sein. Denn das Zusammenspiel zwischen Wirt, Überträger und Erreger von Malaria ist komplex. So übernimmt die Anopheles-Mücke zwar eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Malaria, ist aber nicht der eigentliche Erreger. Über ihren Stich transportiert sie die Parasiten in einen Organismus, ohne selbst ernsthaft zu erkranken. Mit dem Blut gelangen sie zunächst in die Leber, und im Anschluss in veränderter Form wieder ins Blut wo sie sich innerhalb kurzer Zeit milliardenfach vermehren. Inaktive Parasiten können auch nach überstandener Krankheit im Körper überdauern und plötzliche Rückfälle auslösen.

Strategien zum Einsatz von Medikamenten

„Mit Hilfe mathematischer Modelle lassen sich vereinfachte Wirklichkeiten bauen“, sagt Kristan Schneider über das Vorgehen von „Maths against Malaria“. Auf Grundlage von Daten, die Gesundheitsbehörden und Forschungseinrichtungen über genetische Fingerabdrücke gewinnen, lassen sich Infektionswege statistisch rekonstruieren. So erkennen die Forschenden etwa, wie oft sich Patientinnen und Patienten infizierten und welche Parasiten in bestimmten Regionen besonders verbreitet sind. Diese Ergebnisse lassen zum Beispiel Rückschlüsse auf die Effektivität staatlicher Programme gegen Malaria zu. „Wir können auch den Verbreitungsgrad medikamentenresistenter Erreger herausrechnen“, so Schneider. „Aus diesen Ergebnissen lassen sich Strategien in der Gesundheitspolitik ableiten – zum Beispiel Medikamente, gegen die sich Resistenzen gebildet haben, nicht mehr einzusetzen.“

Die Resultate ihrer Analysen „übersetzen“ die Mathematikerinnen und Mathematiker anschließend wieder in die Sprache von Fachleuten aus Medizin, Epidemiologie und Biologie. Auf diese Weise ermöglichen sie Forschenden anderer Fachrichtungen nachzuvollziehen, wie Malaria funktioniert. Auch Kooperationen mit Verantwortlichen der Gesundheitspolitik und aus anderen Bereichen bestehen bereits. Mit Tropenmedizinerinnen und -medizinern der US Navy arbeiten die deutsch-afrikanischen Projektpartner inzwischen ebenso zusammen wie mit internationalen Gesundheitsbehörden.

 

Steckbrief: Mathematics against malaria within the AIMS network

Gefördert vom:

BMBF

 

 

 

 

 

 

 

 

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