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Plasmoknowlesim

by Angel Criado (Submitted: 12/03/2010)

[screen shot]

Download Plasmoknowlesim
If clicking does not initiate a download, try right clicking or control clicking and choosing "Save" or "Download".

(You can also run this model in your browser, but we don't recommend it; details here.)

ENGLISH VERSION AT THE BOTTOM

¿QUE ES PLASMOKNOWLESIM?
Es un modelo gráfico que trata de explicar como se desarrollan las infecciones por el protozoo Apicomplexa Plasmodium knowlesi en poblaciones de simios (Maccaca fascicularis), de humanos y de uno de sus vectores (Anopheles flavirostris) en el Sudeste asiático (Filipinas). También se observa la evolución de los niveles de infección cuando se emprenden campañas de control.

COMO FUNCIONA.
Ciclo biológico: En la naturaleza, el ciclo de Plasmodium knowlesi afecta a humanos, simios y mosquitos del género Anopheles.
Los mosquitos infectados inoculan el protozoo a las personas y simios. Los plasmodios viven en primer lugar en células del hígado, pero poco tiempo después pasan a la sangre. Allí infectan a los eritrocitos y se reproducen en ellos de forma asexual. La rotura más o menos sincronizada de eritrocitos causa accesos diarios de fiebres maláricas. En la sangre se originan también formas inmaduras (gametocitos)del protozoo necesarias para la reproducción sexual del plasmodio. Cuando el mosquito sano ingiere sangre con Plasmodium, los gametocitos dan lugar (intestino del mosquito) a la fase sexual (gametos). La fusión de los gametos da lugar al cigoto, del cual se originarán formas (ooquinetos) que se reproducen asexualmente. Los protozoos derivados del ooquineto son los esporozoitos, que viajan del intestino hacia las glándulas salivares. Desde allí pueden provocar una nueva infección en humanos al ser inoculados con la saliva del artrópodo.

En el modelo se menciona una especie de mosquito que es un vector real en Filipinas. Anopheles flavirostris puede criar en hábitats muy variados: ríos y arroyos en zonas de bosque tropical, canales de regadío, fuentes, arrozales, etc. Se alimenta sobre humanos y en animales. Muerde tanto en el exterior como en el interior de las casas, pero reposa normalmente fuera de las casas. En el modelo se considera además que las poblaciones de monos y mosquitos están relativamente aisladas de la mayoría de la población humana. También se establece que generalmente sólo las personas que se acercan a zonas boscosas pueden tener contacto con mosquitos infectados con Plasmodium. Esto se corresponde con lo observado en muchos casos humanos en el sureste asiático.

En el modelo de simulación PLASMOKNOWLESIM tenemos 3 elementos FIJOS: población de humanos, población de macacos colilargos (Maccaca fascicularis) y población de mosquitos (Anopheles flavirostris). Existe una zona de poblado (parte alta de la pantalla), una zona de transición (un arrozal en la zona media-baja de la pantalla) y una zona de bosque tropical (parte baja de la pantalla). Opcionalmente hay 3 elementos de control: doctores, mosquiteros impregnados con insecticidas e insecticidas para utilizar en casas o alrededores (incluyendo superficies de agua pero no en la zona boscosa).
Las poblaciones se reproducen hasta llegar a 100 individuos. En el inicio, existen 2 humanos, 15 monos y 15 mosquitos infectados que aseguran la propagación de la enfermedad.
El modelo tiene las siguientes premisas:
1) En el mundo hay humanos, macacos y mosquitos que se mueven, reproducen y mueren.
2) Los humanos se mueven por todo el "mundo".
3) los mosquitos Anopheles y los macacos se desplazan en su hábitat normal (las zonas de bosque y anejas) en la parte inferior de la pantalla.
4) Las infecciones se producen por proximidad. Los humanos sanos son de color verde, y los infectados de color naranja. Los monos sanos son grises y los enfermos rosa. Los mosquitos sanos son grises y los infectados rojos. Si un humano/macaco infectado se acerca a un mosquito sano el mosquito se infecta y viceversa.
5) En este modelo no se tiene en cuenta la posible inmunidad de los humanos frente a Plasmodium.

CONTROLES

En la subcarpeta "Interface" tenemos una pantalla de simulación ("el mundo virtual"), un botón de reseteo, un botón de encendido, 3 contadores (porcentajes de humanos, macacos y Anopheles infectados), un gráfico (de evolución de la infección en los 3 hospedadores mencionados) y finalmente 3 mandos deslizantes que pueden iniciar las actividades de control, siendo posible variar la intensidad con la que se ejecuta la acción (entre 0-10 elementos). En este caso, las actividades sólo son posibles en la zona de arrozal y poblado:
- "Number of doctors", los doctores curan a las personas infectadas que se les acercan.
- "Insecticide_sprayings", equivalente a tratar con un producto insecticida las viviendas y si es posible el agua de zonas encharcadas próximas.
- "bednets in houses", aparecen mosquiteros en el interior de las casas. Los mosquiteros eliminan los mosquitos que se les acercan, pues el modelo supone que están impregnados con insecticida.

Para activar el modelo, siga los siguientes pasos:
1) Seleccione un nivel (> 0) en alguna de las actividades de control si desea usarlas desde el inicio.
2) presione set up, aparecerán los intervinientes en el ciclo + doctores, botes de insecticida o mosquiteros impregnados de insecticida, si seleccionó > 0 en alguno de los mandos deslizantes para control de enfermedades
3) presione "go". Si quiere ver la evolución de los gráficos cartesianos de simulación de una manera mas rápida, deseleccione la opción "view updates" (situada encima de la pantalla del mundo virtual).
4) Para detener la simulación pulse de nuevo "go"

VARIACIONES

Observe que sin utilizar ningún método de control, los seres humanos presentan frecuentes casos de enfermedad, aunque con baja endemicidad. Compare esto con los niveles de infección en mosquitos y monos viviendo en la zona selvática. Evidentemente, cuando se instauran tratamientos en humanos, la enfermedad puede reducirse en frecuencia. Pero debido a la localización selvática de vector artrópodo y reservorio, las dificultades para lograr el control son grandes, incluso utilizando el "control integrado" (dicho de otra forma, todos los medios disponibles).

MODELOS RELACIONADOS

ANISAKISIM, BABESIM, BRUGIASIM, CRYPTOSPORISIM, EGRANULOSIM, LEISHMANISIM, PLASMOVIVASIM, SCHISTOJAPONISIM, TAENIASAGISIM, TOXOCARASIM, TOXOPLASIM, TRICHINELLASIM, TRYPANOCRUSIM, TRYPANORHODSIM, MALARIA, VIRUS.

AGRADECIMIENTOS Y REFERENCIAS

Modelo parasitológico creado por el Dr Angel Criado para docencia en diversos cursos de Parasitología. Dpto de Microbiología y Parasitología, laboratorio de Parasitología, Facultad de Farmacia. Universidad de Alcalá, 28871 Alcalá de Henares, (Madrid) ESPAÑA.
El código informático del modelo se basa parcialmente en los programas "Malaria" (Erin Flanagan) y "Virus” (Dr. Uri Wilensky), en NETLOGO.

Para aprender más sobre parásitos y su control:

1) Manual de Parasitología.(2007). J. Gállego-Berenguer - Edit. Univ de Barcelona

2) (en inglés) Control of Human Parasitic Diseases - Academic Press,(2006)
by David H Molyneux (Editor)
ISBN: 0120317613
Artículo específico sobre Plasmodium knowlesi:
Luchavez et al (2008), Human infections with Plasmodiumn knowlesi in the Philippines. Emerging Infectiuos Diseases 14 (5), 811-813.

ENGLISH VERSION

PLASMOKNOWLESIM - WHAT IS IT?
This model is a simple illustration of the life-cycle of the parasitic protozoa "Plasmodium knowlesi", and how several strategies may help to control the disease (knowlesi' malaria). It has been devised as a basic visual model, giving an overview of the scenario where pathogen and hosts interact.

HOW IT WORKS

Plasmodium knowlesi Life-Cycle:
In Nature, Plasmodium lives in humans and Anopheles mosquitoes.
When biting, infected Anopheles inoculate live protozoa with saliva. Protozoa are located first in liver cells, but they move soon to blood cells. Namely, parasites infect red blood cells, multiplying by schyzogony (multiple cell fisions = asexual reproduction). Rupture of infected erythrocytes leads to the apparition of daily fever relapses (this is typical of malarial infections). Some protozoa stages (destined to undergo sexual reproduction in mosquitoes) originate in red blood cells. If a mosquito takes a blood meal containing these sexual stages, protozoa "pre-gametes" are able to produce gametes. Gamete fusion leads to a ooquinete form that multiply asexually in mosquito's gut. Forms derived from ooquinetes (sporozoites) migrate to salivary glands, where they remain in mosquito's saliva in order to infect humans (when the mosquito takes a new blood meal in a healthy person).

In this model the arthopod vector is Anopheles flavirostris, one of the real vectors of knowlesi' malaria in the Philippines. A. flavirostris is a species dwelling in a wide variety of habitats in tropical Asia. A. flavirostris prefers shaded areas and feeds both on humans and animals. Feeds indoors or outdoors but rests mainly outdoors after feeding.
The model assumes that apes and mosquitoes (the main malaria-infected populations) are relatively isolated from human beings. Only people travelling to tropical forest areas may get infected with P. knowlesi. This corresponds well with the epidemiology observed in human cases reported in Malaysia or the Philippines.

In the PLASMOKNOWLESIM model, there are 3 essential components: humans, apes and Anopheles flavirostris mosquitoes. There is a human settlement in the upper part of the virtual world, a rice field in the centre and a tropical forest in the lower part. Optionally, we can set up in the "virtual world" some agents that help in reducing malaria levels, such as: medicine doctors, insecticides, and bednets. However, these elements are located (and moving, like doctors or insecticides) only in the upper and central parts of the virtual world.
Host populations in the simulation reproduce up to 100 individuals. Initially, a certain number of hosts are infected, so as to ensure the propagation of the disease.
This model is based on these guidelines:
1) Humans, apes and mosquitoes move, reproduce and die.
2) Humans roam throughout the world
3) Mosquitoes and apes move only in the lower part of the virtual world
4) Infection happens by proximity. Healthy individuals show colour green, white or grey. Infected hosts are red, orange or pink. If infected humans/apes get close to mosquitoes, the latter become infected, and vice versa.
5) The simulation does not take into account the possiblity of host' immune response against Plasmodium.

HOW TO USE IT

In the "Interface" folder we found "a virtual world screen", a "set up" button (it clears the screen and creates the simulation screen with all the participant organisms), a "go" button (that runs/stops the simulation), 3 monitors (showing percent of infected hosts), and one plot showing the number of infected hosts. Optionally, some control measures can be implemented by using three sliders:
- "Human_treatment" switch: medicine doctors wander through the residential area providing treatment to infected humans.
- "Insecticide sprayings": insecticides are applied in houses and larvicides in water surfaces near the houses. Mosquitoes approaching insecticide sprays die.
- "Bednets in houses": bednets impregnated with insecticides are located inside the houses. Mosquitoes approaching bednets die.

To run the simulation:
1) Select in the sliders the desired control agents to be deployed (0 - 10).
2) Press "set up": humans, apes and Anopheles mosquitoes will appear. Also selected control agents should appear if a number greater than 0 was selected in some slider(s).
3) Press "go" to run the simulation. To see faster the outcome of the run (only in plots and counters), unselect the "view updates" option.
4) To stop, press again the "go" button.

THINGS TO TRY

If no control measures are undertaken, Plasmodium knowlesi appears with very low frequency in the human population. The situation is quite different in mosquitoes and apes. Try to see what happens when some control measures are introduced. In this case, the location of reservoirs (apes) in a sylvatic environment makes very difficult the control of human malaria cases.

RELATED MODELS

BABESIM, BRUGIASIM, CRYPTOSPORISIM, EGRANULOSIM, LEISHMANISIM, PLASMOVIVASIM, SCHISTOJAPONISIM, TAENIASAGISIM, TOXOCARASIM, TOXOPLASIM, TRICHINELLASIM, TRYPANOCRUSIM, TRYPANORHODSIM, MALARIA, VIRUS.

CREDITS AND REFERENCES

This model was created by Dr Angel Criado as part of different courses on parasitic diseases imparted at the Microbiology and Parasitology Dpt. (Parasitology Laboratory, Faculty of Pharmacy - University of Alcalá, 28871 Alcalá de Henares - Madrid - SPAIN).
Some parts of the code are borrowed from Flanagan's "Malaria" and Wilensky's "Virus”, two NETLOGO models.

1) To learn more on parasite control:
Control of Human Parasitic Diseases (Academic Press)- (2006)
by David H Molyneux (Editor)
ISBN: 0120317613
2) To learn more on knowlesi' malaria in the Philippines
Luchavez et al (2008), Human infections with Plasmodiumn knowlesi in the Philippines. Emerging Infectiuos Diseases 14 (5), 811-813.

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