The Mycobacterium tuberculosis (Mbt)- causative agent of tuberculosis- manipulates the host immune response and thus stimulates inflammatory processes leading to an imbalance of matrix metalloproteinases and its inhibitors (MMP/inhibitors) facilitating tissue destruction. Moreover, different resistant strains might have functional dynamics reflected in changes of MMP/inhibitors concentrations, distinct from the dynamics of drug-sensitive strains that can lead to different outcomes of the planned treatment. The association of MMP/inhibitors imbalance and various clinical forms of lung tissue destruction depending on the drug sensitivity of the pathogen was not investigated before. The proposed study aims to fill this gap. In particular, we will leverage advanced multidimensional statistical methods applied to clinical outcome data to validate our mathematical model and to assess the potential of novel biomarkers.

The goals of the collaborative project are:
- to conduct a large-scale multidimensional statistical analysis that takes into account many clinical parameters, such as the concentration of major metalloproteinases, the degree of bacterial excretion in patients, the number of destruction foci, the degree of tissue destruction in each focus (based on X-Ray images). Major statistical tools will include multidimensional analysis, random forest regression and classification methods as well as survival analysis.
- to validate our mathematical model of the host-pathogen dynamics in lungs, incorporating manipulation of metabolic pathways and immune response by the pathogen, taking into account the data collected at SPb Institute of Phthisiopulmonology and from the literature.
- to carry out a comparative analysis of the model obtained with the existing models on host-pathogen dynamics [Holling, 1959); Bazykin A.D, 1998], in order to obtain key parameters that control the spread of the pathogen in the lungs to predict the initial stages of treatment.
- to explore data obtained by the methods of Raman spectroscopy , to differentiate between drug-resistant and drug-sensitive pathogens, as well as of pathogen genomic data (collected at the SPSU) as possible additional covariates of treatment outcomes.
- to prepare a scientific publication and to write a grant proposal for e.g.Volkswagen Stiftung to ensure the further collaboration.

Проект посвящен математическому моделированию динамики популяции M.tuberculosis с различной лекарственной чувствительностью в легких человека с учетом анализа имеющихся клинических данных. Mycobacterium tuberculosis (Mbt) - возбудитель туберкулеза - манипулирует иммунным ответом хозяина и, таким образом, стимулирует воспалительные процессы, приводящие к дисбалансу матриксных металлопротеиназ и их ингибиторов (ММР / ингибиторов), способствующих разрушению тканей.
Более того, разные резистентные штаммы могут иметь функциональную динамику, отраженную в изменениях концентраций ММР / ингибиторов, в отличие от динамики чувствительных к лекарственным средствам штаммов, которые могут привести к различным результатам планируемого лечения. Связь дисбаланса MMP / ингибиторов и различных клинических форм деструкции легочной ткани в зависимости от лекарственной чувствительности возбудителя ранее не исследовалась. Предлагаемое исследование направлено на восполнение этого пробела.
Цели совместного проекта:
- Провести крупномасштабный многомерный статистический анализ, который учитывает многие клинические параметры, такие как концентрация основных металлопротеиназ, степень экскреции бактерий у пациентов, количество очагов деструкции, степень деструкции ткани в каждом очаге (на основе рентгеновских снимков).
Основные статистические инструменты будут включать многомерный анализ, методы случайной регрессии и классификации, а также анализ выживаемости. Для проверки математической модели динамики патогена-хозяина в легких, включая манипулирование метаболическими путями и иммунный ответ патогеном, соответствующие данные собраны в Институте фтизиопульмонологии, а также почерпнуты из литературы.
- Провести сравнительный анализ полученной модели с существующими моделями динамики хозяина-патогена [Holling, 1959; Базыкин А.Д., 1998], для получения основных параметров, которые контролируют распространение возбудителя в легких.
- Изучить данные, полученные методами спектроскопии, для дифференциации между уровнями лекарственной устойчивости.
- Чувствительные патогены, а также данные о геномах патогенов (собранные в СПбГУ) как возможные дополнительные ковариаты результатов лечения.
- Подготовить научную публикацию.