[en] Each year 10 million people die from communicable diseases. They are infectious diseases caused by agents transmitted between individuals. Nowadays, the two infectious diseases that have the greatest impact are tuberculosis (TB) and coronavirus disease 2019 (COVID-19). According to the World Health Organization, TB killed 40 million individuals in the last 20 years. The COVID-19 pandemic has had an overwhelming effect on human life. It has caused millions of deaths and conditioned people's life since January 2020. Mathematical and computational models are powerful tools in science to better understand, predict, and condition the dynamics of a desired system. In this thesis, we present a compendium of five publications where mathematical modelling is used to better understand and predict the dynamics of TB and COVID-19 at different spatio-temporal scales. Although TB is a disease identified many years ago, its natural history is not fully understood yet. The main objectives of this thesis in this area are related with the understanding of the factors and processes that facilitate the triggering of an active disease from a latent tuberculosis infection. We also aim at improving understanding of the human-TB coexistence for more than 70,000 years and some of the particularities that have facilitated this coexistence. We have built several models of the pulmonary TB infection at different spatial scales. At the alveolus level, we have seen that the correct balance of the immune response determines the outcome of the infection. At the secondary lobe level, we identified the distance to pulmonary membranes as an important factor to determine final lesion size. At the lung level, we have reproduced a dynamic hypothesis that explains the generation of secondary granulomas after the bronchial dissemination of the infectious bacilli from a preceding lesion. We have assessed the importance of lesion merging as a driving force for the triggering of the active disease. In addition, we have modelled human-TB coexistence in the Paleolithic and Neolithic ages, and determined that female protection against TB was crucial for the survival of the human species. In the Neolithic age, new "modern" lineages emerged, displacing "ancient" ones. Mathematical modelling yields results that explain why this emergence was not possible in the Paleolithic age. When the COVID-19 pandemic started, there was a lack of monitoring systems to help control and manage the pandemic. In this thesis, we focus on several aims related to the assessment of the real incidence during the first wave, as well as on the building and testing of a short-term prediction model. We developed a methodology to estimate the real incidence of COVID-19 based on the estimated lethality and the reported death series. We applied this to several European countries, after analyzing possible bias due to differing age structures. As well, we proposed and calibrated an empirical model based on the Gompertz growth that allows for reliable short-term forecasting at the country level. This thesis demonstrates how mathematical and computational models can be used to predict and better understand important characteristics of infectious diseases such as TB and COVID-19.

[es] Cada año 10 millones de personas mueren a causa de enfermedades contagiosas. Son enfermedades infecciosas causadas por agentes que se transmiten entre los diferentes individuos. Hoy en día, la tuberculosis (TB) y el COVID-19 son las dos enfermedades infecciosas que tienen un mayor impacto mundial. Según las estimaciones de la Organización Mundial de la Salud, la TB ha causado la muerte de casi 40 millones de individuos en los últimos 20 años. La pandemia del COVID-19 ha cambiado por completo la forma de vivir de la población mundial. Desde enero de 2020 ha causado millones de muertos y ha condicionado las vidas y el comportamiento de las personas. Los modelos matemáticos y computacionales son una herramienta muy potente que, en ciencia, pueden ayudar a entender, predecir y/o condicionar la dinámica de un sistema en concreto. En esta tesis presentamos un compendio de cinco artículos donde se usan los modelos matemáticos para entender y predecir las dinámicas de la tuberculosis y el COVID-19 en diferentes escalas espacio-temporales. Aunque la TB es una enfermedad que se identificó hace muchos años, algunos detalles de su historia natural aún son desconocidos. El objetivo principal de esta tesis en relación a la TB es entender los factores y procesos que facilitan el paso desde una infección latente a enfermedad activa. También hemos intentado mejorar el conocimiento e identificar las particularidades de los 70000 años de coexistencia entre los humanos y la TB. Hemos creado diferentes modelos sobre la infección tuberculosa pulmonar a diferentes escalas espaciales. A nivel alveolar, hemos identificado que el correcto balance entre la respuesta inmune y la respuesta inflamatoria es determinante para el resultado de la infección. A escala del lóbulo secundario hemos visto que la distancia entre la lesión y la membrana pulmonar es un factor importante que determinará el tamaño final de la lesión. A escala del pulmón, se ha reproducido la hipótesis dinámica que nos permite explicar la generación de nuevas lesiones a partir de diseminación bronquial de las lesiones iniciales. Se ha identificado el proceso de fusión de lesiones como uno de los procesos más importantes que hace aparecer lesiones más grandes y acaba originando la enfermedad activa. Además, hemos modelizado la coexistencia entre los humanos y la TB en el Paleolítico y el Neolítico. Se ha identificado que la protección femenina ante la TB fue crucial para la supervivencia de la especie humana. En el Neolítico, aparecieron cepas "modernas"que desplazaron las "antiguas". Con modelos matemáticos se ha podido observar que esta aparición no era posible en el Paleolítico. Al iniciarse la pandemia del COVID-19, los sistemas de vigilancia que debían servir para controlar y monitorizar la pandemia eran inexistentes o deficientes. En esta tesis hemos trabajado principalmente en dos aspectos para ayudar a la monitorización de la pandemia: determinar la incidencia real de la primera ola y crear un modelo de predicciones a corto plazo. Hemos desarrollado una metodología para determinar la incidencia real que tuvo el COVID-19 basada en la letalidad de la enfermedad y las series temporales de defunciones. Esta metodología se ha podido aplicar en varios países europeos, teniendo en cuenta los posibles sesgos, por ejemplo, las diferentes pirámides de población. También se ha usado y calibrado un modelo empírico basado en la ecuación de Gompertz que nos permite hacer una predicción de los casos a corto plazo a nivel de país. Esta tesis demuestra cómo los modelos computacionales y matemáticos pueden ayudar a predecir y entender mejor las características de las enfermedades infecciosas usando como ejemplo la tuberculosis y el COVID-19.