Existem mais vírus do que estrelas no universo. Por que apenas alguns nos infectam?

Há mais de um quadrilhão de vírus na Terra, mas a maioria não está preparada para infectar os humanos. Podemos, então, identificar a minoria?

quinta-feira, 23 de abril de 2020,
Por Katherine J. Wu
Esta imagem de um microscópio eletrônico de varredura mostra o SARS-CoV-2 (esferas douradas) emergindo da superfície ...

Esta imagem de um microscópio eletrônico de varredura mostra o SARS-CoV-2 (esferas douradas) emergindo da superfície de células cultivadas em laboratório. O SARS-CoV-2 é o vírus que causa a covid-19.

Foto de NIAID-RML

Os vírus podem ser encontrados em todos os ambientes do mundo natural: em ebulição na água do mar, flutuando pela atmosfera e à espreita em minúsculos grãos de areia. Geralmente considerados seres não vivos, esses patógenos só conseguem se replicar com a ajuda de um hospedeiro e são capazes de sequestrar organismos de todos os ramos da árvore da vida — incluindo uma infinidade de células humanas.

Existem cerca de dez nonilhões de vírus (10 elevado a 31) em nosso planeta — o suficiente para atribuir um a cada estrela do universo 100 milhões de vezes.

Na maioria das vezes, entretanto, nossa espécie consegue viver relativamente livre de doenças neste mundo repleto de vírus. O motivo tem menos a ver com a resiliência do corpo humano às doenças do que com as peculiaridades biológicas dos vírus, explica Sara Sawyer, virologista e ecologista de doenças da Universidade do Colorado em Boulder. Esses patógenos são extremamente exigentes quanto às células que infectam, e apenas uma ínfima fração dos vírus que nos cercam realmente representa uma ameaça.

Ainda assim, conforme claramente demonstrado pela atual pandemia de covid-19, surtos de novos vírus que afetam os humanos de fato acontecem — e eles não são tão inesperados quanto podem parecer.

Para obter previsões melhores e evitar surtos, os cientistas estão estudando as características que podem explicar por que alguns vírus, e não outros, são capazes de infectar humanos. Alguns sofrem mutações com mais frequência, talvez facilitando sua disseminação para novos hospedeiros, enquanto outros surgem após interações entre humanos e animais, que dão aos vírus oportunidade de se deslocarem entre espécies.

Quando se trata de epidemias, “padrões podem ser realmente observados”, afirma Raina Plowright, ecologista de doenças da Universidade Estadual de Montana. “E esses padrões são previsíveis.”

Transição entre espécies

A maioria das novas doenças infecciosas atinge a população humana da mesma forma que a covid-19: como uma zoonose, ou uma doença que infecta pessoas por meio de um animal. Acredita-se que somente os mamíferos e as aves hospedem cerca de 1,7 milhão de vírus não descobertos — um número que incentivou cientistas de todo o mundo a pesquisar a vida selvagem da Terra em busca da causa da próxima pandemia que poderia atingir nossa espécie.

Bactérias, fungos e parasitas também podem ser transmitidos de animais para pessoas, mas esses patógenos geralmente se reproduzem sem infectar hospedeiros, e muitos vírus estão mais bem equipados para uma transição entre espécies.

Para fazer uma transição bem-sucedida de uma espécie para outra, um vírus deve eliminar uma série de obstáculos biológicos. O patógeno precisa sair de um animal e entrar em contato com outro, e então estabelecer uma infecção no segundo hospedeiro, explica Jemma Geoghegan, virologista da Universidade Macquarie. Isso é conhecido como evento de spillover ou troca de hospedeiro. Depois que o vírus se instala em um novo hospedeiro, ele precisa se disseminar para outros membros da espécie.

É difícil estimar números exatos, mas a grande maioria das trocas de hospedeiro entre animais e humanos provavelmente resulta em infecções limitadas que nunca atingem mais de um indivíduo. Para um novo vírus realmente desencadear um surto, “diversos fatores precisam estar alinhados“, diz Dorothy Tovar, virologista e ecologista de doenças da Universidade de Stanford.

Funcionários da vigilância sanitária colhem uma amostra de sangue de uma galinha para teste da gripe aviária em Can Tho, no Vietnã.

Foto de Lynn Johnson, Nat Geo Image Collection

Esses fatores incluem a frequência com que um animal portador do vírus interage com humanos, os meios pelos quais o vírus se propaga, quanto tempo o vírus consegue sobreviver fora de um hospedeiro e o impacto que o vírus consegue ter no sistema imunológico humano. Um obstáculo em qualquer etapa da cadeia de transmissão pode frustrar a tentativa do patógeno de infectar uma nova espécie. Mesmo fatores que parecem inofensivos — como chuvas acima da média ou escassez local de alimentos — podem reconfigurar a dinâmica de interação entre humanos e animais.

Para um vírus, um dos aspectos mais desafiadores da transmissão é invadir as células do novo hospedeiro, que contêm as funções moleculares que esses patógenos precisam replicar. Nesse processo, o vírus normalmente precisa se prender a uma molécula localizada na parte externa de uma célula humana — como uma chave que entra na fechadura. Quanto melhor o encaixe, maior a probabilidade de o patógeno acessar o interior da célula. O SARS-CoV-2, o coronavírus que causa a covid-19, se prende à proteína ECA2 para invadir as células das vias aéreas humanas.

Para qualquer hospedeiro, “existe um número muito pequeno de patógenos capazes de” invadir suas células dessa maneira, explica Sawyer. A grande maioria dos vírus que encontramos simplesmente se afasta de nossas células, saindo de nossos corpos após uma visita inofensiva.

As diversas facetas dos vírus

Às vezes, no entanto, um patógeno acaba se instalando. Sabe-se que mais de 200 vírus causam doenças em seres humanos e todos são capazes de invadir células humanas. Mas é possível que no início não tivessem essa habilidade.

As moléculas hospedeiras às quais os vírus se prendem, chamados receptores, tendem a ser altamente variáveis de uma espécie para outra, diz Sawyer. “Uma propriedade importante de um vírus capaz de causar uma zoonose é que ele consegue, com um pequeno número de etapas evolutivas, se adaptar para usar a versão humana desse receptor.”

Vírus com muita flexibilidade genética, e particularmente aqueles que codificam seus genomas como RNA e não como DNA, são adequados para a transição entre espécies. Comparados aos vírus e células que dependem do DNA, os vírus de RNA tendem a ser desleixados quando copiam seu código genético, introduzindo uma alta taxa de mutações. Esse processo propenso a erros cria uma enorme diversidade nas populações de vírus de RNA, permitindo que eles se adaptem a novos ambientes — incluindo novas espécies hospedeiras — em ritmo acelerado, explica Sarah Zohdy, ecologista de doenças da Universidade de Auburn.

Dos patógenos que infectaram a população humana nas últimas décadas, a maioria é vírus de RNA, incluindo o ebola, SARS, MERS, zika, vários do influenza e o SARS-CoV-2.

Alguns vírus também podem alterar seu código genético utilizando outro método, parecido com a reprodução sexual. Quando dois vírus geneticamente diferentes infectam a mesma célula, eles podem trocar segmentos de seus genomas entre si à medida que se replicam, produzindo vírus híbridos que diferem de seus “originadores”. Os vírus da gripe, que dependem do RNA, estão entre os que sofrem mutações independentes e que misturam seus genomas com frequência — características que ajudaram o vírus da influenza a percorrer uma variedade de espécies silvestres e domésticas, incluindo porcos, baleias, cavalos, focas, vários tipos de pássaros e, é claro, humanos.

O patógeno “perfeito”

Porém, nem a mutação nem o cruzamento viral podem garantir a troca de hospedeiro — e os vírus que não possuem uma ou ambas as características ainda conseguem infectar uma grande variedade de hospedeiros.

Alguns anos atrás, Geoghegan e seus colegas identificaram uma série de outras características comuns aos vírus que causam doenças em humanos. A análise da equipe revelou que os vírus pareciam se esconder em seus hospedeiros por longos períodos de tempo sem serem letais, ganhando uma vantagem com isso. Infecções mais longas, explica ela, provavelmente dão a esses patógenos furtivos mais tempo para se adaptarem e se disseminarem para novas espécies.

Muitos dos patógenos que infectam pessoas o fazem por meio de roedores, morcegos e primatas não humanos, provavelmente devido a alguma combinação da abundância dessas espécies, proximidade com as pessoas e semelhanças biológicas com os seres humanos, diz Zohdy. E, é claro, vírus relacionados a patógenos humanos conhecidos, como novas cepas do influenza e o novo coronavírus, sempre representam possíveis ameaças. Embora muitos desses micróbios acabem sendo inofensivos aos humanos, algumas mudanças genéticas podem torná-los compatíveis com as nossas células.

As características virais por si só não são suficientes para prever pandemias. Mas, à medida que os cientistas continuam catalogando os diversos vírus que habitam nosso planeta, conhecer algumas dessas características reveladoras pode ajudá-los a priorizar patógenos para estudos adicionais, diz Tracey Goldstein, diretora associada da Universidade da Califórnia, no One Health Institute de Davis. Depois que um vírus candidato é identificado em campo, ele pode ser levado ao laboratório para verificar se é realmente capaz de infectar e se replicar em células humanas.

Tradicionalmente, muitas dessas etapas são executadas por diferentes grupos de pesquisadores, sendo que alguns concentram seus esforços na amostragem de vírus na natureza e outros focam principalmente na caracterização de patógenos em laboratório, diz Tovar. No entanto, os cientistas não conseguem ter uma visão completa dos patógenos que poderiam nos colocar em risco sem vigilância em campo, e não podem confirmar quais representam as maiores ameaças sem experimentos de laboratório.

“Muitos aspectos ainda precisam ser identificados e tudo é importante”, afirma Plowright. Mas essa complexidade pode favorecer os humanos: quanto mais fatores de troca de hospedeiro forem identificados pelos pesquisadores, mais oportunidades eles terão para intervir. Em algum momento, com informações suficientes, poderemos até mesmo impedir surtos antes que eles ocorram.

“A quantidade de informações que conseguimos obter em um período tão curto de tempo... é incrível”, conta Zohdy. “Isso já me traz esperança.”

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