A evolução não para

Vivemos sob o impacto mundial das diferentes variantes do coronavírus que causa a covid-19. Embora contemos com tecnologia e conhecimento para que uma nova pandemia não nos pegue de surpresa, é preciso um investimento adicional: dirigir os esforços para a pesquisa da origem e da evolução desses vírus. Só assim aprimoraremos nosso entendimento sobre o comportamento e a diversidade das espécies para um combate mais eficaz e específico.

CRÉDITO: A PARTIR DE FOTO ADOBE STOCK

Em 24 de novembro de 1859, foi publicado o livro A origem das espécies por meio da seleção natural, ou preservação das raças favorecidas na luta pela vida do quase médico, quase clérigo e finalmente naturalista inglês Charles Robert Darwin (1809-1882). Talvez o mais poético parágrafo do livro seja o último: “A partir de um início tão simples, um número infinito de formas, as mais belas e maravilhosas, evoluiu e continua a evoluir”. Pode-se notar, embutida nessa frase, a ideia de que é possível atribuir o surgimento de todos os organismos atuais a uma única origem.

Esses conceitos estão no núcleo do ramo da biologia chamado ‘filogenia’, estudo da relação da ancestralidade (origem) entre espécies de organismos. Descendemos de nossos pais e estamos conectados a nossos avós por eles, a nossos bisavós por estes últimos, e assim por diante, e podemos montar linhas que nos conectem a nossos ancestrais, que acabam tendo a forma de uma árvore.

Essa árvore, chamada ‘genealógica’, só se aplica a organismos de uma mesma espécie, como nesse exemplo de nós mesmos, Homo sapiens sapiens. Conseguimos desenhá-la porque temos documentos, histórias de famílias, vídeos e fotografias que contam que temos uma mesma origem, ou seja, que somos homólogos.

Se quisermos reconstruir a história da nossa família de um modo mais amplo, incluindo aí nossos primos próximos, gorilas e chimpanzés, e os membros mais exóticos, como morcegos, galinhas e baleias, a tarefa fica fácil se procurarmos as tais características homólogas no esqueleto: os ossos de nossos braços são homólogos aos do gorila e do chimpanzé, bem como o são em relação às asas dos morcegos e das galinhas e às nadadeiras das baleias.

Há mais categorias que podemos investigar para procurar características homólogas, como a presença de uma dada proteína e o modo como os 20 aminoácidos que a compõem se arranjam entre si para formá-la – o que pode ser revelado por diversas técnicas bioquímicas. E se pudéssemos ir direto na receita que coordena a formação de proteínas, células, órgãos e organismos inteiros para buscar as bases moleculares dessas homologias?


E SE PUDESSEMOS IR DIRETO NA RECEITA QUE COORDENA A FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS, CÉLULAS, ÓRGÃOS E ORGANISMOS INTEIROS PARA BUSCAR AS BASES MOLECULARES DESSAS HOMOLOGIAS?

É exatamente isso que o sequenciamento do DNA faz: utilizando reações bioqúimicas em laboratório e equipamentos capazes de ‘ler’ essas reações, conseguimos determinar qual dos quatro nucleotídeos – adenina, timina, guanina e citosina (A, T, G e C) – está presente em uma dada posição do genoma. Com essas sequências de DNA, podemos associar conceitos evolutivos à capacidade de processamento computacional e obter árvores genealógicas e filogenéticas que aprimorem nosso entendimento da diversidade e da evolução das espécies.

 

O caso dos vírus

Para os vírus, os menos complexos – porém, os mais numerosos organismos vivos na Terra (virologistas ainda se digladiam sobre se os vírus são ou não seres vivos) –, sequências de DNA fornecem dados acurados para construirmos filogenias e genealogias, já que características morfológicas (de estrutura e forma) e de ciclo de vida não nos dão bases para ir mais a fundo.

Mas há limitações. Quando tentamos fazer uma filogenia mais profunda, buscando os ancestrais de todos os vírus atuais, batemos em uma barreira gigantesca: os vírus não têm uma origem comum. Segundo a classificação do microbiologista norte-americano David Baltimore proposta em 1971 – um sistema usado para agrupar os vírus com base em como eles sintetizam o RNA mensageiro (mRNA)  e em como seu genoma se replica –, há sete tipos de genomas virais.


QUANDO TENTAMOS FAZER UMA FILOGENIA MAIS PROFUNDA, BUSCANDO OS ANCESTRAIS DE TODOS OS VÍRUS ATUAIS, BATEMOS EM UMA BARREIRA GIGANTESCA: OS VÍRUS NÃO TÊM UMA ORIGEM COMUM

Existem os vírus com DNA de fita dupla; aqueles com DNA de fita simples; com RNA de fita dupla; RNA de fita simples de sentido positivo (para os quais o genoma age como RNA mensageiro, dando instruções diretas aos ribossomos para a construção de proteínas virais); RNA de fita simples de sentido negativo (que ainda precisam fazer o RNA mensageiro após a infecção); RNA que é transcrito para DNA dentro das células (o caso dos retrovírus, como o HIV) e, finalmente, aqueles que vão no sentido contrário desse último: contêm DNA que tem como intermediário um RNA na sua replicação, como o vírus da hepatite B.

E como propor uma origem comum para essa selva viral? É possível agrupar as classes de Baltimore em três origens: uma para todos os vírus de RNA, uma para os vírus com DNA de fita simples e outra para os com DNA de dupla fita, atualmente classificados nos níveis taxonômicos domínio, reino, filo, classe, ordem, gênero e espécie (figura 1). Por exemplo, o coronavírus SARS-CoV-2, causador da covid-19, é classificado como Riboviria; Orthornavirae; Pisuviricota; Pisoniviricetes; Nidovirales; Cornidovirineae; Coronaviridae; Orthocoronavirinae; Betacoronavirus; Sarbecovirus; Coronavírus relacionado à síndrome respiratória aguda grave.

Figura 1. As sete classes de vírus segundo tipo de genoma e estratégia de replicação, mostrando suas especulativas três origens independentes de modo simplificado CRÉDITO: IMAGEM CEDIDA PELO AUTOR

Evolução dos coronavírus

Coronavírus como o SARS-CoV-2 têm um genoma RNA de fita simples de sentido positivo, com um comprimento de quase 30 mil nucleotídeos que codificam 26 proteínas, das quais 16 são parte da replicase – um conjunto de enzimas que faz a replicação do RNA viral, enquanto as demais fazem parte da estrutura viral, como a espícula S, a proteína de envelope, a de matriz e a proteína de nucleocapsídeo.

Existem dezenas de espécies de coronavírus que usam as mais diversas espécies de aves e mamíferos como hospedeiros. O SARS-CoV-2 é o sétimo coronavírus conhecido em seres humanos, o qual vem se juntar aos coronavírus de resfriados OC-43 e 229E, aos de infecções respiratórias mais complicadas, como as provocadas por NL63 e HKU-1, e aos SARS-CoV-1 e ao MERS-CoV, este último o coronavírus da síndrome respiratória do Oriente Médio.

Mas os coronavírus não são novos na história da vida na Terra: infere-se que os mesmos tenham 293 milhões de anos, o que os coloca próximo ao período Carbonífero, quando nossos ancestrais tetrápodes haviam ‘há pouco’ ganho o ambiente terrestre.

E como se pode fazer essa inferência filogenética tão profunda sem ter fósseis de vírus? Na verdade, esses fósseis existem – não de coronavírus, mas de alguns vírus totalmente diferentes que infectam insetos e que foram encontrados fossilizados no trato digestivo de mosquitos presos em âmbar e datados de 100 milhões de anos.

Sem registros fósseis, podemos usar filogenias baseadas nos relógios moleculares, que indicam a velocidade evolutiva medida em número de mutações que um certo gene acumula por ano. Daí, se sabemos a velocidade de evolução e se medirmos qual o número de diferenças entre sequências gênicas dos vírus de interesse, podemos fazer algo parecido com o que fazemos em física: se a velocidade é a distância dividida pelo tempo, o tempo (no caso, a idade da linhagem viral) é a distância (ou seja, o número de diferenças de nucleotídeos entre as linhagens virais) dividida pela velocidade (no caso, o número de mutações por ano).


SEM REGISTROS FÓSSEIS, PODEMOS USAR FILOGENIAS BASEADAS NOS RELÓGIOS MOLECULARES, QUE INDICAM A VELOCIDADE EVOLUTIVA MEDIDA EM NÚMERO DE MUTAÇÕES QUE UM CERTO GENE ACUMULA POR ANO

Mas aqui entra um problema de fundamental interesse em filogenias e genealogias virais para entender a evolução do SARS-CoV-2: qual gene levar em conta? Para chegar a uma resposta, precisamos saber a função de cada proteína desse vírus, como ela evolui e qual é a pergunta que queremos responder.

A proteína de espícula S é a que permite que o SARS-CoV-2 se ligue nos nossos receptores celulares chamados de ACE-2 (enzima conversora de angiotensina 2) (figura 2). Para se ligar ao receptor, a espícula S tem que manter estável o seu domino de ligação a receptores, que não pode mutar muito; se isso ocorrer, o vírus não é mais capaz de infectar as células.

Figura 2. Proteína de espícula do coronavírus SARS-CoV-2, causador da covid-19 (em rosas, azul e marrom) ligada ao recepto celular ACE2 (enzima conversora de angiotensina 2) em verde. CRÉDITO: ADAPTADA DE RECEPTOR BINDING AND PRIMING OF THE SPIKE PROTEIN OF SARS-COV-2 FOR MEMBRANE FUSION. BENTON DJ, WROBEL AG, XU P, ROUSTAN C, MARTIN SR, ROSENTHAL PB, SKEHEL JJ, GAMBLIN SJ. NATURE (2020) 588 P.327-330

Do mesmo modo, a estabilidade evolutiva do domínio de ligação a receptores é quem manda na especificidade dos hospedeiros, o que explica o pouco sucesso do SARS-CoV-2 em infectar outros animais que não os humanos. Mas, expondo-se assim, a S é alvo do sistema imune por meio dos anticorpos neutralizantes, que bloqueiam a infecção. Quanto mais a região onde esses anticorpos que se ligam a S variar, mais chance há para o vírus escapar. Isso explica por que encontramos tantas variações de aminoácidos em S, um tipo de seleção natural que chamamos de positiva.

Entretanto, para a replicase, que é o conjunto de proteínas que o coronavírus usa para copiar seu genoma, a pressão contra a presença de mutações é muito maior. Imagine se um aminoácido qualquer é trocado na replicase: ela pode não conseguir mais se encaixar no RNA do coronavírus e isso seria o fim para ele. É por isso que mutações nesses genes são raras, porque são normalmente deletérias ao vírus e são eliminadas, o que chamamos de seleção negativa ou purificante.  Outras mutações podem não ser nem favoráveis, nem desfavoráveis, mas sim neutras, não sofrendo seleção.

Para os coronavírus, o que vemos no laboratório é que, quando há trocas de espécies de hospedeiros, as primeiras mutações aparecem nos genes da proteína de espícula e, conforme o vírus vai se adaptando ao novo hospedeiro, começamos a detectar mutações na replicase e, por fim, nas proteínas que fazem a montagem dos vírus nascentes. Ou seja, a ordem das mutações segue a ordem do ciclo de vida do coronavírus.

Esses modos de evolução nos dão a impressão de que certa população de SARS-CoV-2 pode ser representada com segurança se escrevermos todo seu genoma usando as adeninas (As), timinas (Ts) – na verdade, as uracilas (Us), quando tratamos de RNA) –,  citosinas (Cs) e guaninas (Gs). Mas, não é tão fácil assim.

 

Espectro de mutantes

Vírus de RNA como os coronavírus existem sob a forma de uma nuvem, um enxame de genomas bem parecidos entre si, mas com ao menos uma mutação que os diferencia, que se agrupam ao redor da subpopulação que está em maior número – a dominante naquele momento –, o que chamamos de espectro de mutantes, permitindo que existam algumas subpopulações virais pré-selecionadas que podem se tornar as dominantes quando há troca de hospedeiros, quando o vírus se encontra com nossa resposta imune ou mesmo quando usamos antivirais de modo equivocado.

O que vemos acontecendo em tempo real com as diversas variantes e linhagens de SARS-CoV- 2 é isso: num certo momento, temos imunidade contra alguma delas, mas, como a evolução não pára, mutantes pré-selecionados e aqueles que acabam surgindo durante a infecção podem ter algumas mutações que permitam que elas escapem da nossa imunidade e se tornem, momentaneamente, dominantes.

E a que nos referimos quando falamos em variantes para SARS-CoV-2? Uma variante é, mais corretamente, uma linhagem viral que pode ter sua genealogia traçada ao ancestral comum dentro daquela espécie viral. Mas não quer dizer que cada variante descenda diretamente daquela que a sucedeu: a ômicron é muito distante da delta para afirmarmos que esta última é sua ancestral direta. Ela pode ter evoluído em algum lugar de baixa cobertura vacinal, como na África, a partir de uma das provavelmente muitas variantes desconhecidas e, de lá, escalou o pico de sucesso preparado pela nossa imunidade mais dirigida as ‘velhas’ variantes.

Isso porque as vacinas para coronavírus de uso humano e veterinário têm como resultado esperado diminuir os sintomas e a gravidade da doença e, assim, sua transmissão. Mas há mais: um esquema vacinal completo contra coronavírus também coloca uma imensa pressão sobre o espectro de mutantes, atingindo mais amplamente aquelas subpopulações pré-selecionadas não só por meio dos anticorpos, mas também pela pouco lembrada – mas fundamental – imunidade celular.


UM ESQUEMA VACINAL COMPLETO CONTRA CORONAVÍRUS TAMBÉM COLOCA UMA IMENSA PRESSÃO SOBRE O ESPECTRO DE MUTANTES, ATINGINDO MAIS AMPLAMENTE AQUELAS SUBPOPULAÇÕES PRÉ-SELECIONADAS NÃO SÓ POR MEIO DOS ANTICORPOS, MAS TAMBÉM PELA POUCO LEMBRADA – MAS FUNDAMENTAL – IMUNIDADE CELULAR.

Não é que as demais proteínas sejam ignoradas pelo sistema imune.  Mesmo que não sejam vistas pelos anticorpos neutralizantes, elas se expõem quando o SARS-CoV-2 destrói nossas células e acabam ‘chamando’ linfócitos T (um tipo de glóbulos brancos) que destroem as células infectadas. Mas, como já vimos, o relógio dessas outras proteínas do coronavírus, como a replicase, bate mais devagar e a evolução delas é menos afetada por acontecimentos recentes na vida do vírus. Ou seja, são ideais para filogenias mais profundas no tempo, e é por meio desse tipo de análise que sabemos que o SARS-CoV-2 tem parentes espalhados pelo Sudeste Asiático há várias décadas.

Vírus que nunca vimos estão por aí agora. Temos o conhecimento e a tecnologia para nos adiantarmos a eles. Direcionar verbas de pesquisa para procurar ativamente esses vírus e conhecer suas filogenias e genealogias, levá-los para os laboratórios e entender quem são e como funcionam, não pode ser visto como custo, mas sim como investimento. E um investimento que não é opcional, mas mandatório, se quisermos estar mais preparados para a próxima pandemia do que estávamos para esta.


DIRECIONAR VERBAS DE PESQUISA PARA PROCURAR ATIVAMENTE ESSES VÍRUS E CONHECER SUAS FILOGENIAS E GENEALOGIAS, LEVÁ-LOS PARA OS LABORATÓRIOS E ENTENDER QUEM SÃO E COMO FUNCIONAM, NÃO PODE SER VISTO COMO CUSTO, MAS SIM COMO INVESTIMENTO

A evolução não para.

Paulo Eduardo Brandão
Faculdade de Medicina Veterinária
Universidade São Paulo

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