Vírus
Vírus são pequenos agentes infecciosos, a maioria com 20-300 nm de diâmetro, apesar de existirem vírus ɡiɡantes de (0,6–1,5 µm), que apresentam genoma constituído de uma ou várias moléculas de ácido nucleico, as quais possuem a forma de fita simples ou dupla. Os ácidos nucleicos dos vírus geralmente apresentam-se revestidos por um envoltório proteico formado por uma ou várias proteínas, que pode ainda ser revestido por um complexo envelope formado por uma bicamada lipídica.
A palavra "vírus" vem do latim virus, que se refere a veneno, ou alguma substância nociva. Foi usada pela primeira vez, em inglês, em 1392. O termo "virulento", do latim virulentus (venenoso), data de 1400. O termo "virion" também é usado para se referir a uma única partícula viral infecciosa.
Em meados do século XIX, Louis Pasteur propôs a teoria microbiana das doenças, na qual explicava que todas as doenças eram causadas e propagadas por algum “tipo de vida diminuta” que se multiplicava no organismo doente, se transmitia para outro e o contaminava. Pasteur, no entanto, ao trabalhar com a raiva, constatou que, embora a doença fosse contagiosa e transmitida pela mordida de um animal raivoso, o micro-organismo não podia ser observado. Pasteur concluiu que o agente infeccioso estava presente mas era muito pequeno para ser observado através do microscópio. Em 1884, o microbiologista Charles Chamberland desenvolveu um filtro (conhecido como filtro Chamberland ou Chamberland-Pasteur), com poros mais pequenos do que uma bactéria. Fazendo passar uma solução que continha bactérias através desse filtro, as bactérias ficavam nele retidas e a solução filtrada obtida tornava-se estéril. Em 1886, Adolf Mayer demonstrou que a doença do tabaco podia ser transmitida a plantas saudáveis pela inoculação com extratos de plantas doentes. Em 1892, o biólogo Dmitri Ivanovski fez uso do filtro Chamberland para demonstrar que folhas de tabaco infectadas trituradas continuavam infectadas mesmo após a filtragem. Ivanovsky sugeriu que a infecção poderia ser causada por uma toxina produzida pelas bactérias, mas ele não persistiu nesta hipótese. Em 1898, o microbiologista Martinus Beijerinck repetiu a experiência independentemente e ficou convencido que a solução filtrada continha um novo agente infeccioso, denominado de contagium vivum fluidum (fluido vivo contagioso). Ele também observou que este agente apenas se reproduzia em células que se dividiam, mas não conseguiu determinar se este seria constituído de partículas, assumindo que os vírus estariam presentes no estado líquido. Beijerinck introduziu o termo 'vírus' para indicar que o agente causal da doença do mosaico do tabaco não tinha uma natureza bacteriana, e sua descoberta é considerada como o marco inicial da virologia. A teoria do estado líquido do agente foi questionada nos 25 anos seguintes, sendo descartada com o desenvolvimento de teste da placa por d'Herelle em 1917, pela cristalização desenvolvida por Wendell Meredith Stanley em 1935 e pela primeira microfotografia eletrônica realizada em 1939 do vírus do mosaico do tabaco.
Classificação taxonômica
Os vírus também são classificados dentro de grupos taxonômicos, assim como os seres vivos, porém, seguindo uma regra particular de classificação. Vírus não são agrupados em domínio, reino, filos ou classes. Desta maneira, a estrutura geral da taxonomia dos vírus é a seguinte: A nomenclatura para ordens, famílias, subfamílias e gêneros é sempre precedida pelos sufixos apresentados acima. Já a nomenclatura de espécies não possui um padrão universal. Cada ramo da virologia (vegetal, animal, bacteriana) adota um padrão de nomenclatura específico. Espécies de vírus de plantas normalmente apresentam nomes que fazem referência a planta hospedeira e a característica do sintoma causado pela infecção (e.g. Vírus do mosaico do tabaco). Espécies de vírus de bactérias (bacteriófagos) podem ser denominados como "fago" seguido de uma letra grega (e.g. Fago λ) ou código alfanumérico (e.g. Fago T7). Vírus que infectam vertebrados podem receber nomes em alusão à espécie hospedeira de origem (e.g. Papillomavírus Bovino), ao local de origem do vírus (e.g. Vírus Ebola, do rio Ébola, no Congo), à doença causada pelo vírus (e.g. Vírus da imunodeficiência humana - HIV).
Classificação de Baltimore
O Sistema de Classificação de Baltimore, criado por David Baltimore, é um modo de classificação que ordena os vírus em sete grupos, com base na característica do genoma viral e na forma como este é transcrito a mRNA. Neste sistema, os vírus são agrupados como apresentado a seguir: No vírus de DNA, a replicação do genoma da maioria dos vírus de DNA ocorre no núcleo da célula. Se a célula possui o receptor apropriado na superfície, esses vírus entram por fusão com a membrana celular ou por endocitose. A maioria dos vírus de DNA é completamente dependente das máquinas de síntese de DNA e RNA da célula hospedeira e de suas máquinas de processamento de RNA. O genoma viral deve passar pelo envelope nuclear da célula para acessar esse mecanismo.
A origem dos vírus não é totalmente clara, e provavelmente, esta seja tão complexa quanto a origem da vida. Porém, foram propostas algumas hipóteses. Além disso, o material genético viral ocasionalmente se integra à linha germinativa dos organismos hospedeiros, pela qual eles podem ser passados verticalmente para os filhotes do hospedeiro por muitas gerações. Isso fornece uma fonte inestimável de informações para os paleovirologistas rastrearem vírus antigos que existiam há milhões de anos. Existem três hipóteses principais que visam explicar as origens dos vírus: No passado, havia problemas com todas essas hipóteses: a hipótese regressiva não explicava por que mesmo os menores parasitas celulares não se assemelham a vírus de forma alguma. A hipótese de escape não explicou os capsídeos complexos e outras estruturas nas partículas virais. A hipótese do primeiro vírus violou a definição de vírus, na medida em que requerem células hospedeiras. Os vírus agora são reconhecidos como antigos e como tendo origens anteriores à divergência da vida nos três domínios. Essa descoberta levou os virologistas modernos a reconsiderar e reavaliar essas três hipóteses clássicas.
Ao contrário das células, que apresentam genoma constituído por DNA e RNA, os vírus possuem DNA ou RNA como material genético, e todos os vírus possuem apenas um ou outro no vírion. No entanto, existem vírus que possuem ambos, porém, em estágio diferentes do ciclo reprodutivo. As moléculas de ácido nucleico dos vírus podem ser fita simples ou dupla, linear ou circular, e segmentada ou não. O genoma dos vírus de RNA tem ainda a característica de possuir senso positivo (atua como mRNA funcional no interior das células infectadas) ou senso negativo (serve de molde para uma RNA-polimerase transcrevê-lo dando origem a um mRNA funcional). A quantidade de material genético viral é menor que a da maioria das células. O peso molecular do genoma dos vírus de DNA varia de 1,5 × 106 a 200 × 106 Da. Já o dos de RNA varia de 2 × 106 a 15 × 106 Da. No genoma dos vírus estão contidas todas as informações genéticas necessárias para programar as células hospedeiras, induzindo-as a sintetizar todas as macromoléculas essenciais à replicação do vírus.
Os vírus sofrem alterações genéticas por vários mecanismos. Isso inclui um processo chamado desvio antigênico, em que bases individuais no DNA ou RNA se transformam em outras bases. A maioria dessas mutações pontuais é "silenciosa" - elas não alteram a proteína que o gene codifica - mas outras podem conferir vantagens evolutivas, como resistência a medicamentos antivirais. A mudança antigênica ocorre quando há uma grande mudança no genoma do vírus. Isso pode ser resultado de recombinação ou rearranjo. Quando isso acontece com os vírus influenza, podem ocorrer pandemias. Os vírus de RNA geralmente existem como quasispecies ou enxames de vírus da mesma espécie, mas com sequências de nucleosídeos genoma ligeiramente diferentes. Tais quasispecies são um alvo principal para a seleção natural.
Dentre os vários grupos de vírus existentes, não existe um padrão único de estrutura viral. A estrutura mais simples apresentada por um vírus consiste de uma molécula de ácido nucleico coberta por muitas moléculas de proteínas idênticas. Os vírus mais complexos podem conter várias moléculas de ácido nucleico assim como diversas proteínas associadas, envoltório proteico com formato definido, além de complexo envelope externo com espículas. A maioria dos vírus apresentam conformação helicoidal ou isométrica. Dentre os vírus isométricos, o formato mais comum é o de simetria icosaédrica.
Partícula
Os vírus são formados por um agregado de moléculas mantidas unidas por forças secundárias, formando uma estrutura denominada partícula viral. Uma partícula viral completa é denominada vírion. Este é constituído por diversos componentes estruturais (ver tabela abaixo para mais detalhes):
Morfologia
Abaixo estão listadas as estruturas de vírions mais comuns: Além dos fagos, existem outras famílias virais que possuem vírions com características que contrastam com as morfologias mais usuais, tais como as ilustradas anteriormente. Entre estas famílias estão: Baculoviridae, Reoviridae e Poxviridae.
Como já mencionado anteriormente, vírus são parasitas intracelulares obrigatórios, pois necessitam do ambiente intracelular de um organismo vivo para se reproduzir. Ao processo de reprodução de um vírus dá-se o nome de replicação viral. Esta seção apresentará as etapas envolvidas num ciclo de replicação viral, focado principalmente em vírus que infectam animais. De uma maneira geral, a replicação pode ser dividida em 7 etapas: A liberação dos vírions do citosol pode se dar por lise celular ou brotamento. A liberação por lise celular é mais comum aos vírus não envelopados, e ocorre quando a membrana plasmática da célula infectada se rompe, levando-a morte celular. Porém, nem todo processo de liberação viral causa danos a célula hospedeira. O brotamento é um mecanismo de liberação que pode provocar pouco ou nenhum prejuízo à célula. Vírus que obtém envelope a partir da membrana plasmática saem da célula por meio de brotamento direto do nucleocapsídeo em contato com a face interna da membrana, em regiões específicas, onde se localizam as glicoproteínas virais sintetizadas em momentos prévios da infecção. Vírus com envelope originado de compartimentos intracelulares (organelas) são liberados da célula por meio de vesículas que se fundem com a membrana plasmática. Após a liberação, quando os vírions se encontram no meio extracelular, a maioria deles permanece inerte até que outra célula hospedeira seja infectada, reiniciando o ciclo de replicação viral.
Adsorção do vírus à célula
Uma etapa essencial à reprodução viral é a adsorção (ligação) do vírion a uma célula suscetível. A adsorção viral se dá por meio da interação entre proteínas virais, presentes no envelope ou no capsídeo, e receptores celulares que se encontram ancorados a membrana plasmática, expostos ao ambiente extracelular. A ligação entre alguns vírus e células também pode envolver a participação de correceptores (receptores secundários). A especificidade destas interações é alta, como em um modelo chave-fechadura, e determina o tropismo viral para infectar determinadas células e tecidos específicos. Ligações químicas não covalentes, tais como pontes de hidrogênio, atrações iônicas e forças de van der Waals, são responsáveis pela adesão entre as proteínas virais e os receptores celulares.
Entrada no citosol
Uma vez aderidos à membrana celular, os vírus devem introduzir seu material genético no interior da célula, a fim de que este seja processado (transcrito, traduzido, replicado). Para alcançar o ambiente intracelular, cada vírus utiliza um mecanismo particular. Entre os principais mecanismos (veja imagem abaixo), estão:
Desnudamento do ácido nucleico
Após o processo de penetração, assim que os nucleocapsídeos alcançam o citosol, estes são transportados pelo citoesqueleto (dentro de vesículas ou na forma de nucleocapsídeos livres) em direção ao local específico de processamento do genoma viral, que pode ser no próprio citosol ou no núcleo celular. Para que o genoma possa ser transcrito, traduzido, e replicado, o material genético do vírus deve ser previamente liberado e exposto no ambiente intracelular. A este processo dá-se o nome de desnudamento (ou decapsidação), um procedimento no qual o capsídeo é desmontado completamente ou parcialmente (veja imagem acima). O desnudamento pode ocorrer simultaneamente à entrada do vírus, ou pode acontecer em instantes posteriores. O sítio celular de desnudamento é bastante variável entre as diversas famílias de vírus, podendo ocorrer no citosol (e.g. Togavírus), no interior do endossomo (e.g. Picornavírus), nos poros nucleares (e.g. Adenovírus, Herpesvírus), no interior do núcleo (e.g. Parvovírus, Polyomavírus), ou simplesmente pode não ocorrer (e.g. Reovírus, Poxvírus).
Transcrição e tradução da informação genética
Como mencionado anteriormente, o Sistema de Classificação de Baltimore foi criado com base nos diferentes mecanismos de transcrição que os vírus adotam para sintetizar mRNA a partir dos seus variados tipos de material genético. Os vírus podem ter genoma constituído por dsDNA, ssDNA, dsRNA, ssRNA, além de alguns serem capazes de realizar a transcrição reversa (ssRNA-RT e dsDNA-RT). Outra propriedade notável dos ácidos nucleicos virais é a polaridade (sentido, ou senso) das fitas de DNA e RNA. Fitas senso positivo (+) apresentam sequência idêntica à do mRNA, enquanto as senso negativo (-) apresentam sequência nucleotídica complementar. Diante desta complexidade de características, as estratégias de transcrição do genoma viral são tão variadas quanto os mecanismos de entrada, e podem envolver mais de uma etapa, as quais levam à conversão da informação genética viral em mRNA.
Replicação do genoma viral
Na maioria dos casos, o genoma é replicado no mesmo local onde ocorre a transcrição do material genético do vírus, isto é, no citoplasma ou no núcleo. Assim como ocorre na transcrição, o processo de replicação de genomas virais envolve a participação de polimerases. Vírus de fita simples, dos grupos II, IV e V, precisam produzir uma fita complementar ao genoma, que posteriormente servirá de molde para a síntese do material genético. Membros do grupo VI (ssRNA-RT) replicam o seu genoma a partir de um intermediário de DNA (RNA → DNA → RNA). Já os membros do I (dsDNA-RT) replicam o seu genoma a partir de um intermediário de RNA (DNA → RNA → DNA).
Montagem do vírion
A montagem corresponde ao processo de formação das partículas virais infectivas (vírions). Neste estágio do ciclo de infecção, as proteínas estruturais sintetizadas em etapas anteriores se associam para constituir o capsídeo. Capsídeos com formato helicoidal são formados em torno da superfície da molécula de ácido nucléico. Já os capsídeos de simetria icosaédrica são montados previamente e depois preenchidos com o genoma viral, através de um poro na estrutura pré-formada denominada pró-capsídeo. O pró-capsídeo de alguns vírus pode sofrer modificações que levam a formação do capsídeo maduro. O sítio de montagem dos capsídeos depende do local de replicação viral na célula, e varia entre as diversas famílias de vírus. Outro mecanismo de aquisição de envelope é a denominada “síntese de novo” de membranas, no qual o envelope é gradualmente construído em volta do nucleocapsídeo. Este processo pode ocorrer no núcleo (e.g. Baculovírus) ou no citoplasma (e.g. Poxvírus).
Assim como muitos parasitas, os vírus são patogênicos aos seres vivos. Ao invadirem as células de um indivíduo, eles prejudicam o funcionamento normal dessas células e, consequentemente, provocam doenças. Entre as principais viroses humanas estão: gripe, hepatite (A, B e C), caxumba, sarampo, varicela (catapora), SIDA (AIDS), raiva, dengue, febre amarela, poliomielite (paralisia infantil), rubéola, meningite, encefalite, herpes, pneumonia, entre outras doenças. Recentemente foi mostrado que o câncer cervical é causado ao menos em partes pelo papilomavírus (que causa papilomas, ou verrugas), representando a primeira evidência significante em humanos para uma ligação entre câncer e agentes virais.
Epidemiologia
A epidemiologia viral é o ramo da ciência médica que lida com a transmissão e o controle de infecções por vírus em humanos. A transmissão de vírus pode ser vertical, o que significa de mãe para filho, ou horizontal, o que significa de pessoa para pessoa. Exemplos de transmissão vertical incluem o vírus da hepatite B e o HIV, onde o bebê já nasceu infectado pelo vírus. Outro exemplo, mais raro, é o vírus da varicela zoster, que, apesar de causar infecções relativamente leves em crianças e adultos, pode ser fatal para o feto e o bebê recém-nascido. A transmissão horizontal é o mecanismo mais comum de disseminação de vírus nas populações. A transmissão pode ocorrer quando: os fluidos corporais são trocados durante a atividade sexual, por exemplo, HIV; o sangue é trocado por transfusão contaminada ou compartilhamento de agulhas, por exemplo, hepatite C; troca de saliva pela boca, por exemplo, vírus Epstein-Barr; comida ou água contaminada é ingerida, por exemplo, norovírus; aerossóis contendo virions são inalados, por exemplo, vírus influenza; e vetores de insetos, como mosquitos, penetram na pele de um hospedeiro, por exemplo, dengue. A taxa ou velocidade de transmissão de infecções virais depende de fatores que incluem a densidade populacional, o número de indivíduos suscetíveis (ou seja, aqueles que não são imunes), a qualidade dos cuidados com a saúde e o clima.
Epidemias e pandemias
Uma pandemia é uma epidemia mundial. A Gripe espanhola, que durou até 1919, foi uma pandemia de gripe da categoria 5 causada por um vírus da gripe A incomumente grave e mortal. As vítimas eram frequentemente jovens adultos saudáveis, em contraste com a maioria dos surtos de gripe, que afetam predominantemente pacientes jovens, idosos ou enfraquecidos. Estimativas mais antigas dizem que matou de 40 a 50 milhões de pessoas, enquanto pesquisas mais recentes sugerem que pode ter matado até 100 milhões de pessoas, ou 5% da população mundial em 1918. Embora as pandemias virais sejam eventos raros, o HIV - que evoluiu a partir de vírus encontrados em macacos e chimpanzés - tem sido uma pandemia desde pelo menos a década de 1980. Durante o século XX, houve quatro pandemias causadas pelo vírus influenza e as que ocorreram em 1918, 1957 e 1968 foram graves. A maioria dos pesquisadores acredita que o HIV se originou na África Subsariana durante o século XX; agora é uma pandemia, com cerca de 37,9 milhões de pessoas vivendo com a doença no mundo todo. Houve cerca de 770 mil mortes por AIDS em 2018. O Programa Conjunto das Nações Unidas sobre HIV/AIDS (UNAIDS) e a Organização Mundial da Saúde (OMS) estimam que a AIDS matou mais de 25 milhões de pessoas desde que foi reconhecida pela primeira vez em 5 Junho de 1981, tornando-a uma das epidemias mais destrutivas da história registrada. Em 2007, houve 2,7 milhões de novas infecções por HIV e 2 milhões de mortes relacionadas ao HIV.
Câncer
Os vírus são uma causa estabelecida de câncer em humanos e outras espécies. O câncer viral ocorre apenas em uma minoria de pessoas infectadas (ou animais). Os vírus do câncer provêm de uma variedade de famílias de vírus, incluindo vírus de RNA e DNA, e, portanto, não existe um tipo único de "oncovírus" (um termo obsoleto originalmente usado para retrovírus de transformação aguda). O desenvolvimento do câncer é determinado por uma variedade de fatores, como imunidade ao hospedeiro e mutações no hospedeiro. Os vírus aceitos para causar câncer em humanos incluem alguns genótipos de papilomavírus humano, vírus da hepatite B, vírus da hepatite C, vírus Epstein-Barr, herpesvírus associado ao sarcoma de Kaposi e vírus linfotrópico T humano. O vírus do câncer humano descoberto mais recentemente é um poliomavírus (poliomavírus de células Merkel) que causa a maioria dos casos de uma forma rara de câncer de pele chamada carcinoma de células Merkel.
Prevenção e tratamento de doenças virais
Devido ao uso das células do hospedeiro, os vírus tornam-se difíceis de se combater. Como os tratamentos quimioterápicos para a infecções virais são limitados, os tratamentos sintomáticos, como descanso, hidratação e analgésicos, são as alternativas mais comuns para reduzir os incômodos causados pela maioria das doenças virais, principalmente infecções respiratórias. Pesquisas realizadas com camundongos infectados com o vírus coxsackie B demonstraram que esforços físicos severos, repetitivos e exaustivos prolongaram a infecção e provocaram o retardo do início da resposta imune via interferons e anticorpos. Quando as células são atacadas por vírus, o sistema de defesa do organismo parasitado passa a produzir anticorpos específicos que combatem o vírus invasor. Isso ocorre porque os vírus são formados por proteínas diferentes das do organismo parasitado. Estas proteínas são reconhecidas como não próprias do organismo e são neutralizadas pelos anticorpos. Assim, caso o mesmo vírus invada o organismo novamente, a memória imunológica desencadeará rapidamente uma resposta imune específica contra o vírus, e a doença não se instalará.
Alguns vírus, chamados satélites, podem se replicar apenas dentro de células que já foram infectadas por outro vírus.
Vírus de planta
Existem muitos tipos de vírus de plantas, mas geralmente causam apenas uma perda de rendimento, e não é economicamente viável tentar controlá-los. Os vírus das plantas são frequentemente transmitidos de planta para planta por organismos, conhecidos como vetores. Geralmente são insetos, mas alguns fungos, vermes de nematóides e organismos unicelulares têm se mostrado vetores. Quando o controle de infecções por vírus de plantas é considerado econômico, para frutos perenes, por exemplo, os esforços estão concentrados na morte dos vetores e na remoção de hospedeiros alternativos, como as ervas daninhas. Os vírus vegetais não podem infectar seres humanos e outros animais porque eles podem se reproduzir apenas nas células vegetais vivas.
Vírus de bactéria
Os bacteriófagos são um grupo comum e diversificado de vírus e são a entidade biológica mais abundante em ambientes aquáticos - há até dez vezes mais desses vírus nos oceanos do que as bactérias, atingindo níveis de 250 000 000 bacteriófagos por mililitro de água do mar. Esses vírus infectam bactérias específicas ligando-se às moléculas receptoras da superfície e entrando na célula. Dentro de um curto período de tempo, em alguns casos, apenas alguns minutos, a polimerase bacteriana começa a traduzir o mRNA viral em proteína. Essas proteínas tornam-se novos virions dentro da célula, proteínas auxiliares, que ajudam na montagem de novos virions, ou proteínas envolvidas na lise celular. As enzimas virais auxiliam na quebra da membrana celular e, no caso do fago T4, em pouco mais de vinte minutos após a injeção, mais de trezentos fagos podem ser liberados.
Vírus de animais
Os vírus são patógenos importantes do gado. Doenças como febre aftosa e febre catarral ovina são causadas por vírus. Animais de companhia, como gatos, cães e cavalos, se não forem vacinados, são suscetíveis a infecções virais graves. O parvovírus canino é causado por um pequeno vírus de DNA e as infecções geralmente são fatais em filhotes. Como todos os invertebrados, a abelha é suscetível a muitas infecções virais. A maioria dos vírus coexiste inofensivamente no hospedeiro e não causa sinais ou sintomas de doença.
Vírus de arqueias
Alguns vírus se replicam dentro das arqueias: são vírus de DNA de fita dupla com formas incomuns e às vezes únicas. Esses vírus foram estudados com mais detalhes nas arqueias termofílicas, particularmente as ordens Sulfolobales e Termoproteales. As defesas contra esses vírus envolvem interferência de RNA de sequências repetitivas de DNA em genomas arcaicos que estão relacionados aos genes dos vírus. A maioria das arqueias possui sistemas CRISPR-Cas como defesa adaptativa contra vírus. Isso permite que a arqueia retenha seções do DNA viral, que são usadas para direcionar e eliminar infecções subsequentes pelo vírus, usando um processo semelhante à interferência do RNA.
