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Introdução

A intenção deste artigo é fornecer algum conhecimento geral sobre vírus, como eles levam à infecção e como o sistema imunológico do corpo reage. Embora minúsculos, os vírus são entidades complexas e diversas que têm a capacidade de infectar hospedeiros, se replicam e depois se espalham para hospedeiros adicionais. Além disso, os vírus podem por vezes transferir entre espécies hospedeiras, ou podem sofrer mutações e reinfectar a espécie hospedeira original.

O que é um vírus?

Vírus são pacotes microscópicos de informação genética (ADN ou RNA, dependendo do tipo de vírus), envoltos numa capa proteica. Eles podem variar em forma e tamanho, e normalmente variam de 20-300 nanômetros (um nanômetro é um metro dividido por mil milhões) (Figura 1). Os vírus podem existir fora do hospedeiro, mas não se podem replicar isoladamente, não têm nenhuma das “máquinas” celulares de uma célula normal, nem qualquer metabolismo. Na verdade, há um debate sobre se os vírus são realmente uma forma de vida e às vezes são considerados como estando no “limite da vida”. Como verdadeiras formas de vida, os vírus possuem material genético, podem se reproduzir e evoluir através de processos que envolvem mutação e seleção natural (embora a mutação requeira células hospedeiras ao invés de ocorrer de forma autônoma; ao contrário dos organismos vivos).

Direitos autorais: Universidade Aberta

Figura 1. Morfologia e tamanho relativo aproximado das diferentes famílias de vírus. Os vírus consistem em ADN ou RNA que muitas vezes está fortemente associado a proteínas para dar mais estabilidade. O material genético (DNA ou RNA) pode ser contido dentro de proteínas de forma regular que dão formas geométricas (capsids) ou têm uma membrana mais solta, ou ambos.

Após infectar um hospedeiro, um vírus entrará nas células do hospedeiro (dentro de um tecido específico ou mais geralmente, dependendo do vírus), e assumirá o controle dos sistemas celulares, transformando assim a célula em uma fábrica de vírus produzindo muitas novas partículas virais. Esta invasão e função alterada pode causar mudanças dramáticas nas células do hospedeiro, que podem danificá-las ou matá-las. A produção de novas partículas virais leva a que mais células do hospedeiro sejam infectadas e está subjacente à transmissão do vírus para um novo hospedeiro.

Estima-se que cada mililitro de água do mar contenha até 100 milhões de vírus, enquanto os sedimentos do lago contêm cerca de 20 bilhões de vírus por grama. Alguns vírus podem sobreviver no ar ou em superfícies sólidas por vários dias ou semanas. Enquanto os vírus na água tendem a sobreviver por mais tempo – até um ano em água limpa e fria. O calor, detergente ou luz UV podem inactivar os vírus em minutos. Em contraste, temperaturas de congelamento podem preservar os vírus.

Existem muitos tipos diferentes de vírus e eles estão em toda parte. Por exemplo, estima-se que cada mililitro de água do mar contém até 100 milhões de vírus, enquanto os sedimentos do lago contêm cerca de 20 bilhões de vírus por grama. Os indivíduos infectados podem derramar um monte de partículas de vírus. Os pacientes com o vírus do estômago, rotavírus, liberam até 10 bilhões de partículas de vírus por grama de fezes.

A gama de organismos vivos que os vírus infectam é vasta. Na verdade, considera-se que todos os organismos, desde entidades unicelulares, como bactérias, até plantas e animais multicelulares mais complexos, são susceptíveis à infecção por diferentes tipos de vírus. Alguns vírus infectam especificamente certas espécies hospedeiras, enquanto outros infectam uma vasta gama de espécies diferentes. As consequências da infecção viral também variam enormemente entre as interacções entre os vírus hospedeiros específicos. Geralmente, embora nem sempre, a infecção viral resulta em doenças do organismo hospedeiro.

De onde vêm os vírus?

Existem várias teorias sobre a origem dos vírus. O facto de infectarem todas as formas de vida sugere que têm origens antigas. Existem várias teorias sobre a origem dos vírus. O facto de infectarem todas as formas de vida sugere que têm origens antigas. Como mencionado acima, os vírus são essencialmente material genético (DNA ou RNA) rodeado por uma capa proteica. Para ter sucesso, o material genético dos vírus (geralmente descrito como o “genoma viral”) precisa codificar um número suficiente de genes para que um vírus possa alcançar o ciclo de infecção-replicação-infecção. A quantidade de informação genética dentro de um vírus é minúscula. Por exemplo, os genomas coronavírus contêm cerca de 30.000 bases de nucleotídeos, enquanto o genoma humano é cerca de 10.000 vezes maior, consistindo em mais de 3 bilhões de pares de bases (“bases” e “pares de bases” são terminologias biológicas referentes a estruturas químicas no RNA e DNA; seqüências de bases no RNA e codificação de DNA para todas as proteínas e determinam as características físicas dos organismos).

Mas, como surgiu o vírus? Uma idéia é que os vírus evoluíram a partir de sequências curtas de material genético que eram originalmente parte de uma entidade maior. Sugere-se que estas sequências curtas de material genético, encapsulando um genoma viral viável, escaparam da célula original. De fato, sabe-se que algumas seqüências de DNA têm a habilidade de se cortar para fora do genoma de uma célula e reintegrar em outra parte do genoma. Se tais “elementos transponíveis” ficassem presos em um pedaço de membrana celular e escapassem da célula, ele poderia se mover para outra célula – semelhante a como um vírus se transferiria. No entanto, outra visão propõe que os vírus são na verdade mais antigos do que outras células. Isto porque a maioria das proteínas virais não tem similaridade com as proteínas de outros organismos, sugerindo que seus genomas são distintos e pré-datam a vida celular. Como existem tantos tipos diferentes de vírus, é possível que ambas as idéias sejam corretas e diferentes famílias de vírus tenham surgido independentemente.

Diferentes tipos de vírus empregam várias estratégias de replicação ao infectar uma célula. Os retrovírus, por exemplo, têm um genoma RNA. Os retrovírus também possuem uma enzima que pode usar o modelo de RNA para produzir DNA, que pode então ser inserido dentro do DNA da célula hospedeira. Isto significa que a célula infectada e qualquer um de seus descendentes conterão DNA viral. Um exemplo de um retrovírus é o vírus da imunodeficiência humana (HIV). Este processo de integração do genoma viral nos genomas das células hospedeiras vem acontecendo há milhões de anos e estima-se que cerca de 8% ou nosso DNA na verdade vem de vírus.

Como os vírus nos infectam?

A superfície da maioria dos vírus é cravejada com proteínas que permitem que as partículas do vírus se prendam às células hospedeiras e ganhem entrada. A interação de vírus e células hospedeiras ocorre através da interação de vírus específicos e proteínas de células hospedeiras: bloquear essa interação é uma maneira potencial de inibir infecções virais. Uma vez dentro de uma célula, as partículas virais se desmontam, e a informação genética viral torna-se um modelo para a célula hospedeira começar a fazer novas proteínas virais e genomas. Novas partículas virais são libertadas da célula hospedeira enquanto esta continua a funcionar, ou a célula hospedeira explode e morre, libertando assim as partículas virais dentro de.

Como é que o corpo responde a um vírus?

Diferentes espécies têm desenvolvido diferentes estratégias para ultrapassar as infecções virais. Em humanos, o sistema imunológico pode ser classificado em dois tipos: inato e adaptativo, ambos proporcionando proteção contra infecções virais. O sistema imunitário inato compreende barreiras físicas (por exemplo, mucosas), mensageiros químicos (por exemplo, citocinas; um tipo de molécula de sinalização usada pelas células) e vários tipos de células (por exemplo, leucócitos; glóbulos brancos) e é a primeira linha de defesa contra microrganismos invasores. Uma citocina particularmente importante é o interferão, que é libertado pelas células quando estas estão infectadas com partículas de vírus. As moléculas de interferão libertadas por uma célula infectada podem activar mecanismos de sinalização nas células vizinhas para inibir mais infecções virais. Tem sido sugerido que as células infectadas com SRA-CoV-2 podem não libertar interferões no mesmo grau que com outras infecções virais.

À semelhança do sistema imunitário inato, a grande vantagem do sistema imunitário adaptativo é que se lembra dos vírus e bactérias que encontrou.Intervenções mais direccionadas contra vírus vêm do sistema imunitário adaptativo. O sistema imunitário adaptativo também envolve leucócitos, tais como os linfócitos que reconhecem proteínas estranhas e produzem anticorpos. Um anticorpo liga-se a uma região específica (conhecida como epitópo) sobre uma proteína estranha, permitindo assim que apenas o material invasor seja visado para a eliminação. A produção de anticorpos através do sistema imunitário adaptativo pode demorar vários dias a desenvolver-se, pelo que pode haver um desfasamento entre o início da infecção e a capacidade de montar uma resposta. No entanto, ao contrário do sistema imunológico inato, a grande vantagem do sistema imunológico adaptativo é que ele se lembra dos vírus e bactérias que encontrou. Consequentemente, se o corpo for novamente exposto ao mesmo patógeno, pode aumentar rapidamente a produção desses anticorpos específicos novamente. Esta imunidade pode diminuir com o tempo à medida que as células que se lembram do patógeno diminuem, razão pela qual as pessoas podem precisar de ser revacinadas contra uma doença específica.

Para prevenir a propagação do vírus no nosso corpo, algumas células infectadas sofrem um tipo especializado de morte conhecida como apoptose (também chamada de “morte celular programada”). A apoptose é um processo fisiológico e é uma parte normal da vida que é utilizada de forma altamente regulamentada para remover células danificadas, indesejadas ou infectadas em todos os tecidos. As células infectadas com um vírus podem desencadear a apoptose e assim morrer. Isto parece um curso de acção drástico, mas limita efectivamente a libertação contínua de novos vírus de uma célula.

Nem todos os vírus são ‘maus’

Nos últimos anos, muitas bactérias tornaram-se resistentes aos antibióticos. Os vírus que infectam e destroem bactérias tornaram-se, portanto, um foco de pesquisa médica. Estes vírus, conhecidos como bacteriófagos, não infectam células humanas, por isso podem ser usados como agentes antibióticos selectivos. Outros vírus que infectam selectivamente células humanas podem ser usados para fornecer ADN terapêutico às células dos doentes, uma técnica conhecida como terapia genética.

O que sabemos sobre o novo vírus corona que causa a COVID-19?

COVID-19 é uma doença causada por um tipo de vírus corona recentemente reconhecido chamado SRA-CoV-2. Foram propostas teorias sobre como surgiu este novo vírus corona, mas é necessária mais informação antes que a sua origem possa ser estabelecida. Outros membros da família dos vírus corona incluem os vírus responsáveis pela Síndrome Respiratória Aguda (SRA) e Síndrome Respiratória do Médio Oriente (MERS) que também causam infecções graves do tracto respiratório superior em humanos. Estes mesmos vírus também podem infectar os animais. Nas galinhas também causam infecções do tracto respiratório, enquanto que nas vacas e nos porcos causam diarreia. Dados actuais sugerem que o SRA-CoV-2 causa um menor risco de fatalidade (~1% das pessoas infectadas morrem) comparado com a SRA (10%) e MERS (37%), mas superior à gripe (0,1%).

A superfície do SRA-CoV-2 está coberta com aglomerados de proteínas ‘spike’ (Figura 2). Estas proteínas ligam-se especificamente a uma proteína chamada enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2), que está presente na superfície das células dos pulmões e outros órgãos como o coração, rins e intestinos. Uma vez ligada, a SRA-CoV-2 é internalizada na célula, a partícula do vírus abre-se e liberta o seu genoma RNA, que é depois usado como modelo para fazer mais RNA e proteínas virais. Foi descoberto que as células envolvidas tanto no sistema imunitário inato como no sistema imunitário adaptativo podem ficar rapidamente esgotadas após a infecção pelo SRA-CoV-2, comprometendo assim severamente a imunidade antiviral.

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Figure 2. Diagrama da estrutura do coronavirus.

A ilustração mostra a estrutura de um coronavírus em secção transversal. O genoma coronavírus é um longo fio de RNA enrolado em torno de uma proteína e montado dentro de uma casca de proteína de membrana. Esta estrutura é rodeada por um envelope, contendo mais duas proteínas, uma das quais, a proteína spike, é responsável pela ligação do vírus à célula alvo antes da infecção. Para mais detalhes, veja: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22816037.

Está a ser dada uma ênfase considerável aos modelos matemáticos de transmissão da SRA-CoV-2, que informam as decisões de saúde pública para evitar a sobrecarga da prestação de cuidados de saúde. A modelação matemática está fora do âmbito deste artigo, mas o leitor interessado é referido a um vídeo informal que explica um ‘modelo SIR’ (Susceptível, Infectado, Recuperado/Removido) de transmissão de doenças que se pode aplicar à COVID-19: https://www.youtube.com/watch?v=k6nLfCbAzgo.

O que é ‘imunidade do rebanho’?

Uma infecção viral só pode varrer uma população se os indivíduos que são susceptíveis a ela entrarem em contacto com partículas virais. Se as pessoas se isolarem, então há muito menos chances de encontrar o vírus ou de passá-lo para indivíduos suscetíveis. Além disso, uma vez que alguém tenha tido uma infecção viral e tenha desenvolvido anticorpos protetores contra ela, geralmente não são suscetíveis à reinfecção. Quanto mais pessoas dentro de uma população se recuperarem do vírus, menor a chance de o vírus encontrar uma pessoa suscetível e menor a chance de que ele se propague. Este conceito é conhecido como imunidade do rebanho.

A proporção da população que precisa ser imune à infecção para atingir a imunidade do rebanho depende de vários fatores. Um fator crítico é a quantidade de contato entre as pessoas, pois pode ser assim que as partículas do vírus podem se espalhar. Em uma população de mistura livre, a imunidade do rebanho depende do número de pessoas que, em média, são infectadas por um indivíduo (conhecido como “número básico de reprodução”; R0). O valor de R0 varia de acordo com o tipo de vírus. Estima-se que a COVID-19 tenha um R0 de cerca de 2,5. Pelo contrário, o sarampo é muito mais facilmente disseminado, com um R0 entre 12-18. A proporção da população que é requerida para ser imune a uma doença e assim parar efetivamente sua propagação é conhecida como “limiar de imunidade do rebanho”, e pode ser calculada usando R0 na seguinte equação:

Herd immunity threshold = (R0 – 1)

Thus, para COVID-19 com um R0 de 2.5, a equação seria:

CoVID-19 limiar de imunidade do rebanho = (2,5 – 1)

Então, cerca de 60% da população precisa ser imune à COVID-19 a fim de evitar uma maior propagação.

Imunidade dos pastores pode ser alcançada através de pessoas infectadas e seu sistema imunológico desenvolvendo resistência, ou através de vacinações usando pedaços do vírus que desencadeiam uma resposta do sistema imunológico adaptativo sem resultar em doença. Quanto mais infecciosa for uma doença, maior é a proporção de pessoas que precisam ser vacinadas. No caso do sarampo, por exemplo, que tem um R0 de 12-18, a Organização Mundial de Saúde recomenda uma taxa de vacinação de 95% para eliminar a doença, algo que o Reino Unido está atualmente lutando para conseguir.

No momento não há vacina para a COVID-19, o que significa que a imunidade do rebanho só poderia ser obtida por aproximadamente 60% da população infectada e desenvolvendo imunidade. Para o Reino Unido, isto exigiria cerca de 40 milhões de pessoas sendo infectadas para que a meta de imunidade do rebanho fosse alcançada. Entretanto, com um risco de fatalidade de ~1%, muitos milhares de pessoas morreriam devido à infecção. Além disso, muitas dezenas de milhares de pessoas infectadas sofreriam de problemas respiratórios e precisariam de hospitalização e esses números, todos de uma só vez, sobrecarregariam o sistema de saúde. A longo prazo, a população mundial pode desenvolver uma imunidade à COVID-19 que irá mitigar novos surtos, mas a imunidade do efectivo não é uma solução plausível para a actual crise da COVID-19.

Ao produzir diferentes proteínas, os vírus podem contornar a imunidade obtida através da vacinação ou de uma exposição anterior ao vírus original.Foi demonstrado que os anticorpos dirigidos contra a proteína do pico da SRA-CoV-2 podem prevenir a entrada do vírus nas células. Tais avanços no nosso conhecimento do SRA-CoV-2 levará ao desenvolvimento de testes que mostram se uma pessoa foi infectada e já não é susceptível, bem como vacinas terapêuticas.

Uma informação crítica que é necessária na luta contra o COVID-19 é saber o quanto o genoma do vírus SRA-CoV-2 pode sofrer mutação. Uma mutação surgiria de uma mudança de sequências de base no seu genoma RNA, o que levaria à produção de uma proteína diferente. Ao produzir diferentes proteínas, os vírus podem contornar a imunidade obtida através da vacinação ou de uma exposição anterior ao vírus original. Sabe-se que o SRA-CoV-2 pode sofrer mutações, e de facto o vírus que está actualmente a espalhar-se por todo o mundo teria sofrido mutações à medida que se transferia da sua espécie original para os humanos. Além disso, sabe-se que existem diferenças genéticas entre o SRA-CoV-2 original que se desenvolveu em Wuhan, China e as estirpes do vírus que actualmente causam a COVID-19 nos Estados Unidos. Isto significa que o SRA-CoV-2 está em mutação à medida que passa por hospedeiros humanos. Contudo, a boa notícia é que a taxa de mutação do SRA-CoV-2 não é tão alta quando comparada com outros vírus, tais como os que causam gripe.

Um número substancial de investigadores biomédicos, farmacêuticos e clínicos voltaram a sua atenção para o SRA-CoV-2. Uma verificação rápida das bases de dados de publicações de pesquisa, como o PubMed, mostra que houve 695 itens publicados sobre o Coronavirus em todo o ano de 2019. Enquanto que, a contagem já é de 1.818 publicações para os primeiros 3 meses de 2020. A cada nova informação, nos aproximamos mais do entendimento do vírus e do desenvolvimento de soluções de defesa contra ele.