Dinâmica Evolucionária dos Vírus. II - Evolução da Quase-Espécie

(se utilizar partes do texto, cite a fonte: Portela Câmara, F. Dinâmica Evolucionária dos Vírus. II - Evolução da Quase-Espécie, in www.popdinâmica.blogspot.com)

O grande problema com a teoria da evolução é que ela requer um diligente e bem orientado estudo para se compreender seus mecanismos, interpretar as evidencias e compreender os seus meandros e complexidade. Por exemplo, a maioria dos que estudam evolução ainda consideram que seu impulsionador é apenas a seleção natural, e que esta atua na seleção das variedades mais aptas. Sabemos hoje que a seleção natural não é a única força em ação na evolução e que nem sempre os mais aptos são selecionados.
A evolução é definida em função da variação na freqüência de genes na população de uma espécie ao longo do tempo. Isto acrescenta um fato essencial: a seleção freqüência-dependente, ou seja, a aptidão (fitness) de um gene depene da freqüência com ele está ocorrendo na população.
Em relação aos vírus os mecanismos básicos da evolução podem ser surpreendidos com notável simplicidade. Durante a replicação do DNA o RNA podem ocorrer erros ou mutações que podem se manifestar no fenótipo do individuo. Estas mutações podem ser puntiformes (substituição de um nucleotídeo), por inserção, por elisão (deleção) ou por recombinação. Destas, as mutações puntiformes são as mais simples de se seguir e compreender mais facilmente. Considera-se que a taxa, U, de mutações puntiformes seja a mesma em qualquer posição do genoma e sua ocorrência independente umas das outras, isto é, a ocorrência de uma mutação não influencia o aparecimento de outra.
Para o HIV, U = ~ 3 x 10-5 em um genoma de tamanho, L = 104 bases nucleotídicas. A probabilidade deste genoma se replicar sem haver mutação é (1 – U)L = 0,74, e a probabilidade que uma mutação específica (ex., resistência a um antiviral ou escape imune) é dada por U(1-U)L-1 = 2,2 10-5. Se 109 células recentemente infectadas são produzidas a cada dia, então qualquer mutante com uma única mutação por genoma aumentará 22.000 vezes a cada dia. Este número nos mostra o enorme potencial do HIV escapar de pressões eletivas criadas para controlá-lo. Isto é válido para os demais vírus e microorganismos.
Os vírus, especialmente os RNA vírus, sofrem mutações a cada ciclo replicativo e deste modo suas sequências descendentes não são idênticas, mas uma distribuição de erros (mutações puntiformes) que garante uma proporção de infecciosos cm virulência em diferentes graus. Deste modo, os genomas infecciosos e virulência são constantemente selecionados a cada ciclo infeccioso. Este genoma é, na verdade, uma espécie de nuvem de variantes mínimas que caracteriza o vírus que, por tal razão, deve ser considerado uma quase-espécie.
Representamos as variantes genômicas de um vírus em uma dimensão, sendo o grau de aptidão de cada variante representado pela altura de uma vertical. O aspecto desta representação é o de uma paisagem com montanhas e vales. Os picos mais altos representam as melhores aptidões. A quase-espécie “detecta” gradientes de altura na paisagem e tenta escalar as montanhas para alcançar os picos. Nesta paisagem evolutiva as quase-espécies estão sempre escalando as montanhas em espaços de alta dimensão; quanto mais alto, maior a aptidão, então evolução aqui significa “ir para cima”.



Para escalar os picos mais altos e permanecer lá é preciso que a taxa de mutação, U, não exceda um valor crítico, Uc, chamado limiar de erro catastrófico, do contrário a aptidão não mais se fixará (catástrofe de erros). Taxas pequenas de mutação garantem que o genoma permanece no pico com uma estreita distribuição em torno dele; se a taxa é zero, a aptidão será máxima ocupando apenas um pico.
Nem toda paisagem adaptativa tem limiar de erro. Picos estreitos de altura finita têm sempre um limiar de erro, o que garante sua altura e estreiteza; se o pico é muito largo tal que muitas sequências no espaço sequencial estejam nas ladeiras do pico, então não há necessidade de limiar de erro.
É fácil determinar o limar de erro catastrófico, Uc, uma vez que ele é igual ao inverso do tamanho, L, do genoma, Uc = 1/L. Deste modo, a taxa máxima de mutação que ainda é compatível com a aptidão tem de ser menor que o inverso do tamanho do genoma.
A sequência mais adaptada da quase-espécie é a “sequência mestre” ou tipo selvagem, enquanto as demais são as “mutantes”. A aptidão é traduzida no maior coeficiente de reprodução possível, ou seja, na taxa de replicação viral. Isto é dado na equação do replicador:
dxi/dt = ∑xjfjQji – φxi
Onde dxi/dt é a taxa instantânea de replicação da quase-espécie (sequências i), xj a freqüência da sequência j, fj a função de adaptação de j, Qji a taxa de mutação j  i, e φxi é a adaptação média da quase-espécie.
Seleção da quase-espécie
Considere as paisagens adaptativas da figura abaixo, com um pico alto e estreito, e outro menor e mais largo. Se U é muito pequena o equilíbrio da quase-espécie estará centrado no pico alto, prevalecendo a sequência mestre; quando ela aumenta (U’) haverá uma transição para o pico mais baixo, prevalecendo as sequências mutantes vizinhas. Além do limite crítico de erro (Uc ou 1/L) nenhum pico pode ser mantido. A figura abaixo ilustra esta dinâmica.



A conclusão do que foi exposto é simples: a seleção nem sempre favorece ao mais adaptado. Para qualquer taxa de mutação a seleção escolhe a distribuição de equilíbrio da quase-espécie com aptidão média máxima. Assim, a seleção do mais apto é substituída pela seleção da quase-espécie.

Dinâmica Evolucionária dos Vírus. I – Redefinindo a Natureza Viva: O Paradigma Genômico

(se utilizar partes do texto, cite a fonte: Portela Câmara, F. Dinâmica Evolucionária dos Vírus. I – Redefinindo a Natureza Viva: O Paradigma Genômico, in www.popdinâmica.blogspot.com)

Discutir se um vírus é vivo ou não é uma questão recursiva que não leva a conclusão alguma. É certo que células se reproduzem e são autônomas na obtenção de sua energia e biossíntese; os vírus não seguem este padrão, mas parasitam células e utilizam a energia e o equipamento de biossíntese desta.
O parasitismo é uma forma de vida em que um ser depende do outro para realizar seu ciclo vital. A biologia parasitária é um fenômeno central em biologia e evolução. A palavra “parasita” designa qualquer forma de vida que se completa ao interagir outra, de onde obtém recursos para sobrevivência. Todo ser vivo depende indiretamente do outro, e a grande maioria depende diretamente do outro. Os vírus não constituem uma exceção, e mostram que esta inter-relação desce ao nível molecular e é o ponto de partida para a evolução.
O desenvolvimento da Genética e da Biologia Molecular deixaram claro e evidente que a unidade de evolução é o gene ou um grupo de genes atuando sinergicamente para que uma função ou comportamento se atualize. Em dinâmica evolucionária, chamamos genericamente replicador a esta unidade de evolução. A evolução de grupo não é mais aceita. Darwin aceitava esta hipótese porque em seu tempo a genética ainda não tinha sido descoberta, e mais recentemente a teoria de Vero Wynne-Edwards da seleção de grupo não resistiu às evidências e críticas. A crítica de George Williams à hipótese de Wynne-Edwards, por exemplo, foi tão influente entre os evolucionistas que acabou por provocar uma explosão na literatura, da qual as obra de Richard Dawkins (O Gene Egoísta) talvez seja a mais conhecida, bem como as de W. D. Hamilton, R. Trivers, G. C. Wiliams, J. Maynard Smith, K. Sigmund, e outros, sem esquecer um pioneiro, R. A Fisher.
As células e organismos não são santuários genéticos onde os genes estão isolados e imunes ao meio ambiente. Na biosfera circulam numerosas formas de replicadores que invadem transitoriamente células ou nelas se estabelecem, ora silenciosamente, ora ativamente. É neste sentido que a biologia moderna encara a vida, uma teia de fluxos gênicos conectando as mais diversas formas de organização biológica, das mais elementares às mais complexas. Há uma teia dinâmica de genomas, do primitivo ao complexo, que se comunicam, interagem e evoluem. A biologia moderna “vê” a biosfera como genomas em evolução cooperando um com os outros, e a preservação deste hipergenoma é hoje uma questão não apenas biológica como vital para a existência futura do planeta em que vivemos.
O que a biologia clássica chama vírus são genomas autônomos que transitam entre células e ai se reproduzem e co-evoluem. Estes genomas são como módulos que transferem informação genética introduzindo variedade gênica e podem se fixar possibilitando evolução por saltos. Isto é metaforicamente repetido pela terapia genética, que utilizando vírus como vetores de genes, reproduz no laboratório o que a natureza tem feito desde que a primeira protocélula emergiu no oceano primitivo.
Sendo replicadores, a manifestação primária dos genomas virais é a sua reprodução, força cega da natureza que garante a preservação de genes e sua evolução. Isto é percebido como infecção viral e epidemias, ocultando a notável competição evolutiva entre genes por toda biosfera.

Infecções do Sistema Nervoso com Sintomas Neuropsiquiátricos

Este assunto pode ser consultdo em:

Câmara FP. Infecções e doenças mentais, Psychiatry On-Line Brazil, 14(09), 2009, disponível em http//:www.polbr.med.br/ano09/cpc0909.php#1 (acessado em 30/12/2009).

Câmara FP. Vírus Nipah e depressão, Psychiatry On-Line Brazil, 14(10), 2009, disponível em http//:www.polbr.med.br/ano09/cpc1009.php#1 (acessado em 30/12/2009).

Câmara FP. Bornavírus e doenças psiquiátricas, Psychiatry On-Line Brazil, 15(01), 2010, disponível em http//:www.polbr.med.br/ano10/cpc0110.php#1(acessado em 30/01/2010).

Câmara FP. Atualidade das neuroinfecções, Psychiatry On-Line Brazil, 15(02), 2010, disponível em http//:www.polbr.med.br/ano10/cpc0210.php#1 (acessado em 01/03/2010).

Curso A PESTE NEGRA

A Morte Negra de 1347-1351 ganhou um novo interesse na época atual (Naphy e Spicer, 2000; Cantor, 2001; Cohn, 2002 a e b; Wheels, 2002; de Hahn, 2002, Orent, 2004; Scott e Duncan, 2004; Cristakos et al, 2005). Compreender esta catástrofe que quase exterminou um continente é de grande importância para o mundo contemporâneo, cujas grandes epidemias ameaçam retornar sem que saibamos seus possíveis cenários num mundo atualmente globalizado e superpovoado. Talvez o agente da Grande Peste, um vírus semelhante ao Ebola, esteja dormente, esperando a oportunidade para emergir novamente, em um novo cenário ou sob uma nova forma (Scott e Duncan, 2004). Também o explosivo aumento de acessos a lugares exóticos e ambientes de alta biodiversidade, que no passado foram fonte de graves doenças, aumenta a exposição de humanos a antigos e novos agravos (Scott e Duncan, 2004). Para saber mais...

O Centro de Extensão em Microbiologia do Instituto de Microbiologia Prof. Paulo de Góes-UFRJ, informa que estão abertas as inscrições para o Curso
“A PESTE NEGRA E AS GRANDES EPIDEMIAS DA HISTÓRIA: PERSPECTIVAS PARA O 3º. MILÊNIO”
Coordenado pelo Prof. Fernando Portela Câmara-IMPPG
Data: 21 de Novembro de 2009 – Horário: 09:00 às 18:00 hs.

INFORMAÇÕES
Centro de Extensão em Microbiologia(CEM) – IMPPG/UFRJ
Tel.: 2562-6736(HORÁRIO DE ATENDIMENTO AO PÚBLICO: 10:30 às 12:30 e de 13:30 às 15:30 hs.)
E-mail: ceem@micro.ufrj.br

Esqueceram o H5N1?

O mundo esperava uma pandemia pela cepa de influenza aviária A (H5N1), mas súbita e inesperadamente emergiu uma cepa suína A (H1N1). Devemos esquecer o H5N1?
Em um trabalho publicado no Journal of Virology de 2007, um grupo da Tailândia liderado por Prasert Auewarakul, mostrou que uma cepa aviária isolada de um caso humano fatal, tinha duas substituições (posições 129 e 134) no gene da hemaglutinina, o que a tornava infecciosa tanto para aves quanto humanos.
Apesar dos vírus da influenza A terem 9 tipos de neuraminidase (N) e 16 tipos de hemaglutinina (H), somente 3 tipos de neuraminidase e 5 de hemaglutinina originaram pandemias humanas no último século: duas por H1N1, uma por H2N2 e uma por H3N2. Outras combinações foram detectadas em casos esporádicos, como resultado do contato direto entre humano/animais e humanos/aves, pelos tipos H7N7, H7N3, H9N2 e H10N3, que surgiram em infecções esporádicas e logo desapareceram.
O aparecimento da linhagem H5N1, de alto potencial pandêmico, não foi um fenômeno transiente, pois se estabeleceu endemicamente em populações de frangos e outras aves domésticas na Indonésia, Vietnam, Tailândia e, possivelmente, Egito, com casos esporádicos na Europa ocidental, principalmente em aves aquáticas migratórias. Este vírus infectou mais de 320 pessoas no mundo, tendo matado mais de 190 delas, o que justifica o temor de uma ameaça global pelo H5N1.
O virus H5N1 não se tornou pandêmico para humanos devido a um fato simples. Os virus da influenza A de aves ligam-se preferencialmente (via hemaglutinina) ao receptor de ácido siálico (AS) α2,3Gal(actose) que nas aves predomina no trato intestinal (daí porque as aves tem uma “gripe intestinal”, expelindo grandes quantidades de virus com as fezes). Estes receptores são encontrados nos humanos na parte mais inferior do trato respiratório, daí porque são difíceis de serem acessados. Deste modo, a infecção humana pelo H5N1 aviário é rara, e ainda que infectado o ser humano, será muito difícil passar a infecção para o seu semelhante. Por outro lado, os vírus de influenza A adaptados ao ser humano ligam-se preferencialmente a receptores AS α2,6Gal, que predominam no trato respiratório superior, e assim as pessoas não apenas são mais facilmente infectadas, como também transmitem facilmente a infecção. Então, para que um vírus aviário adapte-se ao ser humano bastam 2 ou 3 mutações no gene da hemaglutinina, conforme mostraram Prasert Auewarakul e seus colegas.
Enquanto nos preocupamos com a invasão do vírus suíno A (H1N1), causando a atual pandemia, o vírus aviário A (H5N1) ainda está circulando, e ele ainda pode vir a ser a próxima pandemia, se o jogo continuar.

Auewarakul P, et al. An avian influenza H5N1 virus that binds to a human-type receptor, J. Virol., 2007; 81:9950-9955.

Ro – Parâmetro Fundamental da Epidemiologia

Eis um parâmetro importante em epidemiologia que nos faz conhecer o potencial epidêmico de um vírus que se propaga em populações. Este parâmetro, chamado de número reprodutivo básico, Ro, denota a capacidade de uma pessoa infectada transmitir o vírus a outras pessoas susceptíveis com as quais entra em contato durante o seu período de transmissibilidade. Ou seja, Ro é uma estimativa teórica do que acontece quando um indivíduo infectado (a “semente infecciosa”) é colocado numa população inteiramente suscedptível.

Se Ro > 1, a transmissão aumentará e teremos uma epidemia. Se Ro < 1, a transmissão não se sustenta e a epidemia termina ou não começa. Se Ro = 1 (valor limiar), a transmissão é endêmica e em incidência muito baixa, cada caso infeccioso é substituído por um novo susceptível.

Ro varia para um mesmo patógeno, uma vez que é dependente da densidade da população exposta. Isto explica, por exemplo, porque frequentemente o Ro de uma infecção é menor em populações rurais. Também pode variar segundo o método escolhido para sua determinação.

Eis aqui alguns exemplos de Ro:
Influenza = 1,3 - 1,7
Dengue = 1,3 – 11,6
Catapora Ro = 2
Sarampo Ro = 8
Malária Ro = 50
Ascaris Ro=5

Qualquer medida de controle que objetive a erradicação de um patógeno deve procurar reduzir seu Ro abaixo do valor limiar, ou seja, Ro < 1. Isto tem importantes implicações quando devemos decidir por uma medida de controle. Entretanto, nem sempre é fácil controlar um patógeno na população. Se um agente infeccioso ou parasitário tem um Ro = 20, será de difícil controla-lo em relação à uma espécie que tem um Ro = 3. deste modo, parâmetro tem também um grande impacto na avaliação do controle de uma infecção na comunidade.

Finalmente, por que Ro chama-se número básico rerodutivo? Quando levamos em consideração uma infecção, não interessa a taxa de reproduçao do agente infeccioso, mas a capacidade de um hospedeiro infeccioso em reproduzir sua infecção na comunidade.

Oh! – Por Que a Influenza Fere as Sensibilidades

Uma alta funcionária da OMS declarou-se supresa e maravilhada, em entrevista aos jornais, ao constatar que o vírus da influenza levava em média 6 semanas para se espalhar de um lado a outro do planeta, quando outros vírus levam mais de 6 meses (sic).

Não há necessidade da ilustre doutora ficar alarmada, pois é assim mesmo que a influenza pandêmica se propaga, incluindo as épocas em que não haviam transportes aéreos, ou ainda quando o único trnaporte eram as patas dos cavalos. E aí é que vem o “x” da questão: por que, em pandemias passadas, incluindo a de 1918-1919, a gripe se propagava com a mesma velocidade de hoje?

Digo apenas o seguintes. Trabalhamos com modelos epidemiológicos, que são apenas modelos e, como tal, úteis na medida em que nos servem de guia para explicar razoavelmente o que acontece, e a partir daí formular-mos estratégias e tomadas de decisão. Portanto, note que a afirmaçao de que o vírus da influenza se propaga com rapidez devido aos meios de transporte intercontinentais rápidos, é um argumento insustentável pela história das pandemias de gripe. Na verdade, esta aparente ou não controvérsia decorre de um fato singular: a suposição de que não existe reservatórios da influenza humana, logo a trnasmissão é rápida e sua progressão pressupõe um rápido deslocamento do hospedeiro virêmico.