Vírus

Os avanços que foram conseguidos na química, física e na biologia molecular, desde 1960, revolucionaram o estudo das viroses. A eletroforese em gel, por exemplo, forneceu um profundo entendimento da composição protéica e nucléica dos vírus. O progresso feito na física dos cristais forneceu análises mais detalhadas, com difração de raios X, das estruturas virais. Aplicações da biologia celular e bioquímica ajudaram a determinar como as viroses usam as células hospedeiras para sintetizar seus ácidos nucléicos e suas proteínas. Esta revolução permitiu com que a informação genética codificada nos vírus - o que os capacita de reproduzir, sintetizar proteínas específicas e alterar funções celulares - fosse estudada. De fato, a relativa simplicidade da estrutura química dos vírus tem os tornado uma ferramenta experimental para o estudo de certos processos e eventos biológicos.  O QMCWEB apresenta o vírus: o que é, como causa infecção e as novas 

armas químicas para o combate destas moléstias.

Um novo uso para o Vírus

Os químicos Trevor Douglas da Temple University e Mark Young da Montana State University encontraram um novo uso para os vírus. Após terem esvaziados os seus capsid (capa proteíca que envolve o material genético do vírus), eles o utilizaram como um pequeno "frasco reacional" e como um sistema de "drug delivery". O vírus escolhido foi o cowpea chlorotic mottle virus – um RNA-vírus que ataca plantas; seu capsid, livre do RNA, tem uma cavidade de cerca de 18 nanometros (cerca de 4.000 vezes menor do que um fio de cabelo). É espaço suficiente para abrigar algumas moléculas. Pode funcionar como um "nano" tubo de ensaio, para abrigar e por em contato íntimo os reagentes ou, ainda, servir de envelope para o transporte de certos fármacos no sangue. Como o vírus tem a habilidade de penetrar na célula, ele pode entregar a droga diretamente no interior das células alvo.Um exemplo é a já bem sucedida envelopagem da heparina (um inibidor da coagulação do sangue) com o capsid viral. Este trabalho foi publicado na revista Nature, em 1988 (Nature, vol 393, p 152)

     Um vírus é um pequeno aglomerado de moléculas e macromoléculas, de composição relativamente simples, que é capaz de se multiplicar (reproduzir) somente no interior de células vivas de animais, plantas ou bactérias. O nome vem do Latin e significa "veneno". Poucos anos antes de 1900, dois cientistas (o russo D.I. Ivanovsky e o alemão Beijerink) descobriram que uma doença comum às folhas do tabaco era transmitida por um "agente de infecção", hoje conhecido como "vírus mosaico do tabaco". Eles perceberam que este agente era menor do que uma bactéria e que, se isolado, não se reproduzia e não era visível no microscópio ótico. Alguns anos mais tarde, o inglês F.W. Twort chegou a conclusões parecidas estudando outro agente, que era capaz de infectar bactérias e, por isso, chamado de bacteriofage (comedor de bactérias). Vários outros cientistas encontraram relações entre moléstias comuns aos humanos e outros seres vivos com determinados agentes, que possuiam as características observadas por Ivanovsky e Beijerink. Logo a comunidade científica aprendeu a fazer culturas de viroses, em células, e usar esta técnica para a preparação de vacinas - formulações usadas para promover a imunidade biológica ao agente, tal como a vacina da poliomelite

Os vírus não são plantas, animais ou protozoários; eles possuem o seu próprio reino taxonômico. Na verdade, os vírus são sequer considerados seres vivos, pois eles não são capazes de se reproduzir ou conduzir processos metabólicos sem uma célula hospedeira. Em comum, todos os vírus contém ácidos nucléicos RNA ou DNA e proteínas. Os ácidos nucléicos trazem a informação genética do vírus codificada. Em todos os vírus, existe uma camada protéica protetora em torno do material genético, chamada de capsid. Alguns vírus possuem também outras proteínas, que agem como enzimas, catalisando reações e processos necessários para o ataque do víruos às células hospedeiras.

      Os vírus são parasitas: dependem da célula hospedeira para todas as suas funções biológicas. Ao contrário de verdadeiros seres-vivos, eles não podem sintetizar proteínas, pois não possuem ribossomos (organela celular responsável pela transcodificação mRNA -> proteína); os vírus utilizam os ribossomos das células hospedeiras para esta tarefa. 

Eles tão pouco podem gerar ou armazenar energia na forma de trifosfato de adenosina; como não possuem mitocôndrias, toda a energia consumida pelos vírus vem das células hospedeiras. Os vírus também utilizam os nucleotídeos e amino-ácidos da célula para sintetizar seus próprios ácidos nucléicos e proteínas, respectivamente. Alguns vírus, mais qualificados, utilizam também lipídeos e açúcares da célula hospedeira para formar suas membranas e glicoproteínas.
Na grande maioria das viroses, apenas o material genético, sem o capsid, já é capaz de causar infecção, embora menos eficientemente do que o vírus completo. O capsid tem várias funções, entre elas a de proteger os ácidos nucléicos virais da digestão feita por certas enzimas (nucleases), acoplar com certos sítios receptores na superfície da célula hospedeira e penetrar na sua membrana ou, em alguns casos, injetar o ácido nucléico infeccioso no interior da célula. Muitos vírus possuem, ainda, uma membrana lipoproteíca envolvendo o capsid; esta membrana é chamada de envelope. O envelope facilita a interação do vírus com a membrana citoplasmática e aumenta a proteção do vírus contra o sistema de defesa do organismo.

Os vírus são muito pequenos, menores do que o comprimento de onda da luz visível - por isso não são vistos em microscópios óticos. Seu tamanho varia de 20 a 250 nanometros: o que determina a forma e o tamanho são as quantidades e arranjos de proteínas e ácidos nucléicos.
As formas variam, mas são variações de, basicamente, duas estruturas genéricas: bastões (ou filamentos), que tem uma matrix linear de proteínas e ácidos nucléicos; e as esferas que são, na verdade, polígonos de 20 faces (icosaédros) ou mais. Algumas espécies complexas de viroses apresentam combinações de ambas as formas.

O material genético da grande maioria dos vírus consiste de uma ou mais cadeias simples de RNA. Alguns, entretanto, possuem cadeias de DNA, em dupla hélice, tal como os humanos. No primeiro caso, os RNA virais atuam como mRNA nas células, ordenando a síntese de proteínas específicas. Estas viroses também possuem uma enzima, chamada RNA-polimerase, que catalisa a síntese de mRNA complementar, para a multiplicação do vírus.

Os vírus podem se replicar somente com o auxílio da célula hospedeira. Embora os mecanismos para isto variem de acordo com o tipo de virose, certos princípios são similares. O primeiro passo no ciclo de infecção é aquele que o vírus mãe (virion) se liga à superfície da célula a ser invadida. No segundo passo, o virion penetra no citoplasma ou, em alguns casos, injeta o material genético do vírus no interior da célula, enquanto que o capsid permanece fora da célula. No caso da penetração do vírus completo, um terceito passo, chamado desenvelopamento, libera o material genético do capsid e do envelope, se presente.

Algumas viroses, como a T4 bacteriofage, desenvolveram um complexo mecanismo de ataque: uma espécie de "plug" que penetra a membrana celular e injeta o vírus, como se fosse uma seringa; este vírus possui uma cobertura protéica retrátil e longas caudas hidrofóbicas que se ligam firmemente à membrana citoplasmática.

O ciclo de infecção do vírus influenza, causador da gripe, envolve um processo diferente: o vírus possui, na superfície, moléculas chamadas hemaglutininas, capazes de ligarem-se a moléculas de ácido siálico na superfície da célula. Esta ligação induz a célula a absorver o vírus que logo libera o seu material genético, feito de RNA, e suas proteínas, no citoplasma. Algumas destas proteínas auxiliam na duplicação do RNA e na produção de mRNA, que orienta o ribossomo na fabricação de mais proteínas virais. Os genes virais e as novas proteínas formam então novos vírus que são ejetados da célula infectada e partem para infectar outras.

A penetração nas células animais pelo vírus envolve processos diferentes, pois as células animais são protegidas por uma bicamada de fosfolipídeos e lipoproteínas. A maioria das viroses penetra nesta membrana por um processo chamado endocitose: ocorre uma invaginação da membrana que "engole" o vírus; isto ocorre, geralmente, em uma área da membrana que contém uma proteína chamada clatrina. A membrana, então, "gospe" o vírus envelopado por um pedaço da membrana plasmática, resultando em uma vesícula, que funde com os endosomas citoplasmáticos (outro tipo de vesículas) e, então, com os lisossomos, uma das organelas celulares. Os lisossomos são vesículas ricas em enzimas. A membrana que envolve o vírus se funde com os lisossomos e libera o vírus no citoplasma.

Para aquelas viroses onde o genoma é um RNA que pode servir como mensageiro, o terceiro passo é a tradução deste RNA para formar proteínas virais; algumas destas são enzimas que sintetizam ácidos nucléicos (polimerases). Após um tempo, a célula já produz proteínas e genoma virais para formar outras unidades do virus. A reprodução está completa.

Algumas viroses animais podem permanecer "incubadas" no hospedeiro, em um estado de latente de "dormência". Embora seu DNA seja incoporado ao DNA das células hospedeiras, as células não tem, inicialmente, nenhuma alteração funcional. A cada replicação do DNA celular, a fração correspondente ao DNA viral é também replicada. Embora as células continuem sadias, elas carregam as informações genéticas do vírus. Um determinado fator perturbante pode desencadear a segunda fase de ataque do vírus, onde as funções das células infectadas são alteradas, e mais vírus são produzidos. Este processo foi descoberto em 1950 pelo microbiologista francês André Lwoff, e é chamado lisogenia. Outras vezes, as células que carregam as informações virais se comportam como células cancerígenas, em um processo conhecido como transformação maligna. Ao contrário das células sadias, que são programadas para morrer (apoptose), as células malignas impedem a apoptose, resultando em um crescimento desordenado do número de células, ou seja, no câncer.

Embora muitas das viroses tenham sido descobertas e caracterizadas com base nas doenças que provocam, a maioria não causa nenhum mal. De fato, muitas são atém benéficas. Algumas técnicas para tratamento genético, por exemplo, envolvem o auxílio de viroses para substituir genes defeituosos em todas as células de um organismo.

A química tem sido de imenso valor no combate às viroses. Antibióticos e outros agentes antimicrobiais não são eficazes, pois as viroses mimetizam as funções biológicas das células hospedeiras - matá-los significaria matar, também, as células sadias do organismo. Certos compostos orgânicos sintéticos (vide quadro), como a ribavirina, aciclovir e zidovudina e azidotimidina (AZT) seletivamente inibem o crescimento de células infectadas. Outra classe de armas contra os vírus são os interferons, que são naturalmente produzidos pelas células. São proteínas normalmente sintetizadas em células de vertebrados. Estas proteínas são produzidas em casos de infecção, naturalmente, pelo organismo; entretanto, é prática corrente da medicina a injeção ou estimulação da formação de mais interferon no combate a viroses e ao câncer.

A origem do vírus na escala evolutiva ainda não é bem conhecida. A primeira consideração, devido à sua simplicidade, é que os vírus fossem as formas de vida primordiais. Este conceito é, provavelmente, incorreto, por que os vírus são incapazes de se replicarem sem o auxílio de células mais evoluídas. Os vírus evoluiram das células, e não o oposto. Alguns cientistas consideram os vírus como evolução de "restos" de células: a degradação de pedaços de ácidos nucléicos celulares que, posteriormente, adquiriram o capsid e envelope, deu origem aos vírus. Isto explicaria a notável semelhança entre as sequências do RNA ou DNA de viroses com as encontradas nos seres vivos.

                          

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