AS ORIGENS DO VÍRUS

Como é que os vírus evoluem? Elas são uma forma simplificada de algo que existiu há muito tempo, ou um ponto final culminante de elementos genéticos menores unidos?

virus

Principais grupos virais

A história evolutiva dos vírus representa um fascinante, embora obscuro, tópico para virologistas e biólogos celulares. Devido à grande diversidade entre os vírus, os biólogos têm buscado um modo de como classificar essas entidades e como relacioná-los em uma árvore filogenética convencional. Eles podem representar elementos genéticos que ganharam a habilidade de se mover entre as células. Eles podem representar organismos anteriormente livres que se tornaram parasitas. Eles podem ser os precursores da vida como a conhecemos.

As noções básicas de Vírus

Vírus e da árvore da vida Embora a maioria dos biólogos argumentam que os vírus não são seres vivos, alguns argumentam que os vírus devem ser incluídos na árvore da vida. Todos os organismos, eles argumentam, deveria ser dividido em organismos que codifica ribossomo (REOs) e organismos que codifica o capsídeo (CEOs). Bacteria, Archaea, e eucariotas são REOs; vírus são CEOs

Vírus e a árvore da vida.
Embora a maioria dos biólogos argumentem que os vírus não são seres vivos, alguns argumentam que os vírus devem ser incluídos na árvore da vida. Todos os organismos, eles argumentam, deveriam ser divididos em organismos que codificam ribossomo (REOs) e organismos que codificam os capsídeos (CEOs). Bacteria, Archaea, e eucariotas são REOs; vírus são CEOs

Nós sabemos que os vírus são bastante diversificados. Ao contrário de todas as outras entidades biológicas, alguns vírus, como o poliovírus, têm genoma de RNA e alguns, como o herpesvírus, têm genomas de DNA. Além disso, alguns vírus (da gripe) têm genomas de cadeia simples, enquanto outros (como a varíola) têm genomas de cadeia dupla. Suas estruturas e estratégias de replicação são igualmente diversas. Os vírus, no entanto, compartilham algumas características em comum: Primeiro, eles geralmente são bastante pequenos, com um diâmetro de menos de 200 nanômetros (nm). Em segundo lugar, eles podem replicar-se somente em uma célula hospedeira. Terceiro; nenhum vírus conhecido contém ribossomas, um componente necessário de proteína de tomada de maquinaria de tradução de uma célula.

Os vírus são vivos?

Para analisar esta questão, precisamos ter uma boa compreensão do que queremos dizer com “vida”. Embora as definições específicas possam variar, os biólogos geralmente concordam que todos os organismos vivos apresentam diversas propriedades fundamentais: eles podem crescer, reproduzir, manter-se em homeostase interna, responder a estímulos, e realizar vários processos metabólicos. Além disso, as populações de organismos vivos evoluem ao longo do tempo.

Os vírus preenche esses critérios? Sim e não. Nós, provavelmente, todos percebemos que os vírus se reproduzem de alguma forma. Nós podemos ser infectados com um pequeno número de partículas virais – pela inalação de partículas expelida quando outra pessoa tosse, por exemplo – e, em seguida, tornar-se doente vários dias mais tarde, são os vírus se replicando dentro de nossos corpos. Da mesma forma que nós, provavelmente, todos percebem que os vírus evoluem ao longo do tempo. Precisamos obter uma vacina contra a gripe todos os anos, principalmente porque o vírus influenza  muda, ou seja, evolui, de um ano para o outro (Nelson & Holmes 2007).

Toda via, os vírus não realizam processos metabólicos. Mais notavelmente, os vírus diferem dos organismos por que eles não podem gerar ATP. Os vírus também não possuem o equipamento necessário para a tradução. Eles não possuem ribossomas e não podem, de modo independente, formar moléculas de proteínas a partir do RNA mensageiro. Devido a estas limitações, o vírus podem replicar-se somente numa célula hospedeiro viva. Portanto, os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios. De acordo com uma definição rigorosa de vida, eles são não-vivos. Nem todos, porém, concordam necessariamente com essa conclusão. Talvez o vírus represente um tipo diferente de organismo na árvore da vida – os organismos que codificam o capsídeo, ou CEOs (Figura 1; Raoult & Forterre 2008).

De onde veio o vírus?

Há muito tempo se debate entre os virologistas sobre esta questão. Três hipóteses principais foram articuladas: 1. A progressiva, ou escapada, hipótese que afirma que os vírus surgiu a partir de elementos genéticos que ganhou a habilidade de se mover entre as células; 2. A regressiva, ou redutiva, hipótese que afirma que os vírus são restos de organismos celulares; e 3. a hipótese de virus-first que afirma que os vírus são predavam ou que co-evoluíram com seus atuais anfitriões celulares.

A Hipótese Progressiva

A replicação de retrovírus Depois de um retrovirus entra na célula hospedeira, a transcriptase reversa converte o genoma de ARN retroviral em DNA de cadeia dupla. Este ADN virai migra para o núcleo e torna-se integrado no genoma do hospedeiro. Genes virais são transcritos e traduzidos. Montar novas partículas virais, sair da célula, e pode infectar uma outra célula. © 2005 Nature Publishing Group

A replicação de retrovírus
Depois que um retrovirus entra na célula hospedeira, a transcriptase reversa converte o genoma de RNA retroviral em DNA de cadeia dupla. Este DNA virai migrar para o núcleo e torna-se integrado no genoma do hospedeiro. Genes virais são transcritos e traduzidos. Monta novas partículas virais, sair da célula, e pode infectar uma outra célula.
© 2005 Nature Publishing Group

Segundo esta hipótese, os vírus se originaram através de um processo progressivo. Elementos genéticos móveis, pedaços de material genético capazes de se mover dentro de um genoma, ganharam a habilidade de sair de uma célula e entrar em outra. Para conceituar essa transformação, vamos examinar a replicação dos retrovírus, a família de vírus ao qual pertence HIV.

Os retrovírus têm um único genoma de RNA de cadeia simples. Quando o vírus entra numa célula hospedeira, uma enzima viral, a transcriptase reversa, converte o RNA de cadeia simples em DNA de cadeia dupla. Este DNA viral migra para o núcleo da célula hospedeira. Outra enzima viral, integrase, insere o DNA viral recém formado no genoma da célula hospedeira. Genes virais podem então ser transcritos e traduzidos. A RNA polimerase da célula hospedeira pode produzir novas cópias de cadeia simples do genoma de RNA do vírus. A prole deste vírus sai da célula para iniciar o processo de novo (Figura 2).

Esse processo reflete muito de perto o movimento de uma importante, embora um tanto incomum, componente da maioria dos genomas eucarióticos: os retrotransposons. Estes elementos genéticos móveis correspondem a 42% do genoma humano (Lander et al, 2001) e pode se mover dentro do genoma através de um intermediário de RNA. Tal como retrovírus, certas classes de retrotransposons, os retrotransposons-virais como, codificar uma transcriptase reversa e, muitas vezes, uma integrase. Com estas enzimas, estes elementos podem ser transcritos em RNA, a transcrição reversa para DNA, e depois integrados em um novo local dentro do genoma (Figura 3). Podemos especular que a aquisição de algumas proteínas estruturais poderia permitir o elemento sair de uma célula e entrar em uma nova, tornando-se um agente infeccioso. Na verdade, as estruturas genéticas de retrovírus e retrotransposons virais semelhantes mostram semelhanças notáveis.

A Hipótese Regressiva

Retrotransposões de replicação viral de tipo Transcrever RNA polimerases celulares retrotransposões, formando uma cópia de RNA do elemento. Após a tradução, transcriptase reversa converte a RNA retrotransposon em DNA de cadeia dupla. Esta cópia de DNA do retrotransposão então integra, em um novo local, no genoma da mesma célula. © 2001 Nature Publishing Group

Retrotransposons de replicação viral. RNA polimerases celulares transcreve retrotransposons formando uma cópia de RNA do elemento. Após a tradução, a transcriptase reversa converte a RNA retrotransposon em DNA de cadeia dupla. Esta cópia de DNA do retrotransposon integra fica em um novo local, no genoma da mesma célula.
© 2001 Nature Publishing Group

Em contraste com o processo progressivo que acabamos de descrever, os vírus podem ter se originado através de uma abordagem regressiva, ou redutora. Microbiologistas geralmente concordam que certas bactérias que são parasitas intracelulares obrigatórios, como espécies de Chlamydia e Rickettsia evoluíram a partir de ancestrais de vida livre. De fato, estudos genômicos indicam que as mitocôndrias das células eucarióticas e Rickettsia prowazekii podem compartilhar, um ancestral comum de vida livre (Andersson et al, 1998). Segue-se, então, que os vírus existentes podem ter evoluído a partir de organismos, possivelmente livre-vivos mais complexos que perderam a informação genética ao longo do tempo, à medida que adotou uma abordagem parasitária para replicação.

Os vírus de um grupo particular, os grandes vírus de DNA nucleocitoplasmático (NCLDVs), melhor ilustram esta hipótese. Esses vírus, que incluem vírus da varíola e o gigante recém-descoberto, Mimivírus, são muito maiores do que a maioria dos vírus (La Scola et al, 2003). Um poxvírus em forma de bloco típico, por exemplo, pode ser de 200nm de largura e 300nm de comprimento. Cerca de duas vezes esse tamanho, o Mimivírus apresenta um diâmetro total de cerca de 750 nm (Xiao et al, 2005). Por outro lado, as partículas de vírus da gripe em forma esférica podem ter apenas de 80nm de diâmetro, e partículas de poliovírus têm um diâmetro de apenas 30nm, aproximadamente 10.000 vezes menor do que um grão de sal. O NCLDVs também possuem grandes genomas. Mas, os genomas de poxvírus frequentemente se aproximam de 200 mil pares de bases, e Mimivírus tem um genoma de 1,2 milhões de pares de bases; enquanto tem um genoma do poliovírus do total apenas 7.500 nucleótidos. Por causa de seu grande tamanho e maior complexidade NCLDVs do que outros vírus eles dependem menos do seu hospedeiro para a replicação do que outros vírus. Partículas de poxvírus, por exemplo, incluem um grande número de enzimas virais e fatores relacionados que permitem que o vírus produzam RNA mensageiro funcional dentro do citoplasma da célula hospedeira.

Por causa do tamanho e da complexidade da NCLDVs, alguns virologistas sugerem a hipótese de que estes vírus podem ser descendentes de ancestrais mais complexos. Segundo os defensores desta hipótese, os organismos autônomos inicialmente desenvolveram uma relação simbiótica. Ao longo do tempo, a relação virou parasitária, tal como um organismo tornou-se mais e mais dependente da outra. Como o parasita uma vez livre tornou-se mais dependente do hospedeiro, ele perdeu genes previamente essenciais. Eventualmente, ele foi incapaz de se replicar independentemente, tornando-se um parasita intracelular obrigatório, um vírus. A análise do gigante Mimivírus pode apoiar esta hipótese. Este vírus contém um repertório relativamente grande de genes putativos associados a tradução – genes que podem ser restos de um sistema de tradução anteriormente completo. Curiosamente, Mimivírus não são significativamente diferentes das bactérias parasitas, como a Rickettsia prowazekii (Raoult et al, 2004).

A Hipótese Vírus-First

Ambas as hipóteses; progressivas e regressivas, assumem que as células existiam antes vírus. Mas se os vírus existiram primeiro? Recentemente, vários investigadores propuseram que os vírus podem ter sido as primeiras entidades replicadoras. Koonin e Martin (2005) postularam que existiam vírus em um mundo pré-celular como unidades de auto-replicação. Ao longo do tempo estas unidades, argumentam eles, tornaram-se mais organizadas e mais complexas. Eventualmente, as enzimas para a síntese das membranas e paredes celulares evoluiu, resultando na formação de células. Os vírus, então, podem ter existido antes de bactérias, archaea, ou eucariontes (Figura 4; Prangishvili et al., 2006).

A maioria dos biólogos concorda hoje que as moléculas replicadoras primeiro consistiram de RNA, e não de DNA. Sabemos também que algumas moléculas de RNA, ribozimas, exibem propriedades enzimáticas; podem catalisar reações químicas. Talvez, moléculas de RNA simples de replicação, existentes antes da primeira célula formada, desenvolveu a capacidade de infectar as primeiras células. Poderia vírus atuais RNA de fita simples ser descendentes destas moléculas de RNA pré-celular?

Outros argumentaram que os precursores de NCLDVs de hoje levaram ao surgimento de células eucarióticas. Villarreal e DeFilippis (2000) e Bell (2001) descreveram os modelos que explicam esta proposta. Os dois grupos postulam que o núcleo atual em células eucarióticas surgiu de um evento endossimbiótico em que um complexo, ou envolto vírus de DNA tornou-se um residente permanente de uma célula eucariótica emergente.

Nenhuma hipótese pode estar correta

De onde vírus veio não é uma pergunta fácil de responder. Pode-se argumentar convincentemente que certos vírus, como os retrovírus, surgiram através de um processo progressivo. Elementos genéticos móveis ganharam a habilidade de viajar entre as células, tornando-se agentes infecciosos. Pode-se também argumentar que os vírus grandes de DNA surgiu através de um processo regressivo em que entidades outrora independentes perderam genes-chave ao longo do tempo e adotaram uma estratégia de replicação parasitária. Finalmente, a ideia de que os vírus deram origem à vida como a conhecemos apresenta possibilidades muito intrigantes. Talvez os vírus de hoje tenham surgido várias vezes, através de vários mecanismos. Talvez todos os vírus surgiram através de um mecanismo único ainda não descoberto. Pesquisas básicas de hoje em campos como a microbiologia, genômica e biologia estrutural pode nos fornecer respostas a esta pergunta.

Resumo

Contemplar as origens da vida fascina os cientistas e do público em geral. Entender a história evolutiva dos vírus pode lançar alguma luz sobre este tema interessante. Até o momento, nenhuma explicação clara para a(s) origem(s) do vírus existe. O vírus pode ter surgido a partir de elementos genéticos móveis que ganharam a habilidade de se mover entre as células. Eles podem ser descendentes de organismos previamente a vida livre que se adaptaram a estratégia de replicação parasitária. Talvez o vírus já existia antes, e levou à evolução da vida celular. Estudos podem nos fornecer respostas mais claras. Ou futuros estudos podem revelar que a resposta é ainda mais sombria do que parece agora.

Fonte: Nature

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