Qual e a importância dos vírus para o ambiente e para os seres vivos e das bactérias

Em todos os noticiários o assunto é um só: coronavírus. Mas afinal, você sabe o que é um vírus?

Um primeiro ponto importante a ser considerado é que os vírus não são considerados seres vivos, uma vez que eles não possuem uma estrutura de célula. Eles são parasitas intracelulares obrigatórios, o que significa que são completamente dependentes de outras células para se reproduzir. Não possuem metabolismo próprio independente do hospedeiro.

Sua estrutura básica é composta de dois componentes apenas: algum tipo de ácido nucléico e um envoltório feito de proteínas, chamado de capsídeo. Ao conjunto dos ácidos nucleicos com o capsídeo chamamos de nucleocapsídeo. Alguns vírus, no entanto, principalmente os que infectam animais, possuem além do nucleocapsídeo um envoltório mais externo de natureza fosfolipídica chamado de envelope. O envelope é derivado da membrana celular do hospedeiro, quando da saída do vírus ao final do ciclo de replicação. Falamos, portanto, de vírus nus (sem envelope) e envelopados (Fig. 1). Existe uma distinção também quando nos referimos aos vírus no ambiente externo (fora do hospedeiro), quando são chamados de vírions.

Fig. 1 – Vírus nus e envelopados.

Fonte: adaptado de Madigan et al. Brock Biology of Microorganisms. 15ª ed. 2019.

Os ácidos nucléicos podem ser do tipo ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA em inglês) ou ácido ribonucleico (ARN ou RNA em inglês). O padrão mais comum que encontramos na natureza em todos os organismos – de bactérias até baleias – é de duas fitas de DNA complementares (DNA dupla fita) e uma fita de RNA (RNA fita simples).  Os vírus, no entanto, fogem a essa regra e podem ter tanto RNA de fita dupla quanto DNA de fita simples.  Existem ainda vírus que podem ter DNA e RNA em momentos diferentes da fase de sua replicação, os chamados retrovírus (ex.: vírus HIV) e hepadnavírus (causador da hepatite B). Estes vírus precisam converter DNA →RNA → DNA (hepadnavírus) ou RNA → DNA → RNA (HIV) utilizando uma enzima muito especial chamada transcriptase reversa, codificada pelo próprio genoma viral. É importante ressaltar que um vírus sempre vai ter apenas um tipo de ácido nucléico em um dado momento e que o conjunto total de ácidos nucléicos de um vírus é chamado de genoma.

Os vírus parasitam todos os tipos de células conhecidos: procariotos, tais como arqueias e bactérias (estes recebem o nome de bacteriófagos) e eucariotos como fungos, microalgas, plantas e animais. Por isso eles são bastante pequenos, os menores sendo da ordem de 0,02 µm (micrômetros, ou seja, um milionésimo (10-6) do metro) até 0,3 µm, embora existam alguns vírus gigantes de até 750 µm que infectam amebas. Estes vírus são tão grandes que são vistos em microscópio comum e eram inclusive confundidos com bactérias logo que foram descobertos, ao passo que a maioria dos vírus só pode ser visto com auxílio de um microscópio eletrônico.

Fig. 2 – Comparação em escala do tamanho de vírus (um bacteriófago) e células procariontes (bactéria) e eucariontes (célula animal).

FONTE: https://amit1b.wordpress.com/the-molecules-of-life/10-the-living-cell-gallery

 Por terem um tamanho muito reduzido, o tamanho dos seus genomas também é bastante limitado e codifica apenas algumas poucas proteínas funcionais (ex.: enzimas importantes para a replicação do vírus) e estruturais (componentes do capsídeo e envelope), dependendo em grande parte das enzimas e do metabolismo do hospedeiro.

Ciclo de replicação

O processo de replicação dos vírus possui 5 etapas (Fig. 3):

1. Adsorção
2. Separação dos ácidos nucléicos do capsídeo
3. Expressão e replicação de ácidos nucléicos
4. Montagem
5. Liberação e transmissão

Fig. 3: Esquema do ciclo de replicação dos vírus.

Fonte: adaptado de https://www.kinopharma.com/english/pipeline/

            Na etapa de adsorção, ocorre a ligação do vírion com a célula hospedeira, num processo bastante específico, o que significa que cada vírus infecta em geral um ou poucos hospedeiros. Mesmo dentro de um hospedeiro os vírus podem infectar alguns tecidos e outros não. Isso ocorre porque envolve o reconhecimento por parte do vírus de que ele encontrou uma célula adequada, que acontece por ligação entre moléculas do capsídeo ou envelope do vírion com moléculas da superfície da célula. Estas moléculas podem ser carboidratos, proteínas, glicoproteínas, lipídeos ou lipoproteínas, por exemplo.

Após o reconhecimento, ocorrem alterações na célula que permitem a penetração dos ácidos nucléicos (procariotos) ou mesmo o vírion inteiro (eucariotos) no interior da célula. No caso de vírus que infectam procariotos, por exemplo, isto pode envolver a ação de enzimas do vírus no rompimento da parece celular bacteriana (lisozimas) e injeção do genoma do vírion na célula. Em eucariotos (animais e plantas), o vírion entra inteiro na célula, o que ocorre pela fusão do envelope com a membrana celular da célula hospedeira ou endocitose do vírus. Seja por qual via for, ocorre então a separação dos ácidos nucléicos do capsídeo.

Uma vez dentro das células, o material genético do vírus pode seguir vários caminhos: pode codificar a expressão de proteínas do vírus ou ser replicado para formar novas partículas virais (expressão e replicação de ácidos nucléicos). Alguns vírus de DNA conseguem integrar seu genoma no genoma do hospedeiro, e seguir sendo multiplicado junto com as divisões celulares normais da célula, sem causar-lhe maiores danos. Isso é chamado de ciclo lisogênico. Vírus que iniciam de pronto sua replicação ou que saíram do ciclo lisogênico realizam o ciclo chamado de lítico, que envolvem a morte da célula hospedeira para a liberação dos vírus.

Após a produção de todos os componentes necessários para os novos vírus, ocorre a fase da montagem. Nesta fase as proteínas do capsídeo são agrupadas e o material genético é empacotado dentro do capsídeo.

Na fase final, ocorre o rompimento da célula e liberação e transmissão dos vírus.  No caso de vírus envelopados, o envelope forma-se a partir da saída através da membrana celular do hospedeiro. Uma vez fora do hospedeiro, são chamados novamente de vírions e estão aptos a infectar novos hospedeiros. Dependendo do vírus, podem ser liberados de poucos a milhares de partículas virais no exterior.

E o coronavírus?

O coronavírus que causa a doença COVID-19 é apenas um tipo de coronavírus dentre os vários existentes. Os coronavírus recebem este nome porque o seu envelope possui proteínas (proteína S) em formato de bastão dando o aspecto de coroa ao vírus (Fig. 4).

Fig. 4 – O coronavírus SARS-CoV-2. Um vírus de RNA fita simples envelopado com proteínas no envelope que dão o aspecto de coroa ao vírus.

FONTE: Pathogens 2020, 9, 231; doi:10.3390/pathogens9030231

O fato de o vírus ser envelopado é o motivo pelo qual as medidas de profilaxia incluem o uso do sabão e do álcool 70%. Como o envelope viral é composto de uma bicamada de fosfolipídios (o que chamamos popularmente de gordura), a ação destes agentes químicos remove o envelope e também desnatura os ácidos nucléicos, inativando o vírus. Note que não é correto o uso da expressão “matar o vírus”, pois os vírus não são considerados seres vivos.

O vírus possui como ácido nucléico RNA de fita simples do tipo (+), o que significa que este pode ser ou replicado ou usado diretamente para a produção de proteínas através do processo de tradução. 

O nome oficial do coronavírus é Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, ou mais simplificadamente SARS-CoV-2. Este vírus invade células do trato respiratório através da interação das proteínas dos espinhos (proteína S) com um receptor para a angiotensina 2 (ACE2) nas células humanas, com auxílio de uma proteína da membrana com ação protease (Fig. 5). Uma vez dentro da célula, o vírus inicia seu processo de replicação e termina por causar a morte da célula.

Fig. 5: Etapa de adsorção e reconhecimento do vírus SARS-CoV-2 em uma célula hospedeira.

Contribuição do Dr. Ng Haig They

Professor Adjunto do Departamento Interdisciplinar do Campus Litoral da UFRGS