Vírus da Influenza: Histórico, Variabilidade Genética e HELIO JOSÉ MONTASSIER

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1 Vírus da Influenza: Histórico, Variabilidade Genética e Desafios para o Controle HELIO JOSÉ MONTASSIER unesp IMUNOVIR

2 O que é Influenza -Influenza é uma doença respiratória causada pelo vírus da influenza, que pode provocar desde infecções mais benignas até as mais severas, as quais, às vezes podem provocar elevada mortalidade. -As epidemias sazonais de Influenza são anualmente responsáveis por 3 a 5 milhões de casos de doença severa e entre 250 mil a 500 mil mortes em todo o mundo. - Os idosos e as crianças e pessoas com determinados problemas de saúde são os principais grupos de risco para desenvolver as complicações mais sérias da infecção pelo vírus da influenza. Source: CDC *

3 Transmissão do Vírus da Influenza -Os virus da influenza se disseminam principalmente de pessoa para pessoa através de secreções liberadas na tosse ou espirros de pessoas já infectadas com esses vírus. - Algumas pessoas podem se infectar por contato direto especialmente das mãos com superfícies contaminadas com o vírus da influenza e em seguida com as mucosas oral e nasal. - A maioria dos adultos saudáveis, após ter sido infectada com o vírus da influenza, pode ser capaz de transmitir a infecção 1 dia antes que os sintomas se desenvolvam e até 5 dias depois de os sintomas terem aparecido

4 Importância do Vírus da Influenza

5 VI está presente em todo o Mundo

6 Todo o Ano nos EUA:- -Uma média de 5 a 20% da população é infectada com o vírus da influenza (VI). -Dentre essas, > 200 mil pessoas são hospitalizadas em conseqüência de complicações da infecção pelo vírus da influenza. - Cerca de 36 mil pessoas morrem em conseqüência da infecção pelo VI.

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8 Influenza Histórico - Mundo Padrões históricos indicam que ocorre uma média de 3 a 4 pandemias de influenza entre seres humanos em cada século. No século XIX, 3 pandemias principais de influenza ocorreram principalmente na Europa em e 1847 e, posteriormente na Rússia entre No século XX, as pandemias aconteceram 3 vezes, em , e Dez pandemias de influenza ocorreram nos últimos 300 anos; sendo que a última grande pandemia foi em Hong Kong em 1968.

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12 Influenza Humana Brasil

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17 Influenza - ETIOLOGIA O ABC dos Vírus da Influenza -Os vírus da Influenza A, B e C são gêneros da Família Orthomyxoviridae. -Os vírus da Influenza A, B e C são identificados com base em suas proteínas de nucleocapsídeo (N) e de matriz (M), que são específicas para cada tipo viral. - Os vírus da Influenza A são naturalmente capazes de infectar uma ampla gama de espécies hospedeiras, incluindo humanos, suínos, aves, mamíferos marinhos e cavalos. Fonte: CDC

18 Eco-epidemiologia do Vírus da Influenza - I

19 Eco-epidemiologia do Vírus da Influenza - II Blue Wing Teal Mallards Herring Gulls O AIV é naturalmente encontrado em aves silvestres Raramente o AIV causa doença nessas sps. De hospedeiros naturais (as estirpes são de baixa patogenicidade) Pesquisas demonstraram que certas espécies de patos silvestres e outras aves costeiras são comumente infectadas em diferentes épocas do ano com o AIV Há indícios fortes de que todos os tipos do AIV tenham sido originados de aves silvestres

20 Variabilidade Fenotípica (Patogenicidade, Antigenicidade) dos Vírus da Influenza - Estirpes de todos os subtipos do vírus da influenza A têm sido isoladas de aves silvestres, embora seja raro o desenvolvimento de lesões nessas aves. - Alguns isolados do vírus da influenza A causam doença severa em aves domésticas e raramente em humanos. - Ocasionalmente os vírus da influenza são transmitidos de aves aquáticas silvestres para as aves domésticas, podendo causar um surto de infecção. - Os vírus da influenza A são adicionalmente classificados em subtipos com base na antigenicidade das glicoproteínas de superfície; Hemaglutinina (H) e Neuraminidase (N).

21 unesp Influenza - ETIOLOGIA Genoma - RNA segmentado de cadeia única e sentido negativo Família Orthomyxoviridae Gênero Influenzavirus. Envelope: neuraminidase + hemaglutinina = Ag de superfície variabilidade antigênica. Sensível ao calor, dessecação, luz solar e desinfetantes. 3 Tipos Principais;- A, B e C. HELIO JOSÉ MONTASSIER IMUNOVIR

22 Nomenclatura Vírus da Influenza A/Chicken/Pennsylvania/1370/83 (H5N2) ) Tipo antigênico 2) Hospedeiro de origem do isolado 3) Localização Geográfica 4) Referência do Isolado 5) Ano do isolamento 6) Subtipo de Hemaglutinina 7) Subtipo de Neuraminidase

23 unesp Diferentes Tipos e Espectros de Hospedeiros dos Vírus da Influenza humanos Influenzavirus A Influenzavirus B Influenzavirus C cavalos porcos aves mamíferos humanos porcos humanos cães? gatos, porcos, humanos HELIO JOSÉ MONTASSIER IMUNOVIR

24 unesp Partículas do Vírus da Influenza VIE nucleocapsídeo Fragmentos de RNA Empacotados no Capsídeo Proteíco envelope hemaglutinina e neuraminidase espículas Na superfície do Envelope 100 nm HELIO JOSÉ MONTASSIER IMUNOVIR

25 ORTHOMYXOVIRUS Esquema da Estrutura da Partícula do Vírus da Influenza tipo A, B, C : NP, M1 proteína sub-tipos: HA or NA proteína

26 Influenza A Virus RNA de sentido negativo Cadeia única Segmentado Neuraminidase Hemagglutinin M2 PB1 PB2 PA HA NP NA MA NS NP 16 subtipos de Hemaglutinina 9 Subtipos de Neuraminidase M1

27 Bases Moleculares da Virulência das Estirpes do Vírus da Influenza

28 unesp Haemaglutinina e Neuraminidase Ácido siálico no receptor cel. HA N Sítio ativo Sítio de ligação no receptor Alças variáveis Alças variáveis HELIO JOSÉ MONTASSIER IMUNOVIR

29 HA é clivada por proteases Ligação ao Receptor da Célula Hospedeira NA cliva a ligação Vírus Receptor

30 Importância e Implicações da Variabilidade Genética e Fenotípica entre as Estirpes do Vírus da Influenza

31 PROPRIEDADES DO VÍRUS DA INFLUENZA VARIABILIDADE GENÉTICA VI MUTAÇÃO REARRANJO GÊNICO VARIABILIDADE FENOTÍPICA VARIAÇÃO ANTIGÊNICA (Ag Drift / Ag Shift ) - Nº Subtipos (H e N) - Nº variantes antigênicas VARIAÇÃO DE PATOTIPO - Tropismos diferentes por Tecidos / Órgãos - > / < Virulência / Atenuação Diferentes sinais clínicos e patologias da infecção pelo VI em seres humanos, mamíferos e aves, ou aves silvestres.

32 Distribuição de sorotipos de de Hemaglutinina (H) do VI na Natureza H16

33 Distribuição de Sorotipos de Neuraminidase (N) na Natureza

34 Variabilidade Genética e Fenotípica e Geração de Estirpes Pandêmicas do Vírus da Influenza - + UM POUCO DE HISTÓRIA

35 Asian Flu A(H2N2) Mais de 1 milhão de pessoas morreram em todo o mundo e cerca de 70 mil nos EUA. - Rearranjo genético em suínos foi considerado - Rearranjo genético em suínos foi considerado como responsável pela geração das estirpes do vírus da influenza que causaram as pandemias de 1957 e a de 1968.

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37 Hong Kong Flu A(H3N2), A pandemia de influenza em 1968 surgiu quando o gene da hemaglutinina H3 e um outro gene interno proveniente de um vírus da influenza aviário sofreram rearranjo com a Neuraminidase N2 e 5 outros genes da estirpe humana H2N2 que tinham estado em circulação. - Nessa pandemia houve a morte de 1 milhão de pessoas no mundo todo e 34 mil somente nos EUA.

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39 Evolução de Variantes do Vírus da Influenza Aviária

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42 Influenza Aviária em Seres Humanos -A estirpe H5N1 do vírus da influenza foi detectada em Maio de 1997, em uma criança de 3 anos em Hong Kong que morreu em uma unidade de terapia intensiva no 5º dia de sua hospitalização, com um diagnóstico clínico de Síndrome de Reye, pneumonia por influenza aguda. - Foram detectados + 8 casos na região de Hong Kong e 6 mortes. H9N2 Hong Kong, 1999 H7N7 The Netherlands, 2003 H5N1 Hong Kong, 2003 H5N1 Vietnam,

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44 Surgimento e Evolução de Variantes do Vírus da Influenza

45 ESTIRPE PARENTAL DO VI MUTAÇÃO REARRANJO GÊNICO PRESSÕES SELETIVAS - Sistema Imune s Cels. Tecidos, Espécies Hospedeitras ESTIRPES VARIANT ES (Quasi-species) GENOMA / FENÓTIPO PREDOMINANTE ESTIRPE VARIANTE DO VI

46 Drift Antigênico -Os genes da hemaglutinina (H) e da Neuraminidase (N) do vírus da influenza sofrem constantes mutações em ponto que resultam em trocas dos resíduos de aminoácidos que compõem estas proteínas, tornando-as menos acessíveis para serem reconhecidas pelo sistema imune e de interagirem com elementos efetores das respostas imunes (Anticorpos Vírus-Neutralizantes e CTLs), favorecendo a evasão dos mecanismos de defesa e facilitando a propagação viral. - O monitoramento dessas mutações nos diversos isolados do vírus da influenza permite conhecer melhor a epidemiologia molecular da influenza e determinar ou atualizar as estirpes mais prevalentes que devem entrar na composição das novas vacinas contra a influenza e que terão um maior potencial de conferir imunidade protetora aos organismos hospedeiros.

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48 Rearranjo Gênico e Shift Antigênico -Co-infecção de uma única célula de um hospedeiro com 2 estirpes do vírus da influenza resulta na geração de partículas virais contendo partes dos segmentos gênicos de cada uma das 2 estirpes REARRANJO GÊNICO ( REASSORTMENT ). - Os Rearranjos Gênicos a partir de estirpes de suínos ocorreram na geração das estirpes pandêmicas do vírus da influenza de de 1957 e 1968, ou a partir de estirpes aviárias, como ocorreu na geração da estirpe pandêmica de A conseqüência disso são mudanças repentinas e de maior magnitude nos principais Antígenos do vírus da influenza, como a hemaglutinina (H) e a neuraminidase (N), o que acarreta a ausência de proteção que seria conferida pelas vacinas contra influenza compostas pelas estirpes que não sofreram o Shift. -Além disso, o REARRANJO gênico pode gerar estirpes com alterações de genes envolvidos na Patogenicidade em conferir maior virulência, ou inversamente maior atenuação, o que acarreta mudanças drásticas nos Patotipos desses vírus.

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51 H1N1 suíno Eurásia H1N1 suíno América do Norte 230 casos humanos Fort Dix H1HA, NP, M e NS doados Influenza A Aviário Mistura de Genes H1N1 humano Gripe Espanhola 1918 H2N2 humano Triplo Rearranjo H1N2 suíno H1N1 Pandêmico H1N1 Sazonal H3N2 humano H3N2 Sazonal Relação Genética entre os Vírus da Influenza Humana, Suína e Aviária e os Mecanismos de Evolução e Emergência do Novos Vírus. Ex.- H1N1 Pandêmico - I

52 Relação Genética entre os Vírus da Influenza Humana, Suína e Aviária e os Mecanismos de Evolução e Emergência do Novos Vírus H1N1 Pandêmico - II

53 Origins of Virulent H5N1 Influenza in Hong Kong Goose/Guangdong/1/96 H5N1 H6N1 Quail/Hong Kong/G1/97 H9N2 H5 N1 NP, MA, NS, PB1, PB2, PA???????? CK/Hong Kong/220/97 Hong Kong/156/97

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55 Epidemiologia Molecular e Evolução de Variantes do Vírus da Influenza no Brasil

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58 Epidemiologia Molecular de RNA VÍRUS Genética Molecular Clínica e Patologia Pesquisa Epidemiológica Tradicional Epidemiologia Molecular Fundamenta-se ppalte. na análise das sequências gênicas Definir melhor os problemas de sanidade animal e trazer soluções para determinada região

59 From gene sequence to protein function Function Structure Amino acid sequence Gene sequence In other words, theoretically, you can surmise the function of proteins from their genetic sequence! Adaptado de:- Computational Aspects in Dengue Vaccine Research, Celia Aurora T. Torres

60 Epidemiologia Molecular de RNA VÍRUS 1. Tipificação Genética (Genotipagem) de diferentes estirpes ou isolados virais. 2. Determinar as relações entre Genotipos e Imunotipos (Sorotipos; Protectotipos) Virais 3. Determinar as relações entre Genotipos e Patotipos Virais. 4. Detectar a ocorrência de processos de recombinação gênica 5. Determinar a origem de novos isolados virais. 6. Caracterizar a ocorrência de processos de seleção purificadora, ou de seleção positiva, nos genes, ou regiões gênicas importantes de um patógeno viral. 7. Predizer e/ou determinar a evolução viral. 8. Conhecer a geo-epidemiologia e a eco-epidemiolgia de genótipos e de fenótipos de isolados virais.

61 Epidemiologia Molecular de RNA VÍRUS Árvore Filogenética Analisa a história evolutiva de uma dada espécie de vírus Inferências da Epidemiologia Molecular Síntese em Árvores ou Dendrogramas Genealogia revela a história da segregação do polimorfismo genético em populações (graficamente representada tb. por árvores) Identificação da ocorrência de Seleção Purificadora ou de Seleção Positiva

62 Epidemiologia Molecular de RNA VÍRUS A variação nas taxas de substituição de nucleotídeos ao longo do genoma viral pode trazer respostas a uma série de questões epidemiológicas:- Regiões Hipervariáveis estão evoluindo mais rapidamente e são mais informativas para estudar a evolução viral no contexto de um isolado / estirpe, ou então para identificar a fonte de um patógeno viral que está causando ou causou um surto de uma doença infecciosa. Regiões do genoma viral mais conservadas são mais apropriadas para se fazer inferências filogenéticas, ao analisar melhor os genotipos virais dentro de cada espécie ou família viral.

63 Vacinado / Imune Não Vacinado / Não Imune

64 Epítopos VN da HA Fig. 1. Crystal structure, phylogeny, and antigenic variation in influenza A 2009 H1N1 HA. (A) Phylogenetic tree of selected H1 HAs in swine and human. (B) Antigenic structure of CA04 HA from the 2009 H1N1 pandemic virus. A trimer complex is shown in surface representation with the antigenic sites highlighted: Sa site in magenta, Sb site, cyan; Ca site, orange; and Cb site, blue. Sa and Sb sites are located near the receptorbinding site. The Ca site traddles the subunit interface in the trimer. (C) Sequence alignment of membrane-distal domains from representative H1 HAs (38). Antigenic epitopes are color-coded as in (B).

65 Estrutura Cristalográfica e Localização dos Principais Sítios Antigênicos Neutralizantes da Hemaglutinina do Vírus da Influenza

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68 COMENTÁRIOS FINAIS A importância e a utilidade de se estudar a epidemiologia molecular do vírus da inlfuenza fica evidente quando se leva em conta que as estirpes desse vírus estão em um processo constante de evolução, nas relações com os organismos hospedeiros e que interfere na dinâmica da epidemiologia desse vírus, principalmente no sentido de determinar quais são as estirpes que se tornarão mais adaptadas e predominantes e que oferecerão maiores riscos para a geração de pandemias, as quais somente poderão ser controladas com vacinas mais efetivas, em cuja composição estejam incluídas aquelas estirpes com composição dos antígenos H e N capazes de conferirem proteção mais efetiva.

69 unesp HELIO JOSÉ MONTASSIER IMUNOVIR