A genética do vírus da gripe Para uma melhor compreensão das futuras pandemias é necessário entender sobre as pandemias passadas e os fatores que contribuem para a virulência, bem como estabelecer um compromisso em rastrear os vírus circulantes. Clancy, S. (2008) Genetic of the influenza Virus. Nature Education 1 (1) http://www.nature.com/scitable/topicpage/genetics-of-the-influenzavirus-716. Acesso em 22, nov. 2010 Anualmente a gripe sazonal transforma-se em uma linhagem particularmente virulenta, como a gripe espanhola que matou milhões de pessoas em 1918. Mas como essas cepas pandêmicas surgem? Embora a maioria dos adultos que entra em contato com a gripe apresente poucos sintomas, essa e outras viroses respiratórias são uma séria ameaça à saúde de toda a população norte-americana, sendo as crianças e idosos particularmente suscetíveis. Além disso, as pandemias que envolvem cepas, contra as quais a maioria das pessoas não possui imunidade, causam altos níveis de mortalidade e de consequências desastrosas para a saúde pública. As autoridades enfrentam o constante desafio de se prepararem para a ameaça da gripe, pois além da possibilidade de os vírus residirem em vários hospedeiros, eles podem sofrer mutações rapidamente e se recombinarem formando novas linhagens. Apesar da intensa investigação ao longo de décadas, ainda permanece desconhecido o fato de algumas cepas serem altamente transmissíveis e de alguns vírus causarem graves doenças.
Estatísticas da Gripe Nos Estados Unidos, as epidemias de gripe sazonal são a causa da morte de cerca de 30 mil pessoas por ano e a causa de internação de mais de 100 mil (Reid & Tautenberger, 2003). A cada dois ou três anos, circulam novas cepas virulentas que aumentam o número de mortos em cerca de 10 mil a 15 mil indivíduos. Essas epidemias sazonais são o resultado da deriva antigênica, um fenômeno causado por mutações em dois genes-chave virais devido a um erro na cadeia de RNA polimerase (error-prone). Menos frequentemente, entretanto, surgem novas cepas variantes, particularmente virulentas, responsáveis pelas pandemias e pelo aumento da mortalidade. Essas linhagens surgem a partir de um fenômeno conhecido como mutação antigênica, em que os seres humanos são infectados pelo vírus da gripe aviária ou por cepas resultantes da combinação de genes humanos e de aves. Desde 1900, três dessas pandemias ocorreram. A primeira, em 1918, causou a morte de cerca de 40 milhões de pessoas ao redor do mundo no período de menos de um ano (Palese, 2004). Ao contrário das cepas de gripe mais fracas, que são ameaça apenas para idosos, a gripe espanhola causou a morte de muitos jovens e crianças. De fato, 99% das mortes atribuídas a essa cepa ocorreram em pessoas com menos de 65 anos, enquanto que as pandemias subsequentes afetaram poucos indivíduos dessa faixa etária. Posteriormente, em 1957, a gripe asiática foi responsável pela morte de cerca de 70 mil pessoas nos Estados Unidos e, em 1968, a gripe de Hong Kong matou cerca de 30 mil americanos (Reid & Tautenberger, 2003).
O genoma do vírus influenza A Sentido negativo do RNA Figura 1: Diagrama esquemático do vírus influenza A. Duas glicoproteínas de superfície, a hemaglutinina (HA) e a neuraminidase (NA), e as proteínas de canais iônicos (M2) são incorporadas ao envelope viral, que é derivado da membrana plasmática do hospedeiro. O complexo de ribonucleoproteína compreende um segmento de RNA viral associado à uma nucleoproteína (NP) e à três proteínas de polimerase (PA, PB1 e PB2). A proteína da matriz (M1) está associada à ribonucleoproteína e ao envelope viral. Uma pequena quantidade de proteínas não estruturais 2 também está presente, mas sua localização no interior do vírus é desconhecida. Copyright 2005 Nature Publishing Group, Horimoto, T., et. al., Influenza: Lessons from past pandemics, warnings from current incidents, Nature Reviews Microbiology 3, 591--600 O nome influenza é derivado do latim e significa influência, e os patógenos responsáveis pela doença são vírus compostos por oito segmentos de RNA pertencentes à família Orthomyxoviridae (Figura 1). Existem três tipos básicos de vírus influenza: A, B e C, sendo que as epidemias são causadas pelos tipos A e B. Os tipos B e C infectam apenas a espécie humana e o influenza A infecta hospedeiros não
humanos como suínos, aves, cavalos, focas e camelos, servindo também como reservatório para a gripe (Hayden & Palese, 1997). Um rearranjo entre os subtipos que infectam animais e os que infectam a espécie humana pode resultar em uma mudança antigênica em potenciais pandemias. Como em todos os vírus, o genoma da partícula viral é envolto por um capsídeo, geralmente constituído de centenas de proteínas. O capsídeo do tipo A (Figura 2) contém as glicoproteínas hemaglutinina antigênica (HA) e neuraminidase (NA); várias centenas de moléculas de cada proteína são necessárias para formar o capsídeo. Essas proteínas são as partes do vírus reconhecidas como estranhas pelo sistema imunológico do hospedeiro, induzindo a uma resposta imune. Como existem diferentes tipos de moléculas de proteínas HA e NA, elas formam diferentes subtipos do vírus influenza A. Com isso, o sistema imunológico da espécie humana é frequentemente desafiado a produzir novos antígenos. Por exemplo, mutações pontuais nos genes HA e NA podem levar a alterações na antigenicidade que permite que um vírus infecte pessoas previamente imunes ou vacinadas. Incluindo os genes HA e NA, o genoma do vírus influenza A contém oito genes que codificam 11 proteínas, nas quais estão incluídas três RNA polimerase que funcionam como um complexo para replicar o genoma do RNA viral. Curiosamente, foram demonstradas altas taxas de erros nessas polimerases devido à falta de capacidade de correção (proofreading), o que leva a altos níveis de mutação no genoma viral e, portanto, às rápidas taxas de evolução viral. A alta taxa de mutação e a evolução são fontes da diversidade genética do vírus Influenza.
O genoma da gripe também codifica as proteínas estruturais necessárias para formar o capsídeo: a nucleoproteína (NP), as proteínas NS1 (não estruturais da proteína 1) e NS2 (nuclear), e as proteínas de exportação (NEP), cujos papéis ainda estão sendo investigados. Outras proteínas codificadas pelo genoma do vírus incluem proteínas de membranas M1 e M2 (que são necessárias para exportação nuclear e várias outras funções) e, claro, HA e NA (que desempenham funções para o anexo viral e para a liberação de células do hospedeiro, respectivamente). Figura 2: Micrografia eletrônica das partículas do vírus da gripe A. Copyright 2004 Nature Publishing Group, Palese, P., Influenza: Antigas e novas ameaças, Nature Medicine 10, S82-S87 Devido à sua natureza, em que sequências de codificação estão localizadas em vertentes individuais do RNA, os genomas da gripe são facilmente misturados às células do hospedeiro infectadas por mais de um vírus da gripe. Por exemplo, quando uma célula está infectada com vírus de diferentes espécies, um rearranjo pode resultar em uma nova prole que contenha genes daqueles vírus que normalmente infectam as aves e daqueles que normalmente infectam os seres humanos. Isso, certamente, formará novas cepas nunca identificadas anteriormente na maioria dos hospedeiros.
Muitas combinações são, então, possíveis e já foram identificados 16 diferentes subtipos de hemaglutinina e nove de neuraminidases. Desses subtipos, três de hemaglutinina (H1, H2 e H3) e dois de neuraminidase (N1 e N2) têm causado epidemias na população. As aves são hospedeiras e reservatório para todos os tipos e subtipos do vírus influenza A, sendo que, a partir delas, os novos subtipos de HA são transmitidos em seres humanos. (Palese, 2004). Para nomear uma nova cepa, convenciona-se colocar em seu nome os itens: nome do hospedeiro (se não for humano), local de origem do vírus, número da cepa, ano de isolamento e o subtipo HA/NA. Decifrando a epidemia de 1918 Como o vírus da gripe espanhola foi pouco estudado até a década de 1930 e tampouco isolado ou cultivado, não foi possível encontrar a origem dessa pandemia. Apenas em 1997 foi possível obter, a partir do tecido pulmonar de vítimas da gripe, os ácidos nucleicos e a sequência do genoma desse vírus, que estava congelado e fixado em formol (Tautenberger et al., 1997). As amostras foram obtidas de dois soldados americanos, de uma mulher do Alasca, e de duas pessoas do Reino Unido. As cepas compartilharam 99% da sequência do genoma inicialmente e, não responderam às perguntas dos pesquisadores sobre sua origem. Nas pandemias que ocorreram em 1957 e 1968, as cepas pareciam ter surgido da recombinação dos genes HA derivados das cepas das aves em amostras humanas. Em contrapartida, o gene HA da cepa da gripe espanhola foi relacionado ao da gripe de suínos (Reid & Tautenberger, 2003), possuindo algumas semelhanças com cepas de
aves, mas diferindo da maioria daquelas responsáveis pelas pandemias que ocorreram posteriormente. Na verdade, quando se comparam os genes das três pandemias, os genes HA das cepas de 1918 são os que apresentam maior diferença em relação aos demais. Já as cepas posteriores acabaram por mostrar poucas diferenças na sequência, assemelhando-se mais à gripe aviária da Eurásia do que àquela da América do Norte (Tabela 1). Essas cepas também se aproximam mais das sequências de gripes aviárias do que qualquer gripe de mamíferos. Em conjunto, esses dados sugerem que os suínos podem ter sido um hospedeiro intermediário da cepa de 1918, embora esse fato ainda deva ser cuidadosamente estudado. Tabela 1: Diferença no número de aminoácidos entre as gripes AH e os subtipos da gripe aviária. Cepas de pandemia Número de diferenças nas sequências da gripe aviária da América do Norte Número de diferenças nas sequências da gripe aviária da Eurásia 1918 24 24 1957 19 5 1968 14 7 (Adaptado de Reid & Tautenberger, 2003)
Subdiagnóstico da gripe e suas implicações na saúde pública Evidências recentes indicam que muitos médicos falham no diagnóstico da gripe ou na tentativa de distinguir seus sintomas dos causados por outros vírus respiratórios. Por exemplo, um estudo de 2006 do New England Journal of Medicine concluiu que "a maioria das infecções da gripe em crianças não foram diagnosticadas clinicamente" (Poehling et al., 2006). Como parte de um projeto chamado New Vaccine Surveillance Network, patrocinado pelo Centro de Controle de Doenças dos EUA, os investigadores realizaram diagnósticos e a confirmação laboratorial do patógeno em pacientes pediátricos internados e ambulatoriais. Relataram, então, que apenas um terço dos pacientes identificados positivamente para a gripe foram testados. Além disso, das crianças que participavam do projeto de vigilância, apenas 28% foram hospitalizadas e 17% receberam diagnósticos clínicos de influenza. Os demais pacientes receberam outros diagnósticos, como asma, pneumonia ou infecção viral inespecífica, quando na realidade eram influenza positivos. Os autores do estudo concluíram que a vigilância que se baseia em dados médicos subestima significativamente as estimativas da gripe, refletindo a falta de reconhecimento durante a maioria das visitas. Claramente, a falha no diagnóstico dificulta a aplicação das estratégias efetivas de prevenção e o desenvolvimento de vacinas. Embora a biologia e a genética do vírus da gripe estejam bem estudadas, para a prevenção de futuras pandemias, é preciso uma melhor compreensão das pandemias passadas e dos fatores que contribuem para sua virulência, bem como um esforço concentrado do setor de saúde pública em rastrear os vírus circulantes na população.
Imagens: http://www.nature.com/scitable/content/resurrecting-the-1918- influenza-virus-24371. Acesso em 22, nov. 2010. Artigo relacionado: Reação desmedida, Ricardo Zorzetto. Revista Fapesp - Dezembro 2009 http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=4009&bd=1&pg=1&lg=. Acesso em 22, nov. 2010.