As duas origens do sistema nervoso

O movimento dos animais depende de células musculares conectadas por tendões ao esqueleto, ou pele, e de neurônios que as coordenam através de impulsos elétricos. Esses dois tipos celulares permitem toda a variedade de comportamentos que reconhecemos como tipicamente animais, desde rastejar a escrever estas linhas. Para a surpresa dos zoólogos, trabalhos recentes indicam que neurônios e células musculares evoluíram duas vezes, independentemente. Continue Lendo “As duas origens do sistema nervoso”

Um verdadeiro ping-pong viral

Cientistas descrevem o adenovírus HAdV-B76, com capacidade sem precedentes de “pular” de uma espécie de primata para outra, incluindo a nossa.

Desde a sua descoberta no final do século XIX, os vírus provocaram intenso debate a respeito da sua classificação: afinal, os vírus são entidades vivas? Até hoje, cientistas se dividem na defesa de argumentos a favor ou contra a classificação dos vírus como entidades vivas, mas todos parecem concordar que, independente do seu ‘status’, os vírus são entidades fascinantes. Inertes fora da célula, uma vez dentro dela os vírus são capazes de cooptar o metabolismo celular e produzir milhares de novas partículas virais em poucas horas.  

Vírus são extremamente pequenos  e estão, em geral, abaixo da capacidade de resolução do microscópico óptico. A despeito do seu tamanho minúsculo, são capazes de infectar organismos de todos os Domínios da vida (Archaea, Eubacteria e Eukaria), desde bactérias até seres humanos (Figura 2), e são causadores das mais diversas doenças em seus hospedeiros. Apesar de já termos conhecimento da existência de vírus gigantes de estrutura mais complexa, a estrutura viral é, em geral, simples: os vírus são compostos por material genético (DNA ou RNA) envolto por uma cápsula de proteínas, o capsídeo viral. Além disso, em muitos vírus o capsídeo é envolto por um envelope formado por uma bicamada lipídica derivada da célula hospedeira.

Figura 2. Bacteriófago, primeiro virus descrito, no início do século XX, por Federik Twort (1915) e Félix D’Herelle (1917). Os bacteriófagos, ou simplesmente fagos, são virus que infectam exclusivamente bactérias. (Fonte: Hans-Wolfgang Ackermann, Wikipedia. [CC BY 2.5.] )

Quando falamos de vírus, no entanto, não estamos falando de um grupo homogêneo de entidades. Em 2018, o Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV) reconheceu 4.958 espécies de vírus, organizadas em 143 Famílias e 14 Ordens, apesar de estimativas do números de espécies virais chegar a quase 200.000 só nos oceanos. Apesar da existência de uma multiplicidade de classificações, uma das mais largamente utilizadas é a Classificação de Baltimore, inicialmente proposta em 1971, com base no genoma e no modo de replicação do DNA viral. Esse sistema agrupa os vírus em sete classes, I a VII, conforme a Figura 3.

Figura 3. Classificação de Baltimore. As sete classes (I-VII), propostas por David Baltimore, levam em consideração o material genético viral assim como o seu modo de replicação. (Fonte: Thomas Splettstoesser, Wikipedia/www.scistyle.com, [CC BY-SA 3.0]).

Os vírus adentram a célula hospedeira por meio do reconhecimento de, e acoplamento a, receptores na superfície celular.  Assim, um dos mecanismos propostos para a capacidade dos vírus em “pular” de uma linhagem de hospedeiro para outra baseia-se no grau de conservação desses receptores celulares ao longo da evolução. Quanto mais conservados os receptores, maiores as chances de um vírus “saltar” de uma linhagem a outra. Sabemos, por exemplo, que dos 219 vírus capazes de infectar humanos, mais de um-terço é também capaz de infectar hospedeiros não-humanos, principalmente outras espécies de mamíferos e aves. Além disso, muitos vírus exclusivos de seres humanos tiveram origens em outras espécies de mamíferos ou aves.

Um exemplo relativamente recente de infecção entre linhagens é o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), causador da Síndrome da Imunodeficiência Humana Adquirida (AIDS). Até hoje, mais de quarenta espécies de primatas são susceptíveis ao Vírus da Imunodeficiência Símea (SIV), considerado precursor em macacos, do HIV. Humanos são hospedeiros de dois tipos principais de HIV, o HIV-1 e o HIV-2. O HIV-1 é geralmente agrupado em quatro linhagens, M, N, O e P, sendo cada uma o resultado de um evento independente de infecção trans-específica de chimpanzés para o homem. Dentre as linhagens de HIV-1, o grupo M é, sem sobra de dúvidas, o mais prevalente, infectando milhões de pessoas em todo o mundo. Por sua vez, o HIV-2, desde a sua descoberta, manteve-se restrito ao Oeste da África. Mais brando em suas manifestações clínicas, e dificilmente resultando em AIDS, o HIV-2 produz quadro semelhante ao HIV-1 em pacientes susceptíveis. O HIV-2 tem sido agrupado em, pelo menos, oito linhagens de A a H, cada uma representando um evento independente de infecção trans-específica do Cercobeus atys para o homem.

Essa semana, um artigo publicado no Journal of Virology descreveu um fato surpreendente: a sequência do genoma de um adenovírus, patogênico ao homem, apresentou sinais de infecção trans-específica, tanto em humanos como também em chimpanzés e bonobos. Adenovírus são vírus de genoma de DNA de fita dupla (dsDNA), não envelopados, incluídos na Classe I (Figura 3). Os mais de 50 sorotipos já identificados, classificados de A a G, são responsáveis por diversas doenças em humanos e outros mamíferos, incluindo infecções do trato gastrointestinal, conjuntivite, assim como infecções do trato respiratório e até infecções de múltiplos órgãos em pacientes com sistema imune enfraquecido.

O adenovírus, descrito no artigo em questão, se trata do tipo HAdV-B76, associado a um caso de óbito por infecção respiratória em 1965 e apresentando genoma quase idêntico a dois outros adenovírus símios, recentemente isolados em chimpanzé (SAdV-B35.1) e bonobo (SAdV-B35.2). Análise detalhada do genoma do HAdV-B76 sugeriu também que se trata de um vírus recombinante, ou seja, é o resultado da união de dois outros tipos de vírus símios, o SAdV-B16, e o SAdV-B21 (Figura 4).

Figura 4. Árvore filogenética com base na sequência completa do genoma de diversos adenovírus. Os principais tipos de adenovirus humanos  e símios estão identificados e sua posição filogenética ressaltada por meio das diferentes cores. A seta Vermelha aponta para a posição do HAdV-B76 e a sua próxima relação aos adenovírus símios SAdV-B35.1 e 35.2. (Fonte: Modificado de Dehghan et al. 2019).

Esses achados apontam para ao menos dois mecanismos de evolução viral: a recombinação e a infecção trans-específica. No caso específico do HAdV-B76, os dados sugerem que a evolução desse vírus é pontuada pelos dois mecanismos. Além disso, a origem do HAdV-B76 parece resultar de um verdadeiro “ping-pong viral”: não apenas resultante de múltiplos eventos de zoonose, quando os adenovírus símios foram capazes de cruzar a barreira específica e infectar humanos, como de antroponose, quando os adenovírus humanos foram capazes de infectar símios. Os autores sugerem que esse “ping-pong viral” pode ser um novo mecanismo de evolução viral, potencialmente resultando na origem de novos tipos virais, com potencial de causar doenças em humanos.

Assim como no ping-pong, a rapidez com que a bola vai de um lado a outro e a destreza dos jogadores em responder prontamente aos ataques do oponente parecem determinar o ganhador, e a semelhança dos adenovírus a uma bolinha de ping-pong (Figura 1) parece quase uma brincadeira de mal-gosto. No caso do HAdV-B76, a capacidade sem precedentes de saltar, de uma linhagem de primatas a outra, tão rapidamente, parece ser a chave do sucesso evolutivo desses vírus. Ainda é cedo para saber se haverão vencedores nessa partida, mas uma coisa surpreende: a agilidade desses vírus é algo novo para nós. Conseguiremos um contra-ataque à altura? Fica a questão.

Ana Almeida

California State University East Bay (CSUEB)

Para saber mais:

Davison AJ, Benko M, Harrach B. 2003. Genetic content and evolution of adenoviruses. Journal of General Virology 84: 2895-2908.

El-Hani CN. 2000. O que é vida? Para entender a biologia do século XXI. Relume Dumara.

Koonin EV, Dolja VV, Krupovic M. 2015. Origins and evolution of viruses of eukaryotes: The ultimate modularity. Virology 479: 2-25.

Wollhouse M, Scott F, Hudson Z, Howey R, Chase-Topping M. 2012. Human viruses: discovery and emergence. Phil Trans Royal Soc B 367: 2864-2871.

Figura 1. Micrografia eletrônica de transmissão de um adenovírus. (Fonte:  William Gary Jr., Wikipedia [Domínio Público]).

Adaptação em ritmo acelerado

Mutações vantajosas –aquelas que aumentam as chances de sobrevivência e reprodução de seu portador—surgem muito rapidamente em populações de moscas expostas a inseticidas. O que explica a velocidade desse processo? Por que a adaptação pode ocorrer tão rapidamente?

Nas útimas décadas inseticidas vêm sendo usados cada vez mais na agricultura, entre eles os organofosforados. Largamente usados em todo o mundo, eles foram desenvolvidos para atacar espécies que causam prejuízos, mas também são tóxicos para aquelas que não atacam plantações, como é o caso da mosca das frutas Drosophila melanogaster. O uso de inseticidas resulta num fascinante experimento de seleção natural, em que moscas que carregam mutações que conferem resistência ao inseticida tornam-se cada vez mais comuns. Tratamos da evolução de resistência a pesticidas num post anterior, em que a diversidade de mecanismos de resistência é discutida. Continue Lendo “Adaptação em ritmo acelerado”

A primeira célula do primeiro animal

Os primeiros seres vivos que habitaram nosso planeta eram células que vagavam pelos mares se alimentando e reproduzindo por si só, como ainda o fazem milhões de outras espécies unicelulares. Mas essa solidão celular foi quebrada diversas vezes durante a história evolutiva, quando indivíduos de uma espécie, depois da divisão celular, continuaram vivendo juntos, formando colônias de células idênticas. Algumas destas espécies coloniais deram outro passo evolutivo e originaram seres multicelulares composto por diferentes tipos celulares, cada um especializado na captura de alimentos, suporte, proteção ou mesmo reprodução. Continue Lendo “A primeira célula do primeiro animal”

Cerveja, civilização e genes

Um dos provérbios mais antigos conhecido exime o álcool de qualquer responsabilidade em caso de acidentes: A cerveja está bem, o que está mal é o caminho (Mesopotâmia, século II a.C). A veneração pelo álcool na Mesopotâmia é a regra e não a exceção na história da humanidade. Embora o álcool represente hoje um grave problema social e de saúde pública, ele foi fundamental para o desenvolvimento da civilização, nos ajudando a construir cidades e impérios, superar epidemias e aperfeiçoar o processo democrático. Continue Lendo “Cerveja, civilização e genes”

Um relacionamento a três bastante tóxico

A simbiose está no ar! Trabalho sobre simbiose publicado na semana passada elucida a produção de uma importante toxina envolvida na relação entre uma alga, uma lesma e uma bactéria.

É amplamente conhecido que uma das estratégias de defesa mais eficientes no oceano é a produção de compostos químicos tóxicos. Sabendo disso, cientistas, há décadas, exploram esses ambientes à procura de moléculas, também conhecidas como produtos naturais, para explorarem suas atividades e possíveis aplicações. Diversos desses produtos já são usados amplamente na indústria farmacêutica para fabricação de remédios contra câncer e analgésicos potentes, mas sabemos que ainda há uma enorme quantidade de compostos que ainda não conhecemos. Em alguns casos, não se sabe ainda muito bem como essas moléculas são produzidas pelos organismos que as detêm. Saber a sua origem e e o modo como essas moléculas são fabricadas (os passos metabólicos envolvidos em sua produção) é de grande importância para que possamos fabricá-las em laboratório. No entanto, não é só para biotecnologia e para indústria farmacêutica que o estudo dessas moléculas interessa. Continue Lendo “Um relacionamento a três bastante tóxico”

Ecossistemas e outras mentes

Afinal, plantas pensam? Elas se comunicam, trocando figurinhas umas com as outras, e aprendem com isso? Se a resposta for positiva, ficamos cada vez mais tentados a dizer que plantas, apesar de não possuirem um sistema nervoso, são inteligentes e, se isso é verdade, o que seria afinal uma cognição assim tão ampliada?

Lenta e hesitantemente passamos a admitir que plantas aprendem. Elas se habituam a estímulos inofensivos, de forma semelhante a nós mesmos, que paramos de prestar atenção a um ruído intermitente que não nos afeta em nada, e isto caracteriza um tipo óbvio, embora simples, de aprendizagem. Mais que isso, no entanto, elas são capazes de se comunicar umas com as outras, informando a suas colegas ao lado que estão sendo, por exemplo, comidas por uma infestação de lagartas, o que faz com que suas vizinhas passem a produzir substâncias defensivas em suas folhas, tornando-as tóxicas ou impalatáveis às lagartas. Elas também passam às suas vizinhas substâncias nutritivas através de uma rede de fungos no subsolo que conectam as raízes de uma planta às de outra, e se antecipam à bonança de nutrientes no solo, produzindo raízes em locais ainda ruins, mas promissores, locais nos quais esteja havendo gradual melhoria na qualidade do solo. Toda esta complexidade, que a ciência está apenas começando a compreender, parece desafiar nosso entendimento do que vem a ser a própria cognição. Afinal, plantas pensam? Elas se comunicam, trocando figurinhas umas com as outras, e aprendem com isso? Se a resposta for francamente positiva, ficamos cada vez mais tentados a dizer que plantas, apesar de não possuirem um sistema nervoso, seriam inteligentes, e se isso é verdade, o que seria afinal uma cognição assim tão ampliada? Continue Lendo “Ecossistemas e outras mentes”