Este
texto foi traduzido de Scitable, Nature Education, por Genpeace. Nossas
observações estão em vermelho. Recentemente foi descoberto um mimivirus (virus gigante) em uma ameba na região amazônica. A notícia está em http://cibiqui.blogspot.com.br/2014/06/virus-gigante-na-amazonia_3.html
O link para a página da Nature Education é
http://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origins-of-viruses-14398218
Por: David R.
Wessner, Ph.D. (Dept. of Biology, Davidson College) © 2010 Nature
Education
Como
citar: Wessner, D. R. (2010) The Origins of
Viruses. Nature Education 3(9):37
Como os vírus evoluem? Eles são uma forma simplificada de algo que
existiu há muito tempo, ou um ponto culminante final de elementos genéticos
menores unidos ao longo da evolução?
A história evolutiva do vírus
representa um tópico fascinante, embora obscuro, para virologistas e biólogos
celulares. Devido à grande diversidade entre os vírus, os biólogos têm grandes
dificuldades em alcançar uma forma de classificar adequadamente estas entidades
e de relacioná-las com a árvore convencional que representa a organização das
várias formas de vida. Os vírus podem representar elementos genéticos que ganham
a habilidade de se mover entre as células. Eles podem representar organismos
que eram previamente de vida livre e que se tornaram parasitas. Eles podem ser
os precursores da vida como a conhecemos.
Biologia básica dos vírus
Sabemos que os vírus são bastante
diversificados. Ao contrário de todas as outras entidades biológicas, alguns
vírus, como o poliovírus, têm genomas de RNA e alguns, como o herpesvírus, têm
genomas de DNA. Além disso, alguns vírus (como o vírus da gripe) têm genomas de
fita simples, enquanto outros (como a varíola) têm genomas de fita dupla. Suas
estruturas e estratégias de replicação são igualmente diversas. No entanto, os
vírus de fato compartilham algumas características: Primeiro, eles geralmente
são muito pequenas, com um diâmetro de menos de 200 nanômetros (nm). Em segundo
lugar, eles podem replicar somente dentro de
uma célula hospedeira. Em terceiro lugar, nenhum vírus conhecido contém ribossomos,
um componente necessário da maquinaria de tradução (síntese proteica) de uma
célula.
Os vírus são seres 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 uma homeostase interna,
responder a estímulos, e realizar vários processos metabólicos . Além disso, as
populações de organismos vivos evoluem ao longo do tempo.
Os vírus estão em conformidade
com esses critérios? Sim e não. Nós todos provavelmente percebemos que os vírus
se reproduzem de alguma forma. Nós podemos ser infectados com um pequeno número
de partículas de vírus - pela inalação de partículas expelidas quando outra
pessoa tosse, por exemplo- e depois ficam doentes vários dias mais tarde, com
os vírus replicando dentro de nossos corpos. Da mesma forma, todos percebemos
que os vírus evoluem ao longo do tempo. Precisamos ser vacinados contra a gripe
todos os anos principalmente devido as mudanças do vírus da influenza, que
evolui de um ano para o outro (Nelson & Holmes 2007).
Os vírus, no entanto, não fazem
os processos metabólicos. Mais notavelmente, os vírus diferem de todos os
organismos vivos porque não podem gerar ATP . Os vírus também não possuem o
maquinário necessário para a tradução, como mencionado acima. Eles não possuem
ribossomos e não pode formar proteínas independentemente a partir de moléculas
de RNA mensageiro. Devido a estas limitações, o vírus pode replicar somente
numa célula hospedeira 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 vírus
representem um tipo diferente de organismo na árvore da vida - os organismos de
codificação do capsídeo , ou CEOs (Figura 1 ; Raoult & Forterre 2008) (em contraste com os outros, que codificam ou produzem uma
membrana, que delimita fisicamente a célula)
Figura 1: Os vírus e a arvora da
vida
Embora a maioria dos biólogos
julgue que os vírus não são seres vivos, alguns argumentam que os vírus
poderiam ser incluídos na árvore da vida. Eles argumentam que os organismos
deveriam ser divididos em organismos que codificam ribossomos (REOs) (e que também são organizados em células) e organismos
que codificam um capsídeo (CEOs). As eubactérias, as arqueobactérias e os
eucariotos são REOs; os vírus são CEOs © 2008 Nature Publishing Group Raoult,
D. & Forterre, P. Redefining viruses: lessons from Mimivirus. Nature
Reviews Microbiology 6, 315–319 (2008). Todos os direitos reservados.
De onde vêm os vírus?
Há muito debate entre
virologistas sobre esta questão. . Três hipóteses principais foram formuladas:
1ª.) A hipótese progressiva ou hipótese de fuga, afirma que os vírus surgiram a
partir de elementos genéticos que ganharam a habilidade de se mover entre as
células; 2ª.) a hipótese regressiva, ou hipótese de redução, afirma que os vírus são restos
(ou vestígios) de organismos celulares ; e a 3ª. hipótese dos vírus primeiro afirma que os
vírus são anteriores ou coevoluíram com seus atuais hospedeiros celulares.
A hipótese progressiva
Figura 2: Replicação de
retrovírus
Logo que o retrovírus entra na
célula hospedeira, a transcriptase reversa converte o genoma viral de RNA em
uma fita dupla de DNA. Este DNA viral migra então para o núcleo e se integra no
genoma da célula hospedeira, Os genes virais são transcritos e traduzidos.
Novas partículas virais são então montadas (contendo o RNA viral), saem da
célula e pode infectar outra célula.
© 2005 Nature Publishing Group
Pommier, Y., Johnson, A. A., & Marchand, C. Integrase inhibitors to treat
HIV/AIDS. Nature Reviews Drug Discovery 4, 236–248 (2005). Todos os direitos
reservados.
Figura 3: Replicação de retrotransposons semelhantes a
vírus
As RNA polimerases celulares transcrevem os
retrotransposons (que fazem parte de seus genomas), formando uma cópia em RNA
do elemento genético. Após a tradução, a transcriptase reversa (codificada pelo retrotransposon) converte o RNA do retrotransposon em
uma fita dupla de DNA. Esta cópia em DNA do retrotransposon é então integrada,
numa nova posição, no genoma da mesma célula (a integrase é codificada
também pelo retrotransposon). © 2001 Nature Publishing Group
Hurst, G. D. D. & Werren, J. H. The role of selfish genetic elements in
eukaryotic evolution. Nature Reviews Genetics 2, 597–606 (2001). Todos os
direitos reservados.
De acordo com esta hipótese, os
vírus originaram-se através de um
processo progressivo . Elementos genéticos móveis, pedaços de material genético
capaz 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 do retrovírus, a família de vírus ao qual pertence o HIV.
Os retrovírus têm um genoma
formado por um RNA fita simples. Quando o vírus entra na célula hospedeira, uma
enzima viral, a transcriptase reversa, converte o RNA fita simples em DNA fita
dupla. Este DNA viral migra para o núcleo da célula hospedeira. Outra enzima
viral, a integrase, insere o DNA viral recém formado no genoma da célula
hospedeira . Genes virais podem a partir daí ser transcritos e traduzidos. RNA
polimerase da célula hospedeira pode produzir novas cópias fita simples do
genoma de RNA do vírus . Então, os vírus da progênie (a nova geração de vírus) são
encapsulados (ganham sues capsídeos) e
saem da célula para começar o processo de novo ( Figura 2 ) .
Este processo reflete muito de
perto o movimento de um componente importante, embora um pouco fora do comum,
da maioria dos genomas eucarióticos : o retrotransposon . Estes elementos
genéticos móveis constituem surpreendentemente 42% do genoma humano (Lander et
al. 2001) e podem se mover dentro do genoma através da síntese de um
intermediário de RNA. Tal como retrovírus , certas classes de retrotransposons
, os retrotranspossons virais, codificam uma transcriptase reversa e , muitas
vezes , uma integrase . Com estas enzimas , estes elementos podem ser transcritos
em RNA, transformados de volta em DNA por transcrição reversa, e depois
integrados num novo local no genoma (Figura 3) . Podemos especular que a
aquisição de algumas proteínas estruturais poderia permitir que o elemento saísse
de uma célula e entrasse noutra, tornando-se assim um agente infeccioso. De
fato, as estruturas genéticas de retrovírus e dos retrotransposons virais
mostram semelhanças notáveis.
A Hipótese regressiva
Em contraste com o processo
progressivo que acabamos de descrever, os vírus podem ter-se originado através de um processo regressivo ou redutor. Os
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 (que foram organismos de
vida livre, tornaram-se simbiontes e agora são organelas) e Rickettsia
prowazekii pode compartilhar um ancestral comum de vida livre (Andersson et
al. , 1998). Segue-se, então, que os vírus existentes podem ter evoluído a
partir de organismomais complexo, possivelmente de vida livre, que perderam
informação genética ao longo do tempo à medida que adotaram uma abordagem
parasitária (isto é, usando ribossomos e outros componentes celulares –
nota do tradutor) para sua replicação.
Os vírus de um grupo particular,
os grandes vírus nucleo-citoplasmáticos de DNA (NCLDVs) , ilustraram ainda melhor
esta hipótese. Esses vírus, que incluem os vírus da varíola e o
recém-descoberto gigante de todos os víru , o Mimivírus , são muito maiores do
que a maioria dos vírus (La Scola et al. 2003). Um poxvírus típico em forma de
tijolo, por exemplo, pode ter 200 nm de largura e 300 nm de comprimento. Com cerca
de duas vezes esse tamanho, o Mimivírus apresenta um diâmetro total de cerca de
750 nm (Xiaoet al. , 2005). Por outro lado, as partículas do vírus da gripe, de
forma esférica, podem ser apenas de 80 nm de diâmetro e partículas de poliovírus têm um diâmetro de
apenas 30 nm , aproximadamente 10.000 vezes menores do que um grão de sal . Os
NCLDVs também possuem grandes genomas: assim, os genomas dos poxvírus muitas
vezes se aproximam de 200.000 pares de bases e os Mimivírus têm um genoma de 1,2 milhões de
pares de bases (maior do que o das riquétsias e outras bactérias
intracelulares – nota do tradutor), enquanto os poliovírus têm um
genoma de apenas 7.500 nucleotídeos . Além de seu grande tamanho , o NCLDVs tem
maior complexidade do que os outros vírus menores e dependem menos do seu
hospedeiro para replicação do que outros vírus. Os genomas dos poxvírus , por
exemplo , codificam um grande número de enzimas virais e fatores relacionados
que permitem ao vírus produzir RNA mensageiro funcional dentro do citoplasma da
célula hospedeira,
Devido ao tamanho e complexidade
de NCLDVs, alguns virologistas levantaram a hipótese de que estes vírus podem
ser descendentes de ancestrais mais complexas. Segundo os defensores dessa
hipótese, os organismos autônomos (de vida livre– nota do tradutor)
inicialmente desenvolveram uma relação simbiótica com a célula hospedeira. Ao
longo do tempo , a relação virou parasitária, na medida em que o organismo se
tornava mais e mais dependente do outro. À medida que se tornava mais
dependente do hospedeiro, ia também perdendo genes previamente essenciais.
Eventualmente, o organismo acabou incapaz de se replicar independentemente ,
tornando-se um parasita intracelular obrigatório, um vírus. A análise do genoma
e do modo de vida so 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, os Mimivírus não diferem muito de bactérias parasitas
, como a Rickettsia prowazekii (Raoult et al. , 2004).
A Hipótese do vírus
primeiro
Figura 4: Vírus como precursores
da vida organizada em células
Ao invés de terem tido origem em
células previamente existentes ou de elementos genéticos celulares (uma forma mais primitiva e simples de célula), os
vírus poderiam ter existido antes mesmo da vida organizada em células. Unidades
auto-replicadoras da virosfera primitiva poder ter ganho a capacidade de formar
membranas e paredes celulares, levando à posterior evolução dos três domínios
da Vida (Eukarya, Bacteria e Archea). Os vírus então continuaram evoluindo
dentro de seus hospedeiros também em evolução. © 2006 Nature Publishing Group
Prangishvili, D. et al. Viruses of the Archaea: a unifying view. Nature Reviews
Microbiology 4, 837-848 (2006). Todos os direitos reservados.
Ambas as hipóteses progressiva e
regressiva assumem que as células existiam antes vírus. E se os vírus existissm
primeiro? Recentemente, vários investigadores propuseram que os vírus podem ter
sido as primeiras entidades replicadoras. Koonin e Martin (2005) postularam que
os vírus existiam em um mundo pré-celular como unidades auto-replicantes (acredita-se
que, antes das células contendo DNA como mensageiro genético, reações
bioquímicas complexas abióticas eram comandadas por informações derivadas de
RNAs primitivos, no que se convencionou chamar de Mundo a RNA. Neste ambiente
vírus poderiam se replicar sem células – observações do tradutor). Com
o tempo, essas unidades , segundo eles argumentam, tornaram-se mais organizadas
e mais complexas. Eventualmente, as enzimas para a síntese das membranas e
paredes celulares evoluiram , resultando na formação de células. Os vírus, então,
poderiam ter existido antes das eubactérias, arqueobactérias e eucariontes
(Figura 4 ; . Prangishvili et al 2006).
A maioria dos biólogos concorda
que as primeiras moléculas replicantes consistiam de RNA, e não DNA (a
síntese abiótica de RNA é possível, mas não a DNA – nota do tradutor).
Sabemos também que algumas moléculas de RNA, as ribozimas , exibem propriedades
enzimáticas e podem catalisar reações químicas. Talvez algumas moléculas simples
de RNA que podiam se replicar, existentes antes da primeira célula ser formada
, desenvolveram a capacidade de infectar as primeiras células . Poderiam os vírus de RNA fita simples de hoje ser
descendentes dessas moléculas de RNA pré células (originárias de um mundo
pré-biótico – nota do tradutor)?
Outros têm argumentado que os
precursores dos NCLDVs de hoje deram origem às células eucarióticas. Villarreal
e DeFilippis (2000) e Bell ( 2001) descreveram modelos explicando esta
proposta. Os dois grupos postulam que o núcleo atual das células eucarióticas
talvez tenha surgido a partir de um evento endosimbiótico em que um vírus de
DNA complexo, envolto por membrana, tornou-se um residente permanente de uma
célula eucariótica emergente.
Talvez nenhuma hipótese esteja correta
De onde os vírus vieram não é uma
pergunta fácil de responder . Pode-se argumentar bastante convincentemente de
que certos vírus, tais como os retrovírus, surgira através de um processo
progressivo: alguns elementos genéticos móveis teriam ganho a habilidade de
viajar entre as células , tornando-se agentes infecciosos. Pode-se também
argumentar que os vírus grandes de DNA surgiram 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 interessantes. É possível que os vírus de hoje tenham surgido várias vezes,
através de vários mecanismos. Talvez mesmo todos os vírus tenham surgido
através de um mecanismo ainda a ser descoberto. A pesquisa básica de hoje em
campos como a microbiologia, genômica e biologia estrutural podem nos fornecer
respostas a esta questão básica.
Resumo
A análise das origens da vida
fascina os cientistas e o público em geral. Compreender a história evolutiva
dos vírus pode lançar alguma luz sobre este assunto interessante. Até à data, não
existe uma explicação clara para a(s) origem(s) dos vírus. Os vírus podem ter
surgido a partir de elementos genéticos móveis que ganharam a capacidade de
mover-se entre células. Eles podem ser descendentes de organismos anteriormente
de vida livre que se adaptaram a uma estratégia de replicação parasitária.
Talvez ainda os vírus já existissem antes das células, e levaram ao surgimento
destas. Estudos futuros podem nos fornecer respostas mais claras. Ou podem
revelar que a resposta é ainda mais sombria do que parece agora.
Referências
e Leituras Recomendadas
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Lander, E. S. et al. Initial
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La Scola, B. et al. A giant virus in
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Prangishvili, D., Forterre, P. & Garrett, R. A. Viruses of the
Archaea: A unifying view. Nature Reviews
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Raoult, D. & Forterre, P. Redefining viruses: Lessons from
mimivirus. Nature Reviews
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