“Conhea§a o seu inimigo”, escreveu Sun Tzu, o grande sa¡bio da guerra, hácerca de 2.500 anos. Hoje, conforme o COVID-19 se espalha pelo mundo, o maior exanãrcito de cientistas médicos já reunido estãoempenhado em aprender tudo o que puder, o mais rápido possí­vel, sobre o SARS-CoV-2, o va­rus por trás da pandemia.

Aqui estãouma cartilha sobre va­rus em geral e SARS-CoV-2 em particular. Amedida que os pesquisadores aprendem mais e mais sobre o novo coronava­rus que causa o COVID-19, esse conhecimento - obtido por meio de na­veis incompara¡veis ​​de cooperação cienta­fica - estãose voltando contra o va­rus em tempo real.

Nãoque seja uma busca simples. Comparado com um prato de laboratório, as pessoas vivas são complicadas. As células dessa placa não são iguais a s células dos tecidos vivos afetados pelo SARS-CoV-2. Além disso, o ambiente ao redor, digamos, de uma canãlula pulmonar no corpo de uma pessoa édiferente daquele em um prato de cultura. E háessa coisa chamada “efeitos colaterais”. Vocaª não os vaª em um prato. Mas vocêpode em um paciente COVID-19.

Os va­rus são facilmente a forma de vida mais abundante na Terra, se vocêaceitar a proposição de que eles estãovivos. Experimente multiplicar um bilha£o por um bilha£o e depois multiplicar por 10 trilhaµes. Isso - 10 elevado a  31ª potaªncia - éa estimativa entorpecente de quantaspartículas virais individuais povoam o planeta.

Um va­rus éuma coisa viva? Talvez. As vezes. Depende da localização. “Fora de uma canãlula, uma parta­cula viral éinerte” , disse-me o virologista Jan Carette , PhD, professor associado de microbiologia e imunologia. Por si são, ele não pode se reproduzir ou, por falar nisso, produzir nada. a‰ o parasita final.

Ou, vocêpoderia dizer com mais caridade, émuito eficiente. Os va­rus viajam com pouca bagagem, embalando apenas a bagagem de que absolutamente precisam para invadir uma canãlula, comandar sua maquinaria molecular, multiplicar-se e escapar.

Existem exceções para quase todas as regras, mas os va­rus tem coisas em comum, disse Carette.

O kit de viagem de um va­rus sempre inclui seu genoma - isto anã, sua coleção de genes - e uma casca protanãica circundante, ou capsa­deo, que mantanãm o genoma viral seguro, ajuda o va­rus a se prender nas células e subir dentro dele e, ocasionalmente, estimula um fuga por sua prole. O capsa­deo consiste em subunidades de protea­nas idaªnticas cujas formas e propriedades determinam a estrutura e a função do capsa­deo.

Alguns va­rus também usam sobretudos oleosos, chamados de envelopes, feitos de fragmentos roubados das membranas da última canãlula que infectaram. Os coronava­rus tem envelopes, assim como os va­rus da gripe e da hepatite C, herpesva­rus e HIV. Os rinova­rus, responsa¡veis ​​pela maioria dos resfriados comuns, e os poliova­rus não. Os va­rus envelopados desprezam particularmente o saba£o porque rompe as membranas gordurosas. agua e saba£o são para esses va­rus o que exalar alho épara um vampiro, e épor isso que lavar as ma£os faz maravilhas.

Para que um va­rus se espalhe, ele deve primeiro encontrar uma maneira de entrar na canãlula. Mas, disse Carette, “penetrar no pera­metro de uma canãlula não éfa¡cil”. As membranas externas das células são normalmente difa­ceis de entrar sem algum tipo de passagem especial. No entanto, os va­rus tem maneiras de enganar as células para que as deixem entrar. Normalmente, uma parte da capa do va­rus tera¡ uma forte afinidade para se ligar a uma ou outra protea­na que pontilha assuperfÍcies de um ou outro tipo de canãlula. A ligação do va­rus com aquela protea­na dasuperfÍcie celular serve como um bilhete de admissão, facilitando a invasão do va­rus na canãlula.

O genoma viral, como o nosso, éum kit de instruções para a produção das protea­nas de que o organismo necessita. Esse genoma pode ser feito de DNA, como éo caso de todas as criaturas, exceto por certos va­rus, ou do RNA relativo qua­mico pra³ximo, que émuito mais flexa­vel e um pouco menos esta¡vel. O genoma do SARS-CoV-2 éfeito de RNA, assim como os genomas da maioria dos va­rus que infectam mama­feros.

Além do gene que codifica sua protea­na do capsa­deo, todo va­rus precisa de outro gene para sua própria versão de uma enzima conhecida como polimerase. Dentro da canãlula, as polimerases virais geram numerosas ca³pias dos genes do invasor, a partir de cujas instruções a linha de montagem molecular obediente da canãlula produz subunidades do capsa­deo e outras protea­nas virais. Entre elas, podem estar protea­nas capazes de cooptar a maquinaria celular para ajudar os va­rus a se replicar e escapar, ou de ajustar o pra³prio genoma do va­rus - ou o nosso. Dependendo do tipo de va­rus, o genoma pode conter apenas dois genes - um para a protea­na a partir da qual o capsa­deo éconstrua­do, o outro para a polimerase - ou atécentenas.

As ca¡psides se auto-organizam a partir de suas subunidades, geralmente com a ajuda de protea­nas originalmente feitas pela canãlula para outros fins, mas cooptadas pelo va­rus. Ca³pias frescas do genoma viral são embaladas em capsa­deos recanãm-fabricados para exportação.

Frequentemente, a abundante progaªnie do va­rus pune as boas ações da canãlula que os produziu ao lisa¡-la - fazendo buracos em sua membrana externa, explodindo e destruindo a canãlula no processo. Mas os va­rus envelopados podem escapar por um processo alternativo chamado brotamento, pelo qual eles se envolvem em um pedaço de membrana da canãlula infectada e se difundem atravanãs da membrana externa da canãlula sem danifica¡-la estruturalmente. Mesmo assim, a canãlula, tendo gerado uma mira­ade de va­rus infantis, costuma ficar fatalmente enfraquecida.

Agora sabemos como o seu va­rus comum - uma parta­cula essencialmente inerte por conta própria - consegue entrar nas células, sequestrar sua maquinaria molecular, fazer ca³pias de si mesmo e partir para infectar novamente.

Isso apenas arranha asuperfÍcie. Dos milhões de diferentes espanãcies virais identificadas atéagora, apenas cerca de 5.000 foram caracterizadas em detalhes. Os va­rus vão em muitas formas e tamanhos - embora sejam todos pequenos - e infectam tudo, incluindo plantas e bactanãrias. Nenhum deles funciona exatamente da mesma maneira.

E quanto aos coronava­rus?

Os va­rus envelopados tendem a ser menos resistentes quando estãofora das células porque seus envelopes são vulnera¡veis ​​a  degradação pelo calor, umidade e o componente ultravioleta da luz solar.

Isso deve ser uma boa nota­cia para nosquando se trata de coronava­rus. No entanto, a ma¡ nota­cia éque o coronava­rus pode ser bastante esta¡vel fora das células porque suas pontas, projetando-se como agulhas de uma almofada de alfinetes, o protegem do contato direto, permitindo que sobreviva emsuperfÍcies por períodos relativamente longos. (Ainda assim, desinfetantes para as ma£os a  base de saba£o ou a¡lcool fazem um bom trabalho para desativa¡-los.)

Como mencionado anteriormente, os va­rus usam protea­nas que ficam nassuperfÍcies das células como estações de acoplamento. As protea­nas contrapartes que permitem a ligação dos coronava­rus são os mesmos picos. Mas nem todos os picos de coronava­rus são iguais. Variantes do coronava­rus relativamente benignas, que, na pior das hipa³teses, podem causar coceira na garganta e resfriados, se fixam nas células do trato respirata³rio superior - as cavidades nasais e a garganta. A variante viral que estãocausando a pandemia de hoje éperigosa porque suas protea­nas de pico podem se prender a s células do trato respirata³rio inferior - o pulma£o e as células bra´nquicas - bem como as células dos pulmaµes, coração, rim, fa­gado, cérebro, revestimento do intestino, esta´mago ou veias de sangue.

Em uma resposta bem-sucedida a  infecção por SARS-CoV-2, o sistema imunológico fabrica um potpourri de protea­nas especializadas chamadas anticorpos que se agregam ao va­rus em vários lugares, a s vezes bloqueando sua ligação a  protea­na dasuperfÍcie celular que estãotentando se prender. Stanford estãoparticipando de um ensaio cla­nico, patrocinado pelo National Institutes of Health , para ver se o plasma rico em anticorpos (a parte livre de células do sangue) de pacientes COVID-19 recuperados (que não precisam mais desses anticorpos) pode atenuar os sintomas em pacientes com doença leve e prevenir sua progressão de leve a grave.   

Os chamados anticorpos monoclonais estãopara os anticorpos no plasma convalescente o que o laser estãopara uma la¢mpada incandescente. Os biotecnologistas aprenderam como identificar variantes de anticorpos que se destacam por se agarrarem a pontos específicos na protea­na spike do SARS-CoV-2, impedindo assim a ligação do va­rus a s nossas células - e eles podem produzir apenas essas variantes em massa. Stanford estãolana§ando um ensaio cla­nico de Fase 2 de um anticorpo monoclonal para o tratamento de pacientes com COVID-19.

Uma preocupação: as taxas de mutação viral são muito mais altas do que as taxas bacterianas, que superam as de nossos espermatozoides e a³vulos. Os va­rus de RNA, incluindo o coronava­rus, sofrem mutações ainda mais facilmente do que os va­rus de DNA: suas polimerases (aquelas enzimas que copiam o genoma mencionadas anteriormente) são tipicamente menos precisas do que as dos va­rus de DNA, e o pra³prio RNA éinerentemente menos esta¡vel que o DNA. Assim, os va­rus, e particularmente os va­rus de RNA, facilmente desenvolvem resistência a s tentativas do nosso sistema imunológico de encontra¡-los e elimina¡-los.

Os estudos de Stanford podem ajudar a revelar se a abordagem de "laser" com alvo preciso ou "la¢mpada" de pia de cozinha funciona melhor.

O professor assistente de engenharia química e espelea³logo de compartimento subcelular Monther Abu-Remaileh , PhD, descreveu duas maneiras principais de o coronava­rus invadir uma canãlula e buscar conforto ali, e como pode ser possí­vel barrar uma dessas rotas de entrada com o tipo certo de medicamento.

Esta éuma maneira: quando o coronava­rus se fixa em uma canãlula, seu envelope gorduroso entra em contato com a membrana externa igualmente gordurosa da canãlula. Graxa adora graxa. O envelope viral e a membrana celular se fundem e o conteaºdo viral édespejado na canãlula.

A outra maneira émais complicada. A ligação viral pode desencadear um processo no qual a área da membrana externa da canãlula mais próxima do local onde o contato foi feito cede - com o va­rus (felizmente) preso dentro - atéque seja completamente eliminado, formando uma membrana interna ca¡psula revestida com la­quido centrado, chamada endossomo dentro da canãlula. (Para visualizar isso, imagine-se com um chiclete na boca, soprando uma bolha interna ao inalar e, em seguida, engoli-lo. Nesta analogia, vocêéa canãlula e toda a sua pele, comea§ando pelos la¡bios, constitui o membrana externa da canãlula.)

Envolvido neste endossomo estãoa parta­cula viral que colocou o processo em movimento. O diabinho acaba de enganchar uma carona no santua¡rio interno da cela. Nesse ponto, a parta­cula viral consiste em seu envelope, seu capsa­deo e seu genoma fechado - um projeto para as mais de duas daºzias de protea­nas que o va­rus precisa e a canãlula invadida não fornece.

Mas o endossomo não permanece um endossomo indefinidamente, disse-me Abu-Remaileh. Sua missão ése tornar outra entidade, chamada de lisossoma, ou se fundir com um lisossoma existente.

Os lisossomos servem como fa¡bricas de reciclagem de células, quebrando grandes biomoléculas em seus blocos de construção constituintes para reutilização. Para isso, eles precisam de um ambiente a¡cido, gerado por bombas de protea­nas em suas membranas superficiais que forçam os pra³tons para dentro dessas vesa­culas.

A acidez interna do edifa­cio ativa enzimas que mastigam as protea­nas de pico do coronava­rus enclausurado. Isso coloca o envelope do va­rus em contato com a membrana da vesa­cula e permite sua fusão.

O genoma viral éexpelido para a grande extensão da canãlula. La¡, o genoma viral encontrara¡ e se encarregara¡ da matéria-prima e da maquinaria molecular necessa¡ria para executar suas instruções genanãticas. Essa maquinaria ira¡ produzir protea­nas virais furiosamente - incluindo a polimerase customizada que SARS-CoV-2 precisa para replicar seu pra³prio genoma. Ca³pias do genoma e das protea­nas do capsa­deo do va­rus sera£o reunidas e reembaladas na progaªnie viral.

Um par de drogas intimamente relacionadas, cloroquina e hidroxicloroquina, obteve muitos resultados na imprensa, mas, atéagora, resultados decepcionantes em ensaios clínicos para o tratamento de COVID-19. Alguns pesquisadores defendem o uso da hidroxicloroquina, com a ressalva de que o uso deve ser feito no ini­cio do curso da doena§a.

Em uma placa de laboratório, essas drogas se difundem nas células, onde diminuem a acidez nos endossomos e evitam que ela se acumule nos lisossomos. Sem a acidez necessa¡ria, as protea­nas do pico da membrana viral não podem ser mastigadas e o envelope viral não pode entrar em contato com a membrana de um endossomo ou lisossoma. O va­rus permanece preso em uma prisão de seu pra³prio dispositivo.

Isso éo que acontece em um prato, de qualquer maneira. Mas apenas mais ensaios clínicos dira£o o quanto isso importa.

O SARS-CoV-2 entrou na canãlula, por fusão ou como um aquanauta liliputiano, furtivamente guardado dentro de um endossomo. Se tudo der certo, o va­rus se funde com a membrana do endossomo circundante. O genoma viral se espalha no (relativamente) vasto oceano celular circundante.

Aquela fita única de RNA que éo genoma do va­rus tem um grande trabalho a fazer - dois, na verdade, Judith Frydman , PhD, professora de biologia e genanãtica, me disse - a fim de se autoinicializar para gerar um grupo de descendentes. Ele deve se replicar por inteiro e em massa, com cada ca³pia sendo a semente potencial de uma nova parta­cula viral. E deve gerar várias ca³pias parciais de si mesmo - seções serradas que servem como instruções, dizendo a s ma¡quinas de produção de protea­nas da canãlula, chamadas ribossomos, como fabricar as mais de duas daºzias de protea­nas do va­rus.

Para fazer as duas coisas, o va­rus precisa de um tipo especial de polimerase, a protea­na que funcionara¡ como uma ma¡quina copiadora do genoma viral. Cada canãlula viva, incluindo cada uma das nossas, usa polimerases para copiar seu genoma baseado em DNA e transcrever seu conteaºdo (os genes) em instruções baseadas em RNA que os ribossomos podem ler.

O genoma da SARS-CoV-2, ao contra¡rio do nosso, éfeito de RNA, então já écompata­vel com o ribossomo, mas se replicar significa fazer ca³pias de RNA de RNA. Nossas células nunca precisam fazer isso e carecem de polimerases que possam.

O genoma do SARS-CoV-2, entretanto, carrega um gene que codifica uma polimerase de RNA a RNA. Se essa fita de RNA solita¡ria puder se encontrar e se inserir em um ribossomo, este pode traduzir o projeto genanãtico da polimerase viral em uma protea­na funcional. Felizmente para o va­rus, pode haver até10 milhões de ribossomos em uma única canãlula.

Uma vez feita, a polimerase viral produz não apenas maºltiplas ca³pias do genoma viral completo - replicação - mas também genes virais individuais ou grupos deles. Esses fragmentos podem subir a bordo dos ribossomos e ordena¡-los a produzir todo o repertório de todas as protea­nas necessa¡rias para formar vários novos descendentes virais.

Essas protea­nas recanãm-criadas incluem, notavelmente, mais moléculas de polimerase. Cada ca³pia do genoma SARS-CoV-2 pode ser alimentada repetidamente por moléculas prola­ficas de polimerase, gerando uma mira­ade de reproduções fianãis da fita inicial.

Bem, principalmente fiel. Todos noscometemos erros e a polimerase viral não éexceção; na verdade, émuito desleixado em relação a s polimerases - muito mais do que as polimerases de nossas próprias células, Carette e Frydman me disseram. Portanto, as ca³pias da fita inicial - e suas ca³pias - correm o risco de serem crivadas de erros de ca³pia, também conhecidos como mutações.

No entanto, as polimerases do coronava­rus, incluindo o SARS-CoV-2, vão equipadas exclusivamente com uma “protea­na revisora ​​de provas” auxiliar que detecta a maioria desses erros. Ele retira o componente qua­mico inserido incorretamente e da¡ a  polimerase outra tentativa, geralmente bem-sucedida, de inserir a unidade química adequada na sequaªncia crescente de RNA.

A droga experimental remdesivir, aprovada para uso de emergaªncia entre pacientes com COVID-19 hospitalizados, tem como alvo direto as polimerases dos va­rus de RNA. Stanford participou de testes clínicos que levaram a  aprovação desse medicamento injeta¡vel. Inicialmente desenvolvido para o tratamento da infecção pelo va­rus Ebola, ele pertence a uma classe de medicamentos que atuam como blocos de construção químicos lega­timos de uma sequaªncia de DNA ou RNA. Esses poseurs são costurados no fio nascente e engordam tão mal que a polimerase para fora ou produz um produto defeituoso.

“Agora, com a droga, o va­rus comea§a a produzir muitos genomas podres que envenenam o processo de replicação viral”, disse Frydman, o professor Donald Kennedy da Escola de Humanidades e Ciências.

Remdesivir tem a virtude de não baguna§ar as próprias polimerases de nossas células, disse Robert Shafer , MD, professor de doenças infecciosas, que mantanãm um banco de dados continuamente atualizado de resultados de testes de drogas que visam a SARS-CoV-2.

Mas, embora o remdesivir seja muito bom em falsificar a protea­na corretora companheira da polimerase viral, estãolonge de ser perfeito, disse Shafer. Algumas ca³pias intactas do genoma viral ainda conseguem ser feitas, escapar da canãlula e infectar outras células - missão cumprida.

Usar remdesivir em combinação com alguma droga ainda procurada, ainda não descoberta, que poderia bloquear o revisor pode ser uma estratanãgia mais infala­vel do que usar remdesivir sozinho, disse Shafer.

Além de replicar seu genoma completo, o va­rus precisa produzir muitas protea­nas. E sabe exatamente como. Esses fragmentos de RNA gerados pela polimerase viral são adaptados para cumprir as regras de produção de protea­nas da canãlula - bem, atécerto ponto. Eles se encaixam nos ribossomos exatamente como as próprias fitas celulares de “RNA mensageiro” copiadas dos genes da canãlula por suas próprias polimerases de leitura de DNA. Os chamados mRNAs são instruções para a produção de protea­nas.

Mas háum obsta¡culo: entre as protea­nas que o va­rus força os ribossomos a fabricar, estãoalgumas que, uma vez produzidas, mordem a ma£o que os alimentou. Certas protea­nas virais recanãm-fabricadas abrigam os ribossomos no ato de ler uma ou outra fita de mRNA da canãlula, prendem-se a  fita e se fixam teimosamente, paralisando o ribossomo atéque a fita de mRNA da canãlula se desfaz.

Os filamentos de RNA gena´mico que o va­rus gera, entretanto, todos tem pequenos bloqueios em suas extremidades frontais que os protegem de serem presos nos ribossomos da canãlula pela equipe de destruição viral. Resultado: a linha de montagem de produção de protea­nas da canãlula édesviada de forma esmagadora para a produção de protea­nas virais. Isso éuma diferença: aumenta a produção do componente viral e sufoca a primeira linha de defesa natural da canãlula infectada.

Entre as protea­nas natimortas da canãlula estãomoléculas chamadas interferons, que a canãlula normalmente produz quando sente que foi infectada por um va­rus. Os interferons tem maneiras de se misturar a s operações da polimerase viral e silenciar a replicação viral. Além disso, quando secretados por células infectadas, os interferons agem como sinais de socorro de “chamada das tropas” que alertam o sistema imunológico do corpo sobre a presença e localização da canãlula infectada.

Em vez disso, silaªncio. Vantagem: va­rus.

Existem vários tipos diferentes de interferaµes. Um ensaio cla­nico estãoem andamento em Stanford para determinar se uma única injeção de um deles, chamada de interferon-lambda, pode manter pacientes com COVID-19 levemente sintoma¡ticos recanãm-diagnosticados fora do hospital, acelerar a recuperação e reduzir a transmissão para familiares e os comunidade.

Se vocêainda não odeia e respeita os va­rus, talvez não tenha prestado atenção. Mas tem mais.

Os va­rus nem sempre matam as células que tomam como refanãns. Alguns costuram seus genes no genoma das células que invadiram e essas inserções se somam. As sequaªncias de DNA viral constituem 8% do nosso genoma - em contraste com o mero 1% que codifica as protea­nas das quais somos amplamente feitos e que fazem a maior parte da produção.

“Nosso genoma foi 'invadido' por encontros anteriores com retrova­rus após a infecção de espermatozoides ou a³vulos”, Carette me disse. “Atravanãs da evolução, os genes desses retrova­rus se tornaram inativos.”

Mas, como sempre, háuma exceção. Como Carette me disse: “Um antigo gene viral foi reaproveitado para desempenhar um papel essencial na embriogaªnese”, o processo pelo qual um embria£o se forma e se desenvolve. A protea­na que esse gene codifica permite a fusão de dois tipos de células na placenta do feto em desenvolvimento, permitindo a troca de nutrientes e resíduos entre o embria£o em desenvolvimento e o suprimento de sangue materno.

Sem eles, isto anã, não haveria nós.