Vírus da imunodeficiência humana (HIV)
VÍRUS: CRIATURA OU SUBSTÂNCIA?
Nos últimos 100 anos, os cientistas mudaram repetidamente a sua compreensão da natureza dos vírus, portadores microscópicos de doenças.
No início, os vírus eram considerados substâncias venenosas, depois - uma das formas de vida, depois - compostos bioquímicos. Hoje presume-se que eles existam entre os mundos vivo e inanimado e sejam os principais participantes da evolução.
No final do século XIX, descobriu-se que algumas doenças eram causadas por partículas semelhantes a bactérias, mas muito menores. Por serem de natureza biológica e transmitidos de uma vítima para outra, causando os mesmos sintomas, os vírus começaram a ser considerados os menores organismos vivos que carregam informação genética.
A redução dos vírus ao nível de objetos químicos sem vida ocorreu depois de 1935, quando Wendell Stanley cristalizou pela primeira vez o vírus do mosaico do tabaco. Foi descoberto que os cristais são compostos por componentes bioquímicos complexos e não possuem a propriedade necessária aos sistemas biológicos - atividade metabólica. Em 1946, o cientista recebeu o Prêmio Nobel por seu trabalho em química, e não em fisiologia ou medicina.
As pesquisas posteriores de Stanley mostraram claramente que qualquer vírus consiste em ácido nucléico (DNA ou RNA) embalado em uma casca de proteína. Além de proteínas protetoras, alguns deles possuem proteínas virais específicas envolvidas na infecção celular. Se julgarmos os vírus apenas por esta descrição, então eles são realmente mais parecidos com substâncias químicas do que com um organismo vivo.
Mas quando o vírus entra em uma célula (após a qual é chamada de célula hospedeira), o quadro muda. Ele perde sua capa protéica e subjuga todo o aparato celular, forçando-o a sintetizar DNA ou RNA viral e proteínas virais de acordo com as instruções escritas em seu genoma. Em seguida, o vírus se automonta a partir desses componentes e surge uma nova partícula viral, pronta para infectar outras células. Esse esquema forçou muitos cientistas a dar uma nova olhada nos vírus. Eles passaram a ser considerados objetos localizados na fronteira entre os mundos vivo e inanimado. Um facto interessante é que, embora os biólogos tenham visto durante muito tempo um vírus como uma “caixa de proteínas” cheia de peças químicas, eles usaram a sua capacidade de replicação numa célula hospedeira para estudar o mecanismo de codificação da proteína. A biologia molecular moderna deve muito do seu sucesso às informações obtidas no estudo dos vírus.
A bactéria é um organismo vivo e, embora seja constituída por apenas uma célula, pode produzir energia e sintetizar substâncias que garantem a sua existência e reprodução. O que pode ser dito sobre a semente neste contexto? Nem toda semente dá sinais de vida. Porém, estando em repouso, contém o potencial que recebeu de uma substância indubitavelmente viva e que, sob certas condições, pode ser realizado. Ao mesmo tempo, a semente pode ser destruída irreversivelmente e então o potencial permanecerá não realizado. Nesse sentido, o vírus lembra mais uma semente do que uma célula viva: tem certas capacidades que podem não se concretizar, mas não tem a capacidade de existir de forma autônoma.
A humanidade conheceu os vírus no final do século XIX, após o trabalho de Dmitry Ivanovsky e Martin Beyerinck. Estudando lesões não bacterianas em plantas de tabaco, os cientistas analisaram e descreveram pela primeira vez 5 mil tipos de vírus. Hoje presume-se que existam milhões deles e que vivam em todos os lugares.
Vivo ou não?
Os vírus consistem em moléculas de DNA e RNA que transmitem informações genéticas em várias combinações, um envelope que protege a molécula e proteção lipídica adicional.
A presença de genes e a capacidade de reprodução permitem que os vírus sejam classificados como vivos, enquanto a falta de síntese protéica e a impossibilidade de desenvolvimento independente os classificam como organismos biológicos não vivos.
Os vírus também são capazes de formar alianças com bactérias e. Eles podem transmitir informações através da troca de RNA e escapar da resposta imunológica, ignorando medicamentos e vacinas. A questão de saber se o vírus está vivo permanece em aberto até hoje.
O inimigo mais perigoso
Hoje, um vírus que não responde aos antibióticos é o inimigo mais terrível do homem. A descoberta de medicamentos antivirais amenizou um pouco a situação, mas a AIDS e a hepatite ainda não foram derrotadas.
As vacinas fornecem proteção apenas contra algumas cepas sazonais de vírus, mas sua capacidade de sofrer mutações rapidamente torna as vacinas ineficazes no ano seguinte. A ameaça mais séria para a população mundial pode ser a incapacidade de enfrentar a tempo a próxima epidemia viral.
A gripe é apenas uma pequena parte do iceberg viral. A infecção pelo vírus Ébola que se espalha por África levou à introdução de medidas de quarentena em todo o mundo. Infelizmente, a doença é extremamente difícil de tratar e a taxa de mortalidade ainda é elevada.
Uma característica especial dos vírus é sua capacidade de reprodução incrivelmente rápida. O vírus bacteriófago é capaz de reproduzir a bactéria 100 mil vezes mais rápido. Portanto, cientistas virologistas de todo o mundo estão tentando salvar a humanidade de uma ameaça mortal.
As principais medidas de prevenção de infecções virais são: vacinação, cumprimento das regras de higiene pessoal e consulta oportuna ao médico em caso de infecção. Um dos sintomas era temperatura elevada, que não pode ser reduzida por conta própria.
Pânico quando doença viral Não vale a pena, mas ter cuidado pode literalmente salvar sua vida. Os médicos dizem que as infecções continuarão a sofrer mutações enquanto a civilização humana existir, e os cientistas ainda terão que fazer muitas descobertas importantes sobre a origem e o comportamento dos vírus, bem como na luta contra eles.
Quando questionados sobre quais fenômenos caracterizam a vida, os biólogos respondem que cada organismo vivo possui forma e tamanho específicos, organização externa e interna, o que está associado à especialização de órgãos individuais; Um organismo vivo é caracterizado pelo movimento, pela reação a estímulos externos, pelo crescimento, pelo processo metabólico e, finalmente, por uma característica tão importante dos organismos vivos como a capacidade de reprodução. A reprodução também está associada à possibilidade de alterações hereditárias.
No entanto, alguns dos critérios de vida listados também podem ser encontrados na natureza inanimada. Encontraremos nele um certo grau de organização e movimento, e uma reação à irritação e ao crescimento. Os cristais de sal de cozinha possuem organizações externas e internas; fluindo neles reações químicas- uma espécie de manifestação de reação à irritação, ou seja, sensibilidade; crescem cristais e geleiras; todos os corpos estão realmente em movimento. Mesmo que tal movimento não se manifeste claramente, as moléculas e os átomos estão em constante movimento.
Porém, os seres não vivos não podem se reproduzir, portanto não apresentam alterações hereditárias. Assim, os seres vivos diferem dos não-vivos principalmente porque podem reproduzir-se e mudar de geração em geração.
Vejamos os vírus deste ponto de vista e tentemos descobrir se são criaturas vivas ou não vivas. Para um químico, eles se assemelham a grandes moléculas capazes de cristalizar. Eles também têm características comuns aos organismos vivos - podem se reproduzir (mas apenas dentro de células vivas) e, como foi comprovado recentemente, sofrer alterações hereditárias. Esta dualidade, esta combinação de propriedades do ser e da substância, foi enfatizada por T. Rivers quando os chamou de “orgânulos” ou “molecismos” (uma combinação de palavras: organismo e molécula).
Então, onde os vírus devem ser classificados como entidades vivas ou não vivas? Stanley respondeu a esta pergunta desta forma:
“Sejam vivos ou não vivos - pode-se argumentar sobre isso ad infinitum, sem receber, em essência, uma resposta satisfatória à questão colocada. Em um aspecto, os vírus são semelhantes aos organismos vivos, em outro são semelhantes às moléculas químicas comuns, mas diferem tanto dos primeiros quanto dos últimos. A sua natureza dual e a sua estrutura relativamente primitiva, que já podemos estudar com algum detalhe, dão-nos a oportunidade de ver neles, por um lado, seres vivos e, por outro, moléculas químicas capazes de se reproduzir. Assim, estamos cada vez mais perto de compreender a essência química do processo de reprodução que ocorre em todos os outros organismos vivos. Além disso, o estudo dos vírus abre-nos uma nova perspectiva, uma vez que não vemos dois grupos supostamente nitidamente separados, mas apenas a sua crescente complexidade. Do ponto de vista da estrutura, temos a oportunidade de traçar toda a série de objetos intimamente interligados: desde o átomo, passando por uma molécula simples, macromolécula, vírus, bactéria e mais adiante, passando por peixes e mamíferos, até os humanos. Do ponto de vista funcional, podemos observar o processo de utilização da energia desde o movimento aleatório de várias moléculas até a harmonia ideal dos melhores ritmos biológicos.”
Os vírus são uma criatura ou uma substância?
Nos últimos 100 anos, os cientistas mudaram repetidamente a sua compreensão da natureza dos vírus, portadores microscópicos de doenças.
No início, os vírus eram considerados substâncias venenosas, depois - uma das formas de vida, depois - compostos bioquímicos. Hoje presume-se que eles existam entre os mundos vivo e inanimado e sejam os principais participantes da evolução.
No final do século XIX, descobriu-se que algumas doenças, incluindo a raiva e a febre aftosa, eram causadas por partículas semelhantes a bactérias, mas muito menores. Por serem de natureza biológica e transmitidos de uma vítima para outra, causando os mesmos sintomas, os vírus passaram a ser considerados minúsculos organismos vivos que carregam informações genéticas.
A redução dos vírus a objetos químicos sem vida ocorreu depois de 1935, quando Wendell Stanley cristalizou pela primeira vez o vírus do mosaico do tabaco. Foi descoberto que os cristais são compostos por componentes bioquímicos complexos e não possuem a propriedade necessária aos sistemas biológicos - atividade metabólica. Em 1946, o cientista recebeu o Prêmio Nobel por seu trabalho em química, e não em fisiologia ou medicina.
As pesquisas posteriores de Stanley mostraram claramente que qualquer vírus consiste em ácido nucléico (DNA ou RNA) embalado em uma casca de proteína.
Além de proteínas protetoras, alguns deles possuem proteínas virais específicas envolvidas na infecção celular. Se julgarmos os vírus apenas por esta descrição, então eles são realmente mais semelhantes a substâncias químicas do que a um organismo vivo. Mas quando o vírus entra em uma célula (após a qual é chamada de célula hospedeira), o quadro muda. Ele perde sua capa protéica e subjuga todo o aparato celular, forçando-o a sintetizar DNA ou RNA viral e proteínas virais de acordo com as instruções registradas em seu genoma. Em seguida, o vírus se automonta a partir desses componentes e surge uma nova partícula viral. pronto para infectar outras células.
Os cientistas cristalizaram a maioria dos componentes celulares (ribossomas, mitocôndrias, estruturas de membrana, ADN, proteínas) e hoje vêem-nos como “máquinas químicas” ou como o material que estas máquinas utilizam ou produzem. Esta visão das estruturas químicas complexas que asseguram a vida de uma célula é a razão pela qual os biólogos moleculares não estão muito preocupados com o estado dos vírus. Os pesquisadores estavam interessados neles apenas como agentes capazes de utilizar células para seus próprios fins ou servir como fonte de infecção. Mais problema complexo
a respeito da contribuição dos vírus para a evolução permanece sem importância para a maioria dos cientistas.
Ser ou não ser?
O que significa a palavra "vivo"? A maioria dos cientistas concorda que, além da capacidade de se reproduzirem, os organismos vivos devem ter outras propriedades. Por exemplo, a vida de qualquer criatura é sempre limitada no tempo - ela nasce e morre. Além disso, os organismos vivos possuem um certo grau de autonomia no sentido bioquímico, ou seja, até certo ponto, dependem dos seus próprios processos metabólicos, que lhes fornecem substâncias e energia que sustentam a sua existência.
Também se pode considerar a vida como um estado para o qual, sob certas condições, passa um sistema constituído por componentes não vivos com certas propriedades. Exemplos de tais sistemas complexos (emergentes) incluem a vida e a consciência. Para alcançar o status adequado, eles devem ter um certo nível de dificuldade. Assim, um neurônio (por si só ou mesmo como parte de uma rede neural) não tem consciência, o que requer um cérebro; Mas um cérebro intacto pode estar vivo no sentido biológico e ao mesmo tempo não fornecer consciência. Da mesma forma, nem os genes ou proteínas celulares nem virais servem como substância viva, e uma célula sem núcleo é semelhante a uma pessoa decapitada no sentido de que não possui um nível crítico de complexidade. O vírus também não é capaz de atingir esse nível. Assim, a vida pode ser definida como uma espécie de estado emergente complexo, incluindo os mesmos “blocos de construção” fundamentais que um vírus possui.
| Se seguirmos essa lógica, então os vírus, por não serem objetos vivos no sentido estrito da palavra, ainda não podem ser classificados como sistemas inertes: eles estão na fronteira entre os vivos e os não vivos. |
Os vírus, sem dúvida, possuem uma propriedade inerente a todos os organismos vivos - a capacidade de reprodução, embora com a participação indispensável da célula hospedeira. A figura mostra a replicação de um vírus cujo genoma é DNA de fita dupla. O processo de replicação de fagos (vírus que infectam bactérias sem núcleo), vírus de RNA e retrovírus difere daqueles descritos aqui apenas em detalhes.
Vírus e evolução
Os vírus têm uma história evolutiva própria e muito longa, que remonta às origens dos organismos unicelulares. Assim, alguns sistemas de reparo viral, que garantem o corte de bases incorretas do DNA e a eliminação de danos causados por radicais de oxigênio, etc., são encontrados apenas em vírus individuais e existem inalterados por bilhões de anos.
No entanto, na realidade, os vírus afetaram o material genético dos organismos vivos não indiretamente, mas da forma mais direta possível - trocaram com ele o seu DNA e RNA, ou seja, eram jogadores no campo biológico. A grande surpresa para médicos e biólogos evolucionistas foi que a maioria dos vírus revelou-se criaturas completamente inofensivas, não associadas a nenhuma doença. Eles dormem tranquilamente dentro das células hospedeiras ou usam seus aparelhos para sua reprodução tranquila, sem qualquer dano à célula. Esses vírus possuem muitos truques que lhes permitem escapar do olhar atento do sistema imunológico das células - para cada estágio da resposta imunológica, eles possuem um gene que controla ou modifica esse estágio a seu favor.
Além disso, durante a coabitação da célula e do vírus, o genoma viral (DNA ou RNA) “coloniza” o genoma da célula hospedeira, fornecendo-lhe cada vez mais genes novos, que acabam por se tornar parte integrante do genoma de um determinado tipo de organismo. Os vírus têm um efeito mais rápido e direto sobre os organismos vivos do que os fatores externos que selecionam variantes genéticas. O grande número de populações virais, juntamente com as suas elevadas taxas de replicação e elevadas taxas de mutação, fazem delas uma importante fonte de inovação genética, criando constantemente novos genes.
Algum gene único de origem viral, viajando, passa de um organismo para outro e contribui para o processo evolutivo.
Bactérias, cianobactérias fotossintéticas e algas, potenciais hospedeiros de vírus marinhos, são frequentemente mortas pela radiação ultravioleta, que destrói o seu ADN. Ao mesmo tempo, alguns vírus (“residentes” dos organismos) ativam o mecanismo de síntese de enzimas que restauram moléculas danificadas da célula hospedeira e a trazem de volta à vida. Por exemplo, as cianobactérias contêm uma enzima que está envolvida na fotossíntese e, quando exposta ao excesso de luz, às vezes é destruída, levando à morte celular. E então os vírus chamados cianófagos “ativam” a síntese de um análogo da enzima fotossintética bacteriana, que é mais resistente à radiação UV. Se esse vírus infectar uma célula recentemente morta, uma enzima fotossintética poderá trazê-la de volta à vida. Assim, o vírus desempenha o papel de um “ressuscitador genético”.
Doses excessivas de radiação UV podem levar à morte dos cianófagos, mas às vezes eles conseguem voltar à vida com a ajuda de múltiplos reparos. Geralmente existem vários vírus presentes em cada célula hospedeira e, se forem danificados, podem montar o genoma viral peça por peça. Várias partes do genoma a são capazes de servir como fornecedores de genes individuais, que, juntamente com outros genes, restaurarão totalmente as funções do genoma a, sem criar um vírus inteiro. Os vírus são os únicos organismos vivos que, como a ave Fênix, podem renascer das cinzas.
De acordo com o Consórcio Internacional de Sequenciamento do Genoma Humano, faltam entre 113 e 223 genes compartilhados entre bactérias e humanos em organismos bem estudados, como a levedura Sacharomyces cerevisiae, a mosca da fruta Drosophila melanogaster e a lombriga Caenorhabditis elegans, que se situam entre os dois extremos. linhagens. Alguns cientistas acreditam que a levedura, a mosca da fruta e a lombriga, que surgiram depois das bactérias, mas antes dos vertebrados, simplesmente perderam os genes correspondentes em algum momento do seu desenvolvimento evolutivo. Outros acreditam que os genes foram transferidos para os seres humanos por bactérias que entraram em seu corpo.
Juntamente com colegas do Instituto de Vacinas e Terapia Gênica de Ciências da Saúde da Universidade de Oregon, propomos que havia uma terceira via: os genes eram inicialmente de origem viral, mas depois colonizaram membros de duas linhagens diferentes de organismos, como bactérias e vertebrados. . O gene que a bactéria dotou a humanidade poderia ter sido transmitido às duas linhagens mencionadas pelo vírus.
Além disso, estamos confiantes de que o próprio núcleo celular é de origem viral. O aparecimento do núcleo (uma estrutura encontrada apenas em eucariontes, incluindo humanos, e ausente em procariontes, como bactérias) não pode ser explicada pela adaptação gradual dos organismos procarióticos às mudanças nas condições. Poderia ter sido formado com base no DNA viral pré-existente de alto peso molecular, que construiu uma “casa” permanente para si dentro da célula procariótica. Isto é confirmado pelo fato de que o gene da DNA polimerase (uma enzima envolvida na replicação do DNA) do fago T4 (fagos são vírus que infectam bactérias) está próximo em sua sequência de nucleotídeos dos genes da DNA polimerase de ambos os eucariotos e dos vírus que os infectam. . Além disso, Patrick Forterre, da Universidade de Paris Sul, que estudou as enzimas envolvidas na replicação do DNA, chegou à conclusão de que os genes que determinam sua síntese em eucariotos são de origem viral.
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| Vírus da língua azul |
Os vírus afetam absolutamente todas as formas de vida na Terra e muitas vezes determinam o seu destino. Ao mesmo tempo, eles também evoluem. A evidência direta vem do surgimento de novos vírus, como o vírus da imunodeficiência humana (HIV), que causa a AIDS.
Os vírus modificam constantemente a fronteira entre os mundos biológico e bioquímico. Quanto mais progredirmos no estudo dos genomas de vários organismos, mais evidências descobriremos da presença de genes de um conjunto dinâmico e muito antigo. O ganhador do Prêmio Nobel Salvador Luria falou sobre a influência dos vírus na evolução em 1969: “Talvez os vírus, com sua capacidade de entrar e sair do genoma celular, tenham sido participantes ativos no processo de otimização do material genético de todos os seres vivos durante a evolução. Não percebemos." Independentemente de qual mundo - vivo ou inanimado - atribuímos os vírus, chegou a hora de considerá-los não isoladamente, mas levando em consideração sua constante conexão com os organismos vivos.
SOBRE O AUTOR:
Luís Villarreal(Luis P. Villarreal) - Diretor do Centro de Estudo de Vírus da Universidade da Califórnia, Irvine. Ele recebeu seu doutorado em biologia pela Universidade da Califórnia, em San Diego, e depois trabalhou na Universidade de Stanford, no laboratório do ganhador do Nobel Paul Berg. Está ativamente envolvido em atividades docentes e atualmente envolvido no desenvolvimento de programas de combate à ameaça do bioterrorismo.
