Os poxvírus são muitos e desagradáveis, e têm uma capacidade impressionante de evadir ou enganar as respostas imunes humanas. Os cientistas que usam a Fonte Avançada de Fótons querem ser mais espertos do que eles.
Para muitas pessoas, um poxvírus parece tão medieval quanto uma praga. Está fora de sua experiência pessoal com doenças infecciosas. Na verdade, a doença familiar da varicela da infância nem sequer é um poxvírus – é um vírus do herpes que se apresenta com sintomas semelhantes aos da varíola. A varíola mortal, que é um poxvírus que alguns se lembram, foi declarada erradicada em 1980 pela Organização Mundial da Saúde (OMS) em uma grande vitória para a ciência e a humanidade.
Então, por que se preocupar com um poxvírus agora? E, por que se preocupar em estudá-lo?
Em julho deste ano, a OMS declarou o poxvírus conhecido como monkeypox uma emergência de saúde global. Monkeypox é transmitido aos seres humanos através do contato próximo com uma pessoa ou animal infectado, ou com material contaminado com o vírus. Apresenta-se clinicamente semelhante à varíola, embora seja menos contagiosa e menos grave. Ele infecta várias espécies, mas os cientistas não sabem exatamente como o poxvírus mantém sua circulação na natureza. Uma melhor compreensão de como os poxvírus infectam e se espalham com tanto sucesso entre as espécies pode ajudar a combater ou erradicar a varíola dos macacos.
“Como espécie, devemos fazer o nosso melhor para entender todos os tipos possíveis de vírus. Não sabemos o que vai acontecer a seguir. Precisamos fazer pesquisas básicas para entender o mecanismo pelo qual esses vírus se replicam e evitam a resposta humana”. — James Eaglesham, coautor da pesquisa de poxvirus da Harvard Medical School e do Dana-Farber Cancer Institute
A pesquisa sobre o vírus da varíola dos macacos está em seus estágios iniciais na Advanced Photon Source (APS), uma instalação de usuários do Departamento de Energia (DOE) do Escritório de Ciências do Laboratório Nacional de Argonne do DOE. Mas estudos sobre outros vírus da varíola podem oferecer algumas informações sobre essa família de doenças, informações que podem ajudar na luta contra o atual surto.
Em 2019 e 2020, o Laboratório Kranzusch da Harvard Medical School e o Dana-Farber Cancer Institute usaram os feixes de raios-X ultrabrilhantes do APS para observar como os poxvírus inibem uma molécula imune chamada cGAMP. A molécula de cGAMP é comumente produzida por células de mamíferos quando as células evitam a infecção viral. O Laboratório Kranzusch queria saber em que condições a molécula poderia deixar de desencadear uma resposta imune.
Depois de assistir o cGAMP soar o alarme ao encontrar vários vírus, o Laboratório Kranzusch o apresentou a um gene isolado de um poxvírus. De repente, eles viram algo bem diferente. O gene do poxvírus parecia projetado para degradar a molécula cGAMP e efetivamente impediu que ela sinalizasse uma resposta imune. O poxvírus foi então capaz de avançar sua infecção das células hospedeiras.
Os resultados dos dois estudos foram publicados na eLife e na Nature .
“Os poxvírus são únicos por terem genomas muito grandes”, disse James Eaglesham, que foi o primeiro autor dos dois estudos como Ph.D. estudante de Harvard. “Uma quantidade significativa de proteínas de poxvírus é dedicada a evadir ou derrotar a resposta imune em qualquer sistema que um poxvírus persegue. Outros vírus, incluindo o vírus RNA que causa o COVID-19, têm menos proteínas e precisam contar com um número relativamente limitado de genes para evitar a resposta imune”.
De acordo com Eaglesham, os poxvírus têm uma vantagem distinta. “Eles têm tanto potencial de codificação que absorvem todos esses genes diferentes e os usam para evasão imunológica ”, disse ele.
A vacina existente para a varíola é candidata ao tratamento da varíola, mas uma vacinação mais suave e direcionada seria bem-vinda.
Kay Perry, cientista de linhas de luz da Equipe de Acesso Colaborativo do Nordeste (NE-CAT) linhas de luz 24-ID-C e 24-ID-E no APS (que foram usadas nos estudos do Laboratório Kranzusch), espera ver mais pesquisas sobre poxvírus em resposta às preocupações sobre a varíola dos macacos.
“Cientistas de Harvard usam as linhas de luz NE-CAT para observar estruturas 3D todos os meses, e espero ver mais estudos sobre estruturas de proteínas de poxvírus”, disse ela. “A pesquisa do Kranzusch Lab ajudará a esclarecer como exatamente o vírus degrada a molécula cGAMP. Com essa informação, eles podem realizar estudos bioquímicos e biofísicos para determinar como os potenciais inibidores podem funcionar. Esse é apenas o começo do processo de desenvolvimento de medicamentos que podem interromper a infecção viral”.
O APS, uma das fontes de luz mais potentes e produtivas do mundo, é sempre um recurso para quem busca entender e combater doenças infecciosas. Com uma grande atualização em andamento que aumentará o brilho das linhas de luz do APS em até 500 vezes, os cientistas esperam obter novos insights sobre como um vírus como a varíola pode se espalhar, ter sucesso e, com a intervenção da ciência, se extinguir.
“As pessoas podem dizer: ‘Não estamos mais recebendo infecções por poxvírus – isso é uma coisa de séculos passados, então não vamos nos incomodar em estudá-los’”, disse Eaglesham. “Mas, como espécie, devemos fazer o possível para entender todos os tipos possíveis de vírus. Não sabemos o que vai acontecer a seguir. Precisamos fazer pesquisas básicas para entender o mecanismo pelo qual esses vírus se replicam e evitam a resposta humana. Então, podemos projetar o próximo conjunto de vacinas e terapêuticas.”
Sobre a fonte avançada de fótons
A Fonte Avançada de Fótons (APS) do Departamento de Energia dos EUA no Laboratório Nacional de Argonne é uma das instalações de fonte de luz de raios-X mais produtivas do mundo. O APS fornece feixes de raios X de alto brilho para uma comunidade diversificada de pesquisadores em ciência dos materiais, química, física da matéria condensada, ciências da vida e ambientais e pesquisa aplicada. Esses raios X são ideais para a exploração de materiais e estruturas biológicas; distribuição elementar; estados químicos, magnéticos e eletrônicos; e uma ampla gama de sistemas de engenharia tecnologicamente importantes de bateriasa sprays injetores de combustível, todos os quais são as bases do bem-estar econômico, tecnológico e físico de nossa nação. A cada ano, mais de 5.000 pesquisadores usam o APS para produzir mais de 2.000 publicações detalhando descobertas impactantes e resolvendo mais estruturas de proteínas biológicas vitais do que os usuários de qualquer outra instalação de pesquisa de fontes de luz de raios-X. Os cientistas e engenheiros da APS inovam a tecnologia que está no centro do avanço das operações de aceleradores e fontes de luz. Isso inclui os dispositivos de inserção que produzem raios-X de brilho extremo apreciados pelos pesquisadores, lentes que focalizam os raios-X até alguns nanômetros, instrumentação que maximiza a maneira como os raios-X interagem com as amostras que estão sendo estudadas e software que reúne e gerencia a enorme quantidade de dados resultantes da pesquisa de descoberta na APS.
Esta pesquisa utilizou recursos do Advanced Photon Source, um US DOE Office of Science User Facility operado para o DOE Office of Science pelo Argonne National Laboratory sob o Contrato Nº DE-AC02-06CH11357.
O Laboratório Nacional de Argonne busca soluções para problemas nacionais urgentes em ciência e tecnologia. O primeiro laboratório nacional do país, o Argonne conduz pesquisas científicas básicas e aplicadas de ponta em praticamente todas as disciplinas científicas. Os pesquisadores da Argonne trabalham em estreita colaboração com pesquisadores de centenas de empresas, universidades e agências federais, estaduais e municipais para ajudá-los a resolver seus problemas específicos, promover a liderança científica dos Estados Unidos e preparar a nação para um futuro melhor. Com funcionários de mais de 60 países, a Argonne é administrada pela UChicago Argonne, LLC para o Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA .
O Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos Estados Unidos é o maior patrocinador da pesquisa básica em ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes do nosso tempo. Para mais informações, visite https://energy.gov/science .
