Embolação Viral

Nesta imagem de criomicroscopia eletrônica, observam-se algumas cápsulas virais em processo de formação. Entender a linha de montagem viral pode nos dar controle sobre esse fenômeno. [foto da Fig. 6 do artigo em referência]

Gripe, AIDS, ebola, corona: por trás de toda grande epidemia existem as bolinhas minúsculas que conhecemos como vírus. Embora eles sejam bem-estudados, só agora estamos entendendo como se formam suas redondas blindagens virais.

Ele é o troço mais simples, mais elementar e mais minúsculo da biologia: o vírus não passa de uma capa de proteínas que funciona como um pote para seu material genético. São desprovidos de vida e movimento em ambiente externo, mas basta tocar praticamente qualquer criatura viva que o vírus age feito um nano-sequestrador e toma conta das células infectadas para criar cópias de si mesmo. De volta ao ambiente, essas cópias ficam flutuando por aí até toparem com alguma pessoa, ou planta ou bicho compatível e enfraquecido, reiniciando o ciclo viral.

Por mais que sejam simples, vírus fazem grandes estragos. Toda grande epidemia do último século teve origem viral: a Gripe Espanhola, a Febre do Nilo, a AIDS, o Ebola, a Dengue nossa de cada verão e, agora, a infecção respiratória causada pelo COVID-19, o infame coronavírus. Faz tempo, portanto, que sabemos o que são vírus e como seu ciclo de vida (considerando que sejam mesmo vivos) funciona. Entretanto, há muitos detalhes a esclarecer, tanto de vírus em particular como da estrutura viral genérica. Por exemplo, como se formam as cápsidas?

Também conhecidas como cápsulas virais, as cápsides são as capas, as carapaças feitas de proteína que abrigam o material genético do vírus, seja ele composto por DNA ou RNA. Cápsidas existem em diversas formas geométricas, como cilindros e cones, mas a estrutura mais comum é icosaédrica, um formato parecido com uma bola de futebol.

A formação dessas bolinhas de futebol infecciosas é pouco conhecida por dois motivos: 1) as peças que a compõem são moléculas, medidas em escala nanométrica — e um nanômetro é um bilhão de vezes menor que um metro. 2) a montagem dessas peças pequenininhas acontece rapidíssimo, em intervalos que se medem em milissegundos — isto é, mil vezes mais depressa que um segundo. Nessa escala, mesmo com nossos melhores microscópios, tudo nos parece pequeno demais e apressado demais para entendermos. Em termos de proporção, é como se um cientista que pisca num microscópio deixasse de ver a formação não só de um indivíduo viral, mas de gerações de vírus.

Entender o passo-a-passo da formação viral poderia nos ajudar a derrotar infecções causadas por esses agentes microscópicos além de nos levar a inovações nanotecnológicas. Por isso, o mistério da construção dos vírus vem sendo desvendado pouco a pouco, em lugares como o laboratório do físico Roya Zandi, na Universidade da Califórnia em Riverside (EUA).

Existem duas vias de formação de uma cápsula viral, uma mais passo-a-passo, com fraca interação entre genoma e proteína e outra acelerada, com uma interação forte. [da figura de abertura do artigo em referência]

Como explica Zandi em comunicado ao Phys.org, uma cápsula viral é altamente simétrica. Basta que uma peça pentagonal, por exemplo, fique desalinhada para que a simetria inteira se quebre. Assim, a construção de cápsulas é uma tarefa delicada e que exige boa dose de energia para dar certo. Mas que energia e delicadeza são necessárias?

Para responder essa pergunta, a equipe de Zandi — que apesar dessa pesquisa é professor do Departamento de Física e Astronomia da universidade californiana — investigou a relação entre a concentração de proteína e a energia elástica no processo de formação de vírus. Durante a pesquisa, os cientistas realizaram simulações computacionais para entender como se juntam os trímeros, subestruturas triangulares. Além disso, foram realizadas observações com auxílio de criomicroscopia eletrônica (i.e., com um microscópio superpoderoso e refrigerado) e com SAXS (uma técnica de espalhamento de raios-X a baixos ângulos).

Aqui, o que podemos chamar de simulavírus: uma simulação computacional com as etapas intermediárias de formação de uma cápsula viral. Note como os trímeros, representados por triângulos vermelhos em (a) vão se organizando e encaixando para criar polígonos mais complexos.  [da Fig. 7 do artigo em referência]

Para Zandi, as simulações e observações microscópicas parecem indicar que há certa tentativa e erro na montagem viral: “nosso estudo mostra que se uma casca bagunçada se forma por causa da alta concentração de proteína ou da interação forte [entre elas], o custo da energia elástica se torna tão alto que várias ligações quebram”. O resultado é parecido com a formação de um quebra-cabeça: tudo começa com um desarranjo que vai se transformando em uma estrutura simétrica conforme aprendemos a encaixar as peças.

Essa descoberta foi publicada na artigo na ACS Nano, assinado por Sahaz Pahandeh e outros colaboradores. Para Zandi, seria possível controlar essas variáveis durante a formação das cápsulas, permitindo ou não a estabilidade da estrutura viral. Seria como se pudéssemos retirar algumas peças do quebra-cabeça viral ou bloquear seus encaixes. Uma aplicação óbvia seria a sabotagem desse processo de montagem: com mais ou menos proteína, embolando mais ou menos a coisa, poderíamos impedir a criação de uma cápsida — e sem cápsida, não temos vírus. O coronavírus e seus parentes que se cuidem!

Só que — parafraseando Nelson Rodrigues — nem toda cápsida será castigada. Pesquisas biotecnológicas já estão explorando a possibilidade de usar vírus como meio de transporte para levar drogas ou genes para dentro de áreas bem específicas, permitindo, por exemplo, um tratamento oncológico de alta precisão. Nesse caso, a pesquisa serve ao objetivo oposto e nos ajudaria a entender mais rapidamente como juntar as peças que compõem uma cápsula viral. Pelo visto, brincar de quebra-cabeça em pequena escala faz bem à saúde.

Referência

Sanaz Panahandeh et al. How a Virus Circumvents Energy Barriers to Form Symmetric Shells [Como um vírus contorna as barreiras de energia para formar capas simétricas], ACS Nano (2020). DOI: 10.1021/acsnano.9b08354