Enquanto enfermeiros e médicos lutam com uma onda recorde de casos Omicron, os biólogos evolucionistas estão envolvidos em uma luta própria: descobrir como essa variante dominante do mundo surgiu.
Quando a variante Omicron decolou no sul da África em novembro, os cientistas ficaram surpresos com sua composição genética. Enquanto as variantes anteriores diferiam da versão original de Wuhan do coronavírus por uma dúzia ou duas mutações, a Omicron tinha 53 – um salto surpreendentemente grande na evolução viral.
Em um estudar publicado online na semana passada, uma equipe internacional de cientistas aprofundou ainda mais o mistério. Eles descobriram que 13 dessas mutações raramente, ou nunca, foram encontradas em outros coronavírus, sugerindo que deveriam ter sido prejudiciais ao Omicron. Em vez disso, ao agir em conjunto, essas mutações parecem ser a chave para algumas das funções mais essenciais da Omicron.
Agora, os pesquisadores estão tentando descobrir como a Omicron desafiou as regras normais da evolução e usou essas mutações para se tornar um vetor de doenças tão bem-sucedido.
“Há um mistério aqui que alguém precisa descobrir”, disse Darren Martin, virologista da Universidade da Cidade do Cabo que trabalhou no novo estudo.
As mutações são uma parte regular da existência de um coronavírus. Toda vez que um vírus se replica dentro de uma célula, há uma pequena chance de que a célula crie uma cópia defeituosa de seus genes. Muitas dessas mutações tornariam os novos vírus defeituosos e incapazes de competir com outros vírus.
Mas uma mutação também pode melhorar um vírus. Isso pode fazer com que o vírus se agarre mais firmemente às células, por exemplo, ou faça com que ele se replique mais rapidamente. Os vírus que herdam uma mutação benéfica podem competir com outros.
Durante a maior parte de 2020, os cientistas descobriram que diferentes linhagens do coronavírus em todo o mundo gradualmente pegaram um punhado de mutações. O processo evolutivo foi lento e constante, até o final do ano.
Em dezembro de 2020, pesquisadores britânicos foram surpreendidos ao descobrir uma nova variante na Inglaterra carregando 23 mutações não encontradas no coronavírus original isolado em Wuhan um ano antes.
Essa variante, mais tarde chamada Alpha, logo se tornou dominante em todo o mundo. Ao longo de 2021, surgiram outras variantes de rápida disseminação. Enquanto alguns permaneceram limitados a determinados países ou continentes, a variante Delta, com 20 mutações distintas, derrubou Alpha e tornou-se dominante durante o verão.
E então veio o Omicron, com mais de duas vezes mais mutações. Assim que o Omicron veio à tona, Martin e seus colegas começaram a reconstruir a evolução radical da variante comparando suas 53 mutações com as de outros coronavírus. Algumas mutações foram compartilhadas por Omicron, Delta e outras variantes, sugerindo que elas surgiram várias vezes e que a seleção natural as favoreceu repetidamente.
Mas os cientistas encontraram um padrão muito diferente quando observaram a proteína “spike” que crava a superfície do Omicron e permite que ele se prenda às células.
O gene spike da Omicron tem 30 mutações. Os pesquisadores descobriram que 13 deles eram extraordinariamente raros em outros coronavírus – até mesmo seus primos virais distantes encontrados em morcegos. Alguns dos 13 nunca haviam sido vistos antes nos milhões de genomas de coronavírus que os cientistas sequenciaram ao longo da pandemia.
Se uma mutação fosse benéfica para o vírus, ou mesmo neutra, os cientistas esperariam que ela aparecesse com mais frequência nas amostras. Mas se for raro ou ausente, normalmente é um sinal de que é prejudicial ao vírus, impedindo-o de se multiplicar.
“Quando você vê esse padrão, está lhe dizendo algo muito alto e muito claro”, disse o Dr. Martin. “Qualquer coisa que sustente uma mudança nesses locais provavelmente estará com defeito e não sobreviverá por muito tempo e morrerá.”
E, no entanto, a Omicron estava desrespeitando essa lógica. “Omicron não estava exatamente morrendo”, disse o Dr. Martin. “Estava decolando como nada que já tínhamos visto antes.”
O que torna essas 13 mutações ainda mais intrigantes é que elas não são espalhadas aleatoriamente no pico da Omicron. Eles formam três aglomerados, cada um alterando uma pequena porção da proteína. E cada uma dessas três áreas desempenha um papel importante no que torna a Omicron única.
Dois dos aglomerados alteram o pico perto de sua ponta, tornando mais difícil para os anticorpos humanos aderirem ao vírus e mantê-lo fora das células. Como resultado, o Omicron é bom em infectar até mesmo pessoas que possuem anticorpos de vacinas ou uma infecção anterior por Covid.
O terceiro grupo de mutações altera o pico mais próximo de sua base. Essa região, conhecida como domínio de fusão, entra em ação assim que a ponta do pico se conecta a uma célula, permitindo que o vírus entregue seus genes dentro de seu novo hospedeiro.
Normalmente, os coronavírus usam o domínio de fusão para se fundir com a membrana de uma célula. Seus genes podem então flutuar para as profundezas da célula.
Mas o domínio de fusão da Omicron geralmente faz algo diferente. Em vez de se fundir com a membrana celular, o vírus inteiro é engolido por uma espécie de dreno celular, que se abre para formar uma bolha dentro da célula. Uma vez que o vírus é capturado dentro da bolha, ele pode se abrir e liberar seus genes.
Esse novo caminho para a infecção pode ajudar a explicar por que o Omicron é menos grave que o Delta. As células das vias aéreas superiores podem facilmente engolir o Omicron em bolhas. Mas no fundo dos pulmões, onde o Covid pode causar danos com risco de vida, os coronavírus precisam se fundir às células, o que a Omicron não faz bem.
Essas três regiões do pico parecem ter sido importantes para o sucesso da Omicron. Isso torna ainda mais intrigante que essas 13 mutações fossem tão raras antes do Omicron.
Dr. Martin e seus colegas suspeitam que o motivo seja a “epistasia”: um fenômeno evolutivo que pode fazer com que as mutações sejam prejudiciais por conta própria, mas benéficas quando combinadas.
A pandemia de coronavírus: principais coisas a saber
A Omicron pode ter aproveitado um lote de 13 mutações ruins ao evoluir sob condições incomuns. Uma possibilidade é que tenha surgido após um período prolongado dentro do corpo de uma pessoa com um sistema imunológico especialmente fraco, como um paciente com HIV. Pessoas com infecções crônicas por Covid podem se tornar laboratórios evolutivos, hospedando muitas gerações de coronavírus.
A evolução pode ocorrer de maneira muito diferente em tal hospedeiro do que seria pulando de uma pessoa saudável para outra a cada poucos dias ou semanas.
“Agora está preso neste indivíduo, então, de repente, está fazendo coisas que normalmente não faria”, disse Sergei Pond, biólogo evolucionário da Temple University e autor do novo estudo.
Como um hospedeiro imunocomprometido não produz muitos anticorpos, muitos vírus são deixados para se propagar. E novos vírus mutantes que resistem aos anticorpos podem se multiplicar.
Uma mutação que permite que um vírus evite anticorpos não é necessariamente vantajosa. Isso pode tornar a proteína de pico do vírus instável, de modo que não possa se prender rapidamente a uma célula, por exemplo. Mas dentro de alguém com um sistema imunológico fraco, os vírus podem ganhar uma nova mutação que estabiliza o pico novamente.
Mutações semelhantes poderiam ter se desenvolvido repetidamente na mesma pessoa, especula o Dr. Pond, até que a Omicron desenvolveu uma proteína spike com a combinação certa de mutações para permitir que ela se espalhasse extremamente bem entre pessoas saudáveis.
“Certamente parece plausível”, disse Sarah Otto, bióloga evolucionária da Universidade da Colúmbia Britânica que não esteve envolvida no estudo. Mas ela disse que os cientistas ainda precisam realizar experimentos para descartar explicações alternativas.
É possível, por exemplo, que as 13 mutações de pico não ofereçam nenhum benefício à Omicron. Em vez disso, algumas das outras mutações de pico podem estar tornando a Omicron bem-sucedida, e as 13 estão apenas para o passeio.
“Eu seria cauteloso ao interpretar os dados para indicar que todas essas mutações anteriormente deletérias foram favorecidas de forma adaptativa”, disse o Dr. Otto.
Dr. Pond também reconheceu que sua hipótese ainda tem algumas grandes lacunas. Por exemplo, não está claro por que, durante uma infecção crônica, a Omicron teria obtido uma vantagem de seu novo método de “bolha” para entrar nas células.
“Só nos falta imaginação”, disse o Dr. Pond.
James Lloyd-Smith, ecologista de doenças da UCLA que não esteve envolvido no estudo, disse que a pesquisa revelou o quão difícil é reconstruir a evolução de um vírus, mesmo um que surgiu recentemente. “A natureza certamente está fazendo sua parte para nos manter humildes”, disse ele.
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