Um Caso Para a Compreensão Evolucionista - A Compreensão Do HIV

PARTE I INTRODUÇÃO

D

Os bonobos são, juntamente com os chimpanzés comuns, nossos parentes existentes mais próximos. Aqui, uma fêmea faz alongamento.

e onde vieram os organismos que habitam a Terra? Terra? Por que existem tantos tipos diferentes? Como vieram a ser aparentemente tão bem planejados? Essas são as indagações fundamentais da biologia evolutiva. As respostas são encontradas no padrão e no mecanismo da evolução. O padrão é a descendência com modificações dos ancestrais comuns. O mecanismo primário é a seleção natural. Nosso primeiro objetivo na Parte I (Capítulos 1-4) é apresentar o padrão e o processo da evolução. No Capítulo 1, exploramos um exemplo, a evolução do HIV. No Capítulo 2, examinamos o padrão da evolução e a evidência de ancestralidade comum. No Capítulo 3, focalizamos o mecanismo da evolução. A seleção natural é o princípio organizador da biologia evolutiva; sua simplicidade insere-se entre os encantos do assunto. No entanto, a seleção natural é amplamente mal interpretada. Sua compreensão compreensão exige que nos afastemos de expressões como “sobrevivência do mais apto”. No Capítulo 4, abrangemos os métodos para reconstrução da história evoluti evolutiva. va. Nosso segundo objetivo é expor os métodos experimentais e analíticos usados pelos biólogos que estudam a evolução. Esses métodos constituem um tema destacado do pr incípio ao fim do texto. São enfatizados para ajudar os leitores a fazer perguntas, planejar experimentos, analisar dados e revisar criticamente os artigos científicos. Os exemplos detalhados que apresentamos esclarecem os conceitos gerais da biologia evolutiva e também fornecem insight  do  do modo como com o entendemos o que conhecemos. ■

1 Um caso para o pensamento evolucio ev olucionista: nista: a compreensão compreensão do HIV

P Prostitutas na zona do meretrício de Songachi, em Calcutá, Índia, aprendem com uma profissional da área da saúde os benefícios de usar preservativos. Em Songachi, uma campanha agressiva para educar as profissionais do sexo, cafetinas e proxenetas a distribuir preservativos e estimular seu uso manteve a prevalência de HIV, entre as prostitutas, abaixo de 12%. Em outras regiões de meretrício, a prevalência do HIV elevou-se a mais de 50% (Cohen, 2004).

or que estudar evolução? Apesar de quase não o mencionar em sua obra Sobre a Ori gem das Espécies (1859), um dos motivos motivos de Charles Darwin era que a compreensão da evolução pode ajudar nosso autoconhecimento. Darwin escreveu: “A luz será lançada sobre a origem do homem e sua história”. Para Theodosius Dobzhansky (1973), um arquiteto da visão moderna da evolução que apresentamos neste texto, a recompensa era que a biologia biolog ia evolutiva evolutiva é a base conceitual que sustenta todas as ciências biológicas. biológ icas. “Na biologia, nada faz sentido”, declarava ele, “exceto à luz da evolução”. Para alguns leitores, no entanto, talvez o incentivo seja o de que uma disciplina de evolução é requisito para a integralização do seu curso. Neste ponto, sugerimos ainda outra razão para estudar evolução: os instrumentos e as técnicas de biologia evoluti evolutiva va oferecem compreensão crucial das questões de vida e morte. mor te. Para justificar essa afirmativa, afir mativa, analisamos a evolução do vírus vír us da imunodeficiência humana (HIV), que causa a síndrome da imunodeficiência humana adquirida (AIDS). ( AIDS). Um olhar minucioso sobre esse importante problema contemporâneo apresentará o objetivo da análise evolutiva. Irá exemplificar os tipos de indagações que os biólogos da evolução fazem, mostrar como uma perspectiva evolucionista pode informar as pesquisas de todas as ciências biológicas e introduzir conceitos que exploraremos detalhadamente em outra parte par te deste livro.

1 Um caso para o pensamento evolucio ev olucionista: nista: a compreensão compreensão do HIV

P Prostitutas na zona do meretrício de Songachi, em Calcutá, Índia, aprendem com uma profissional da área da saúde os benefícios de usar preservativos. Em Songachi, uma campanha agressiva para educar as profissionais do sexo, cafetinas e proxenetas a distribuir preservativos e estimular seu uso manteve a prevalência de HIV, entre as prostitutas, abaixo de 12%. Em outras regiões de meretrício, a prevalência do HIV elevou-se a mais de 50% (Cohen, 2004).

or que estudar evolução? Apesar de quase não o mencionar em sua obra Sobre a Ori gem das Espécies (1859), um dos motivos motivos de Charles Darwin era que a compreensão da evolução pode ajudar nosso autoconhecimento. Darwin escreveu: “A luz será lançada sobre a origem do homem e sua história”. Para Theodosius Dobzhansky (1973), um arquiteto da visão moderna da evolução que apresentamos neste texto, a recompensa era que a biologia biolog ia evolutiva evolutiva é a base conceitual que sustenta todas as ciências biológicas. biológ icas. “Na biologia, nada faz sentido”, declarava ele, “exceto à luz da evolução”. Para alguns leitores, no entanto, talvez o incentivo seja o de que uma disciplina de evolução é requisito para a integralização do seu curso. Neste ponto, sugerimos ainda outra razão para estudar evolução: os instrumentos e as técnicas de biologia evoluti evolutiva va oferecem compreensão crucial das questões de vida e morte. mor te. Para justificar essa afirmativa, afir mativa, analisamos a evolução do vírus vír us da imunodeficiência humana (HIV), que causa a síndrome da imunodeficiência humana adquirida (AIDS). ( AIDS). Um olhar minucioso sobre esse importante problema contemporâneo apresentará o objetivo da análise evolutiva. Irá exemplificar os tipos de indagações que os biólogos da evolução fazem, mostrar como uma perspectiva evolucionista pode informar as pesquisas de todas as ciências biológicas e introduzir conceitos que exploraremos detalhadamente em outra parte par te deste livro.

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Scott Freeman & Jon C. Herron

O HIV constitui um estudo de caso obrigatório, porque origina questões capazes de influenciar a vida pessoal e profissional de todos os leitores. Esse vírus exemplifica aspectos urgentes de saúde pública: é um vírus vír us emergente, que rapidamente desenvolve desenvolve resistência a drogas e é mortal. A AIDS já se qualifica como uma das epidemias mais devastad devastadoras oras que a nossa espécie sofreu. As questões com que nos defrontamos são as seguintes: •

• •

•

Como um estudo de caso, o HIV demonstrará como os biólogos evolucionistas estudam a adaptação e a diversidade.

Por que o tratamento precoce da AIDS, como o que utiliza a droga azidotimidina (AZT), parece promissor quando é usado pela primeira vez, mas se mostra ineficaz com o decorrer do tempo? Por que o HIV mata as pessoas? Por que algumas pessoas são resistentes à infecção, ou, tão logo infectadas, progridem para a doença? De onde se origina o HIV?

Algumas dessas perguntas aparentemente não teriam relação com a biologia evolutiva. No entanto, essa é a ciência dedicada a compreender dois aspectos: (1) como as populações mudam, ao longo do tempo, segundo as modificações do seu ambiente, e (2) como as novas espécies vêm a existir. Mais formalmente, for malmente, os biólogos evolucionistas estudam a adaptação e a diversidade diversidade.. São esses, exatamente, exatamente, os assuntos focalizados pelas nossas perguntas sobre o HIV e a AIDS. Antes de considerá-las, entretanto, entretanto, precisamos precisamos aprofundar um pouco po uco os conhecimentos de biologia básica.

1.1 A história natural da epidemia de HIV/AIDS

A AIDS está entre as piores epidemias da história humana.

A pior epidemia da história humana, a julgar pelo número de mortes, foi, provavelmente, a de influenza, em 1918, que assolou o mundo em questão de meses, matando 50 a 100 milhões de pessoas (Johnson e Mueller, 2002). A segunda pior foi, provavelmente, a Peste Negra, causada por um patógeno extremamente virulento, cuja identidade permanece controversa (ver Raoult et al .,., 2000; Gilbert et al., 2004; Christakos e Olea, 2005; Duncan e Scott, 2005). Devastou a Europa de 1347 a 1352, eliminando 30 a 50% da população – aproximadamente apro ximadamente 25 milhões m ilhões de vidas (Derr, (Der r, 2001). Surtos mais localizados, ao longo dos 300 anos seguintes, mataram mais alguns milhões. m ilhões. Também merece menção a epidemia de varíola do Novo Mundo, desencadeada em torno tor no de 1520 pelos conquistadores co nquistadores europeus. Sua mortalidade é mais difícil de calcular, c alcular, mas durante as décadas subseqüentes dizimou as populações americanas nativas ao longo dos dois continentes (Roberts, 1989; Snow, 1995; Patterson e Runge, 2002). A epidemia de AIDS, reconhecida em primeiro lugar pelos médicos em 1981, ganhou rapidamente um lugar entre essa companhia implacável (UNAIDS, 2005). Até o momento, o HIV infectou mais de 65 milhões de pessoas. Dessas, 25 milhões já morreram das infecções oportunistas opor tunistas que caracterizam a AIDS. AIDS. Entre Entre as restantes, muitas estão gravemente doentes, e numerosas, ainda, estão estão disseminando a doença. O Programa Conjunto das Nações Unidas sobre HIV/AIDS estimou que, em 2020, a epidemia da AIDS terá dizimado um total de apro aproximadamente ximadamente 90 milhões de vidas (UNAIDS, 2002a). A Figura 1.1 apresenta um resumo do padrão mundial da epidemia da AIDS. No mapa da Figura 1.1a, as regiões são coloridas color idas diferentemente para mostrar a prevalência da infecção do HIV entre os adultos, indicando-se também o número total de adultos e crianças infectados pelo HIV e a proporção sexual entre os adultos infectados. Os histogramas da Figura 1.1b documentam o crescimento da epidemia ao longo do tempo, em diferentes partes do mundo. Diariamente, cerca de 13.400 pessoas são infectadas, pela primeira vez, pelo HIV, e 8.500 morrem de AIDS (UNAIDS, 2005). De acordo com a Organização Mundial

Análise Evolutiva

5

(a) 1,6 milhão 28% F; 72% M

1,2 milhão

720.000

25% F; 75% M

27% F; 73% M

870.000

510,000 47% F; 53% M

300.000

Prevalência em adultos (% de infectados) 7,2 % 1,6 %

26% F; 74% M

57% F; 43% M

32% F; 68% M

0,26 a 0,50% 0 a 0,25%

30

25,8 milhões

1,8 milhão

0,51 a 0,75%

   )   s   s   e   o   õ    t    h    l    l   u   i    d   m   a   e   m   e    d   (   o   r   s   o   e   d   m  a    ú   t   c   e    N    f   n    i

7,4 milhões

50% F; 50% M

0,76 a 1%

(b)

Figura 1.1 A pandemia de HIV/AIDS. (a) Esse mapa mos-

18% F; 82% M

Número de adultos e crianças existentes com HIV Porcentagens de mulheres e homens adultos infectados

Américas

Europa

74.000

África

Ásia (Sul e Sudeste)

1982 1986 1990 19941998 2002

1982 1986 1990 19941998 2002

20 10 0 19821986 199019941998 2002

1982 1986 1990 19941998 2002

 tra a distribuição geográfica das infecções do HIV. Cada região é colorida diferentemente, indicando a prevalência da infecção entre os adultos. Além disso, as regiões estão assinaladas pelo número total de indivíduos existentes com o HIV e a proporção sexual entre os adultos infectados. Mais de três quintos da população infectada pelo HIV vivem na África Subsaariana; outro quinto vive no sul e no sudeste da Ásia. Dados de UNAIDS (2005). (b) Esses histogramas ilustram o crescimento no número de adultos existentes com HIV, desde que a pandemia começou, no início da década de 1980. Redesenhado de WHO (2004). F = sexo feminino; M = sexo masculino.

da Saúde, a AIDS agora é responsável por cerca de 4,9% de todas as mortes mundiais (WHO, 2004). A AIDS causa uma fração menor de mortes do que o câncer (12,5%), infartos do miocárdio (12,6%), derrames (9,7%) e infecções das vias respiratórias inferiores (6,8%) – causas comuns de óbito entre os idosos, mas provoca mais mortes do que a tuberculose (2,7%), malária (2,2%), acidentes automobilísticos (2,1%), homicídios 70 (1%) e guerras (0,3%). 60 Essa epidemia causou sua maior devastação, sem dúvida, na região Subsaariana da África   s50 (ver Piot et al., 2001), onde a prevalência média do HIV entre adultos é de 7,2% (UNAI  o   n DS, 2005). O foco pior é a Suazilândia, com uma prevalência de 38,8% em adultos, se40 guindo-se Botsuana (37,3%), Lesoto (28,9%) e Zimbábue (24,6%) (UNAIDS, 2004). No 30 Lesoto, um indivíduo que completou 15 anos em 2000 tem a probabilidade de 74% de 1980- 1985- 1990- 1995- 2000- 2005 1985  1990  1995  2000  2005  2010 contrair HIV aos 50 anos (UNAIDS, 2002a). Na Botsuana, a epidemia da AIDS diminuiu Período a expectativa média de vida dos 65 anos para os 40, sendo esperado que se reduza ainda mais (Figura 1.2). Figura 1.2 Expectativa de vida Nos países industrializados da América do Norte e da Europa Ocidental, as estimativas na Botsuana. Esse gráfico mostra totais de infecção são muito inferiores às da África Subsaariana (UNAIDS, 2004, 2005). a expectativa de vida estimada ao Na Europa Ocidental, a prevalência da infecção por HIV em adultos é de apenas 0,3%. No nascimento, para indivíduos nasciCanadá, a prevalência em adultos é também de 0,3%, sendo de 0,6% nos Estados Unidos. dos entre 1980 e 2000, e a expec tativa de vida projetada para indivíPara certos grupos de risco, no entanto, as taxas de infecção rivalizam com as das regiões duos nascidos entre 2000 e 2010. africanas mais devastadas. Entre os homens homossexuais, a taxa de infecção é de 18% na O declínio após 1990 é devido à cidade de Nova York, 19% em Los Angeles, 24% em San Francisco e 40% em Baltimore epidemia da AIDS. Redesenhado da (CDC, 2005). Entre os usuários de drogas injetáveis, a taxa de infecção é de 18% em Chi- Figura 12, em UNAIDS (2004). cago e em torno de 25% na cidade de Nova York (Piot et al., 2001). O HIV estabelece uma nova infecção quando um líquido corporal abrigando o vírus, geralmente sangue ou sêmen, transporta-o de uma pessoa infectada diretamente para uma membrana mucosa ou para a corrente sangüínea de uma pessoa não-infectada. O vírus pode ser transmitido durante a relação heterossexual, homossexual ou oral, bem como por agulhas contaminadas, transfusão com produtos sangüíneos contaminados, parto e lactação. O vírus dissemina-se por diferentes rotas em diversas regiões. Na África Subsaariana

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Scott Freeman & Jon C. Herron

Uma infecção do HIV pode ser adquirida somente de alguém que  já a tenha.

Prevenção de HIV/ AIDS bem-sucedida. Estes gráficos registram o sucesso dos programas de prevenção do HIV na (a) Tailândia e (b) Costa do Marfim. À medida que o uso de preservativos aumentou, a incidência da infecção do HIV diminuiu. Desenhado a par tir de dados de Nelson et al. (2002) e Ghys et al. (2002). Figura 1.3

Taxas de novo diagnóstico de HIV e outras doenças sexualmente transmissíveis, entre homens que têm relações sexuais com outros homens, em Londres. Este gráfico documenta os recentes aumentos na incidência de gonorréia e sífilis, bem como um aumento na taxa de novos diagnósticos de HIV, entre homens que têm relações sexuais com outros homens, em Londres. Fonte: Macdonald et al. (2004). Figura 1.4

e na Índia, a relação heterossexual foi o primeiro modo de transmissão (Piot et al., 2001; Schmid et al., 2004; Lopman et al., 2005 – mas veja também Gisselquist et al., 2002, 2004; Brody e Potterat, 2005). Na China, o vírus disseminou-se inicialmente entre os usuários de drogas injetáveis, depois entre os doadores de sangue cujo plasma era coletado de maneira insegura e finalmente entre os parceiros de sexo heterossexual (Kaufman e Jing, 2002). Nos Estados Unidos e na Europa Ocidental, a relação homossexual e a contaminação de agulhas entre os usuários de drogas injetáveis foram as vias de transmissão mais comuns, embora a relação heterossexual venha desempenhando um papel crescente nessa transmissão (UNAIDS, 2005). Os programas para deter a disseminação do HIV alcançaram sucesso (Figura 1.3). Depois que a epidemia de AIDS chegou à Tailândia, no fim da década de 1980, e começou a acelerar no início da década seguinte, o Ministério da Saúde lançou uma campanha para incentivar os jovens a reduzir as práticas sexuais de r isco e usar preservativos (Nelson et al., 2002). Em menos de 10 anos, a incidência da infecção do HIV entre os recrutas militares caiu de mais de 11% a menos de 3%, concomitantemente com um aumento no uso de preservativos durante as visitas às prostitutas (e uma diminuição na freqüência dessas visitas). Um programa de educação para o sexo saudável, específico para as prostitutas, na Costa do Marfim, contribuiu para uma queda dramática semelhante nas taxas de infecção do HIV, mais uma vez coincidente com o aumento no uso de preservativos (Ghys et al ., 2002). (a) Recr utas da Tailândia    )100    %    (   s   o 90   v    i    t   a 80   v   r   e   s 70   e   r   p   e 60    d 91   o   s    U

(b) Prostitutas da Costa do Mar�m 15 12 9 6 3

92 93 94 95 96 97 98 Ano

0

H I    V   p  o  s  i    t   i    v   o  (    %  )  

   ) 80    %    (   s   o   v 60    i    t   a   v   r   e   s 40   e   r   p   e 20    d   o   s    U

90 70 50

92 93 94 95 96 97 98 Ano

30

H I    V   p  o  s  i    t   i    v   o  (    %  )  

No entanto, não há espaço para a complacência. O gráfico da Figura 1.4 mostra que, em torno do ano 2000, a taxa de novas infecções do HIV começou a aumentar, paralelamente às taxas de infecção de outras doenças transmissíveis sexualmente, entre os homens que mantinham relações sexuais com outros homens, em Londres. O mesmo fato está acontecendo em San Francisco e outros locais (Kellogg, McFarland e Katz, 1999; Hamers e Downs, 2004; Giuliani et al ., 2005). Parece que a introdução de terapias com drogas de eficácia de longo prazo, que para alguns indivíduos transformou o HIV em uma doença crônica manejável, pelo menos temporariamente, também pode ter estimulado um aumento do comportamento sexual de risco (Kats et al., 2002; Chen et al., 2002; Crepaz, Hart e Marks, 2004). Uma causa adicional para preocupação é o abuso cada vez mais disseminado de metanfetamina, que está associado ao comportamento de risco e à maior probabilidade de contrair o HIV (Buchacz et al., 2005). 2.500 2.000 Taxa por 100.000 homens que  têm relações sexuais com homens

Gonorréia

1.500 Novo diagnóstico de HIV

1.000 500

Sí�lis

0 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Ano

Análise Evolutiva

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O que é o HIV? Como todos os vírus, o HIV é um parasita intracelular que não consegue se reproduzir por sua própria conta. O HIV invade tipos específicos de células do sistema imune humano e utiliza a energia e o maquinário enzimático dessas células para se autoduplicar, matando, nesse processo, as células hospedeiras. A Figura 1.5 resume, com algum detalhe, o ciclo vital do HIV, que compreende uma fase extracelular e uma intracelular. Durante a fase extracelular, ou infecciosa, o vírus passa de uma célula hospedeira para outra, podendo ser transmitido de um organismo hospedeiro para outro. A forma extracelular de um vírus é chamada vírion ou partícula viral. Durante a fase intracelular, ou parasítica, o vírus se duplica. O HIV inicia sua fase de duplicação prendendo-se a duas proteínas da superfície de uma célula hospedeira. Após aderir primeiramente à CD4, encontrada na superfície de certas células do sistema imune, o HIV fixa-se à segunda proteína, denominada co-receptora, que fusiona o envelope do vírion com a membrana celular da hospedeira e extravasa o conteúdo do vírion no interior da célula. Esse conteúdo inclui o genoma viral diplóide (duas cópias de uma molécula de RNA de fita simples) e três proteínas: transcriptase reversa, que transcreve o genoma de RNA do vírus em DNA; a integrase, que encadeia o genoma de DNA no genoma da célula hospedeira, e a protease, que desempenha um papel na produção de novas proteínas virais. Vírion do HIV Transcriptase reversa

Os vírions do HIV penetram nas células hospedeiras por meio de ligação às proteínas de sua superfície e, a seguir, usam o próprio maquinário dessas células para produzir novos vírions.

Genoma de RNA (duas cópias) gp120 (proteína de superfície) gp 41 (proteína de ancoragem para gp120)

Integrase

1

1) Forma extracelular do HIV, conhecida como vírion, encontra uma célula hospedeira

Protease 2

2) Proteína gp120 do HIV liga-se à CD4 e à co-receptora da célula hospedeira 3

Co-receptora CD4

O HIV é um parasita que devasta as células do sistema imune humano.

RNA do HIV

Proteína do HIV

3) Genoma de RNA do HIV, transcriptase reversa, integrase e protease entram na célula hospedeira 4) Transcriptase reversa sintetiza o DNA do HIV, a partir do molde de RNA do HIV

4

DNA do HIV 5

DNA da célula hospedeira

DNA do HIV 6

mRNA do HIV 7

Núcleo da célula hospedeira

8 9

Célula hospedeira

10

5) Integrase encadeia o DNA do HIV com o genoma do hospedeiro 6) DNA do HIV é transcrito em mRNA (RNA mensageiro) do HIV, pela RNA-polimerase da célula hospedeira 7) mRNA do HIV é tr aduzido em proteínas precursoras do HIV, pelos ribossomos da célula hospedeira 8) Protease cliva as precursoras em proteínas virais maduras 9) Nova geração de vírions se agrupa no interior da célula hospedeira 10) Novos vírions brotam da membrana da célula hospedeira

O ciclo vital do HIV. Um vírion de HIV (1) invade uma célula hospedeira mediante ligação a duas proteínas da superfície celular (2), possibilitando que o vírion extravase seu conteúdo no interior da célula (3). No interior da célula hospedeira, a transcriptase reversa do HIV faz uma cópia de DNA do genoma viral (4). A integrase do HIV insere essa cópia de DNA no genoma da célula hospedeira (5). A RNA-polimerase da célula hospedeira transcreve o genoma viral em mRNA (6), e os ribossomos da célula hospedeira traduzem o mRNA viral em proteínas precursoras (7). A protease do HIV cliva as precursoras, produzindo proteínas virais maduras (8). Novos vírions agrupam-se no citoplasma da célula hospedeira (9) e depois brotam da membrana da célula hospedeira (10). Figura 1.5

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Scott Freeman & Jon C. Herron

Observe que no HIV, assim como em outros retrovírus, o fluxo da informação genética é diferente do que ocorre em células e vírus com genomas de DNA. Nos retrovírus, a informação genética não segue a direção conhecida do DNA para o mRNA e desse para as proteínas. Ao contrário, a informação origina-se do RNA para o DNA, depois para o mRNA e desse para as proteínas. Foi essa primeira etapa, caracterizando um fluxo invertido da informação, que inspirou o prefixo retro, no retrovírus, e o termo reversa, na transcriptase reversa. Depois que o genoma do HIV foi inserido nos cromossomos da célula hospedeira, a RNA-polimerase dessa célula transcreve o genoma viral em mRNA, e os seus ribossomos sintetizam as proteínas virais. Os novos vírions agrupam-se no citoplasma da célula hospedeira, brotam da membrana celular e ingressam na corrente sangüínea, onde podem encontrar outra célula do mesmo hospedeiro para infectar ou ser transmitidos a um novo hospedeiro. Um aspecto notável do ciclo vital do HIV é que o vírus usa o maquinário enzimático da célula hospedeira – as polimerases, os ribossomos e os RNAs transportadores (tRNAs)  – em quase todas as etapas. Por isso, o HIV e as doenças virais em geral são tão difíceis de tratar. É praticamente certo que as drogas que interrompem o ciclo vital do vírus também interferem nas funções enzimáticas da célula hospedeira, causando, portanto, efeitos colaterais debilitantes.

Como o HIV causa a AIDS? Apesar de um quarto de século de pesquisas intensas, o mecanismo pelo qual a infecção do HIV conduz à deficiência imune ainda não está completamente compreendido (Brenchley et al., 2006; Grossman et al ., 2006). A versão resumida é esta: o HIV parasita as células do sistema imune, especificamente as células T auxiliares. Após uma longa batalha contra o vírus, o suprimento de células T auxiliares do sistema imune é fortemente reduzido. Uma vez que as células T auxiliares desempenham um papel crítico na resposta aos patógenos invasores (Figura 1.6), o hospedeiro torna-se vulnerável a diferentes infecções secundárias. Como o sistema imune luta contra uma infecção viral. As células dendríticas (em preto) captam o vírus e apresentam fragmentos de suas proteínas às células T auxiliares virgens*. Tão logo ativada por um fragmento da proteína viral que se adapta ao seu receptor de célula T, essa célula T auxiliar divide-se, produzindo células de memória (em laranja) e células efetoras (em branco). As células T auxiliares de memória não participam da presente batalha, mas permanecem prontas a desencadear uma reação rápida quando o mesmo vírus invadir novamente o organismo. As células T auxiliares efetoras juntamse à luta presente. Em parte, pela liberação de moléculas de sinalização denominadas quimocinas, estimulam as células B a amadurecerem em plasmócitos, que produzem os anticorpos que se ligam ao vírus. De outra parte, também estimulam os macrófagos a ingerir as células infectadas e ajudar a ativar as células T citotóxicas virgens. Essas células, quando ativadas, dividem-se e produzem células de memória e células efetoras. As células T ci totóxicas efetoras identificam e matam as células infectadas pelo vírus invasor. A resposta imune é mantida sob o controle de células T reguladoras. Os dísticos em laranja identificam proteínas de superfície celular, das quais algumas são utilizadas pelo HIV para ingressar nas células. Modificado de NIAID (2003). Figura 1.6

*

Células T auxiliares de memória Célula dendrítica Vírus

Célula T auxiliar virgem

CD4 CCR5

Anticorpos

Plasmócitos Célula B

CD4 CCR5

CD4 CXCR4

(+)

(-) Célula T reguladora

Receptor de célula T

 

Células T auxiliares CD4 CCR5 efetoras  

CD4 CCR5

Linfocinas

Macrófago

(+) (+)

CD4 CCR5 CD8

CD4 CCR5

Célula T (-) citotóxica virgem Células T CD4   CCR5 citotóxicas efetoras

Célula infectada CD8

Células T citotóxicas de memória CD8

N. de T. As células T auxiliares virgens são células T auxiliares maduras que saíram do timo, mas ainda não encontraram seu antígeno específico (em inglês, naive helper T cells). Fonte: Parham, P. O sistema imune . Porto Alegre: Artmed, 2001, p. G:4.

Análise Evolutiva

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As evidências da complexidade secreta que se oculta atrás dessa versão resumida provêm de um estudo de Guido Silvestri e colaboradores (2005). Esses pesquisadores usaram o SIVsm como um modelo para o HIV. O SIVsm (de simian immunodeficiency virus in sooty mangabey ) é um vírus da imunodeficiência simiana, relacionado ao HIV, mas infecta macacos. O hospedeiro natural do SIVsm, o mangabei fuliginoso*, tolera a infecção do SIVsm sem ficar doente. Os macacos resos** infectados com SIVsm, entretanto, desenvolvem tipicamente a AIDS. Silvestri e colaboradores infectaram três mangabeis fuliginosos e três macacos resos com SIVsm de mesma origem e depois monitoraram a luta entre o vírus e os sistemas imunes dos hospedeiros. O vírus experimentou altos níveis de replicação nos seis hospedeiros. Dois macacos resos mostraram ativação imune cronicamente alta, evidenciada pela proliferação abundante de células T, mas nenhum dos mangabeis fuliginosos apresentou tal ativação. Paradoxalmente, foram esses macacos resos – os únicos cujos sistemas imunes responderam mais agressivamente à infecção – que desenvolveram AIDS. Parece que a própria resposta imune do hospedeiro contribui para o desenvolvimento da imunodeficiência. Em harmonia com essa conclusão, Paolo Rizzardi e colaboradores (2002) descobriram, em um pequeno acompanhamento clínico, que pacientes humanos com HIV, tratados com drogas anti-retrovirais e ciclosporina imunossupressora, mantinham contagens de células T auxiliares superiores às de pacientes-controle tratados apenas com drogas anti-retrovirais. A fim de decifrar esses resultados, precisamos examinar o ciclo vital das células T. Essas células originam-se de células-tronco da medula óssea (Figura 1.7a), que geram precursoras que maturam em células T virgens, no timo. As células T virgens são ativadas nos linfonodos. Uma célula T ativada sofre um surto proliferativo, produzindo células T efetoras e de memória, que circulam no sangue e penetram nos tecidos. Grande parte das células de memória do organismo reside no tecido linfóide associado às membranas mucosas que revestem o nariz, a boca, os pulmões e especialmente o intestino. As células T virgens e as células T de memória têm vida longa (Figura 1.7b), enquanto as células T efetoras, que participam ativamente da luta contra os invasores, são de vida curta (Moulton e Farber, 2006). Além disso, qualquer linhagem dada de células T tem uma capacidade finita de replicação – capacidade que é reduzida a cada divisão celular. Isso significa que cada surto de replicação dentro de uma linhagem de células T aproxima-a da exaus(a) As células-tronco hematopoiéticas da medula óssea geram precursoras...

... que se deslocam para o  timo, onde são maturadas em células T virgens

(b) Resposta imune primária

As células T virgens são ativadas nos linfonodos.

As células T efetoras e de memória circulam no sangue e em vários tecidos corporais, especialmente nos tecidos linfóides associados ao intestino e outras mucosas.

Resposta imune secundária

Células T efetoras

Células T de memória

Células T virgens

Timo

O ciclo vital das células T. (a) As células T origiAs células T de memória podem nam-se de células-tronco da medula óssea, maturam no timo e são ativadas nos linfonodos. (b) As células T virgens e de memória têm ser ativadas em qualquer local onde encontrem seus antígenos. vida longa; as células T efetoras, vida curta. Uma dada linhagem de células T tem capacidade finita de replicação. Modificada de Grossman et al. (2002). * **

N. de T. Também denominado mangabey fuliginoso. N. de T. Também denominados macacos rhesus.

Figura 1.7

Scott Freeman & Jon C. Herron

10

Fase:

Aguda

   )   a   m   s 106   a    l   p   e    d    l 105    l   m   r   a   r   o    i   v   p   o   V    ã   I   ç   H   u 104    d   o    d   o   r    P   A    N    R 3   e 10    d   s   a    i   p    ó   c 102    (

+++

Crônica ++++

   ) 100   o    ã   ç    4   c   e    f    D   n 80    C   i     T   é   s   r   a   p    l   u   r    l   o 60    é   l   c   a   v   e   o    d   d   m  m 40   e   e   g   g   a   a    t   n   t   o   n   e 20    C  c   r   o   p    (

0

   )   o   m    i   x    á   e   m   n   r   o   u   l   m  a   v    i   o   o    ã   d   ç   a   m   v    i    t   e   g   a    A   t   n   e   c   r   o   p    (

++++

AIDS +++

++

+

Seletividade celular marcante

Circulantes no sangue

Limiar para o início da AIDS ~ 200 células por mm3 Em tecidos linfóides do intestino e de outras mucosas

100 80 60 40 20 +++ 0 ++++ 0 6 12 Semanas

Capacidade regenerativa do sistema imune +++ +++ ++ +

1

2

3

4

5 6 7 Anos

8

9 10 11

Tempo desde a infecção

Padrão geral da progressão de uma infecção de HIV não-tratada. Uma infecção de HIV não-tratada tem, tipicamente,  três fases: uma fase aguda, em que o hospedeiro mostra os sintomas gerais de uma infecção viral; uma fase crônica, em que o hospedeiro é amplamente assintomático, e uma fase de AIDS, em que o sistema imune do hospedeiro entra em colapso, deixando-o vulnerável a infecções oportunistas. A produção viral (gráfico superior) projetase durante a fase aguda, depois cai, quando o hospedeiro mobiliza uma resposta imune. No entanto, essa resposta não consegue deter a replicação viral e, durante o fim da fase crônica e na fase de AIDS, a produção viral eleva-se novamente. Na fase adiantada da infecção, freqüentemente a população viral desenvolve a capacidade de infectar uma maior variedade de células hospedeiras. As contagens de células T CD4 do paciente (gráfico central) diminuem durante a fase aguda, recuperando-se um pouco, posteriormente. Durante as fases crônica e de AIDS, essas contagens caem de novo. O sistema imune do hospedeiro permanece extremamente ativo (gráfico inferior) do princípio ao fim. Isso ajuda a combater o vírus, mas também fornece células em que o vírus se reproduz e, ao final, exaure a capacidade do sistema imune para se regenerar. Segundo Bartlett e Moore (1998), Brenchley et al. (2006), Grossman et al. (2006). Figura 1.8

tão. Como veremos em breve, esses padrões ajudam a explicar como a manutenção da ativação imune durante a infecção do HIV pode, em última análise, diminuir o suprimento de células T auxiliares do organismo e acarretar o colapso das defesas do hospedeiro. Uma infecção de HIV não-tratada mostra várias fases, nas quais a perda das células T auxiliares acontece em diferentes velocidades e parece ser dirigida por mecanismos diversos (Douek et al., 2003; Derdeyn e Silvestri, 2005; Brenchley et al., 2006; Grossman et al., 2006). Os gráficos da Figura 1.8 rastreiam a produção viral (superior), as contagens de células T auxiliares (ao centro) e o nível de ativação imune (inferior) em um hospedeiro típico, enquanto sua infecção progride ao longo das fases aguda, crônica e de AIDS terminal. Na fase aguda ou inicial, os vírions de HIV penetram no organismo do hospedeiro e começam a se replicar. Como foi mostrado na Figura 1.5 (página 7), o HIV ganha acesso a uma célula hospedeira primeiramente prendendo-se à proteína de superfície celular CD4, depois ligando-se a uma co-receptora. Voltando à Figura 1.6, observe que a presença de CD4 e outras proteínas de superfície celular, em várias células do sistema imune, está indicada em cor laranja. A co-receptora usada pela maioria das linhagens de HIV responsáveis por novas infecções é a CCR5. Assim, essas linhagens virais infectam células dendríticas, macrófagos, células T reguladoras e, especialmente, células T auxiliares efetoras e de memória. O HIV reproduz-se explosivamente, levando a concentração sangüínea de vírions a se elevar abruptamente. Ao mesmo tempo, as concentrações de células T CD4 caem rapidamente, em grande parte porque o HIV as mata, enquanto se replica. O golpe mais implacável incide sobre as células T auxiliares de memória, nos tecidos linfóides do intestino (Guadalupe et al., 2003; Brenchley et al., 2004; Mehandru et al., 2004). Uma vez que o intestino é extenso e vulnerável à penetração de patógenos, a perda dessas células T é um grave golpe às defesas corporais. A fase aguda termina quando a replicação viral se torna mais lenta e a concentração sangüínea de vírions diminui. Uma razão para isso talvez seja a de que o vírus simplesmente esgota a totalidade das células do hospedeiro que ele pode invadir facilmente. Entretanto, além disso, o sistema imune mobilizase contra a infecção, e as células T citotóxicas começam a se direcionar para as células do hospedeiro infectadas pelo HIV. Assim, as contagens de células T CD4 do hospedeiro recuperam-se um pouco. O HIV foi desacelerado, mas não suprimido. Quando começa a fase crônica, o sistema imune esforça-se para recuperarse de suas perdas iniciais, ao mesmo tempo em que continua a lutar contra o vírus. Do princípio ao fim da fase crônica, o sistema imune permanece muito ativo, por razões que ainda não são totalmente compreendidas. Em parte, essa ativação crônica é devida ao esforço contínuo para controlar a infecção do HIV. As causas adicionais podem incluir a estimulação pelas

Análise Evolutiva

proteínas codificadas pelo vírus, a destruição de células T reguladoras pelo vírus (OswaldRichter et al., 2004) e a necessidade de combater outros patógenos que se introduzem furtivamente, após o enfraquecimento das defesas do intestino. O estado cronicamente ativado do sistema imune reforça alguns aspectos da resposta do hospedeiro ao HIV. Todavia, produz também um suprimento constante de células T CD4 ativadas em que o vírus pode se reproduzir, bem como consome o suprimento de células T auxiliares virgens e de memór ia do hospedeiro, mediante estimulação para sua divisão e diferenciação em células efetoras de vida curta (Deeks e Walker, 2004; Garber et al., 2004). A substituição de células T auxiliares perdidas depende, em última análise, da produção de novas células T virgens pelo timo. No entanto, a produção tímica diminui com a idade e é prejudicada pela infecção do HIV, que, aliás, também danifica a medula óssea e os linfonodos. À medida que a luta antiviral avança, a capacidade do sistema imune para se regenerar constantemente se desgasta. A produção viral aumenta novamente, e as contagens de células T CD4 caem. A fase crônica termina quando a concentração de células T auxiliares no sangue reduz-se a cerca de 200 células por milímetro cúbico. Com tão poucas células T auxiliares, o sistema imune não consegue mais funcionar. O paciente desenvolve a AIDS, síndrome caracterizada por infecções oportunistas de bactérias e fungos que raramente causam problemas às pessoas com sistemas imunes fortes. Na ausência de drogas terapêuticas anti-HIV eficazes, espera-se normalmente que um indivíduo infectado pelo HIV que começou a mostrar sintomas de AIDS possa viver mais dois ou três anos. Tendo abrangido a biologia básica viral, estamos aptos a examinar as questões relativas à evolução do HIV. A primeira questão frustrou, por muito tempo, todos os que se envolveram na luta contra a epidemia: por que era tão difícil produzir drogas capazes de combater o HIV? Certamente não era por falta de tentativas; as empresas governamentais e privadas investiram centenas de milhões de dólares nas pesquisas da AIDS e no desenvolvimento de drogas. A trajetória da AZT, uma das primeiras drogas anti-AIDS, veio a se tornar característica. No início, a AZT pareceu promissora, mas finalmente mostrou-se decepcionante. Para explicar a razão disso, precisamos apresentar a evolução por seleção natural.

1.2

11

A AIDS começa quando a infecção do HIV progrediu a tal ponto que o sistema imune do hospedeiro não funciona adequadamente.

Por que a AZT funciona em curto prazo, mas falha em longo prazo?

A fim de combater as infecções virais, os pesquisadores procuram drogas capazes de inibir as enzimas essenciais aos vírus. Por exemplo, uma droga que bloqueia a transcrição reversa deve matar os retrovírus, com efeitos colaterais mínimos. Essa é a base racional da azidotimidina, ou AZT. A Figura 1.9 mostra como funciona a transcrição reversa. A transcriptase reversa do HIV usa o RNA viral como molde para construir uma fita de DNA complementar. A C

RNA

DNA

U A

A

T

U A

U

G

C

C

A

U

A

OH

G

Transcriptase Reversa

G

OH

A

Nucleotídeos

A

OH

OH OH

T

OH

C

A

T

Trifosfato de AZT OH OH

N3

Como a AZT bloqueia a transcriptase reversa. A enzima transcriptase reversa do HIV usa os nucleotídeos da célula hospedeira para construir uma fita de DNA complementar à fita de RNA do vírus. A AZT mimetiza suficientemente bem um nucleotídeo normal para iludir a transcriptase reversa, mas carece do sítio de ligação para o próximo nucleotídeo da fita. Figura 1.9

Scott Freeman & Jon C. Herron

12

T

Timidina OH

T

Trifosfato de AZT

−

N3

Figura 1.10 

Timidina versus AZT.

Paciente 1    )    T100    Z    A   e    d   a   ç   n   e   s   e   r 50   p   m   e   a   v    i    t   a    l   e   r

Meses de  tratamento

20

11 2

  e 0    d   a    d    i    l    i Paciente 2    b   a    i Meses de   v 100   e  tratamento    d    %    (   s 11   n 1   o    i   r    í   v   s 50   o    d   a    i   c   n    ê    t   s    i   s   e    R 0

0,001 0,01 0,1

16

1

10

Concentração de AZT (M)

As populações de HIV desenvolvem resistência à AZT nos pacientes individuais. À medida que o tratamento continuava, nesses dois pacientes, eram necessárias concentração mais altas de AZT para restringir a replicação dos vírus amostrados a partir do sangue dos pacientes. Redesenhado de Larder et al. (1989). Figura 1.11

transcriptase reversa produz o DNA mediante uso de elementos construtores – os nucleotídeos – roubados da célula hospedeira. A mesma figura também mostra como a AZT faz cessar a transcrição reversa. Observe a timidina no nome da AZT (azidotimidina): em sua estrutura química, a AZT é similar ao nucleotídeo normal timidina – tão semelhante que ilude a transcriptase reversa, sendo por essa captada e incorporada na crescente fita de DNA. No entanto, note também que existe uma diferença crucial entre a timidina normal e a AZT (Figura 1.10). No local em que a timidina tem um grupo hidroxila ( OH), a AZT tem um grupo azida ( N3). O grupo hidroxila que falta na AZT é precisamente onde a transcriptase reversa deveria ligar o próximo nucleotídeo à molécula de DNA em formação. Desse modo, a transcriptase reversa está agora impedida de prosseguir. Incapaz de adicionar mais nucleotídeos, não consegue terminar sua tarefa. A AZT interrompe dessa maneira a trajetória de novas proteínas virais e novos vírions. Nos testes iniciais, a AZT funcionou. Efetivamente, sustou a perda de macrófagos e de células T em pacientes aidéticos. Por outro lado, causou graves efeitos colaterais, porque às vezes enganava a DNA-polimerase e interrompia a síntese de DNA nas células hospedeiras. Entretanto, prometia inibir, ou no mínimo desacelerar, a progressão da doença. Em torno de 1989, no entanto, após somente alguns anos de uso, os pacientes pararam de responder ao tratamento. Suas contagens de células CD4 novamente começaram a declinar. Por quê? Teoricamente, a AZT poderia perder sua eficácia de duas maneiras. Uma delas é que a própria fisiologia celular do paciente poderia mudar. Depois de entrar na célula, a AZT deve ser fosforilada pela enzima timidinaquinase da própria célula, para se tornar biologicamente ativa. Talvez a exposição de longa duração à AZT leve a célula a produzir menos timidinaquinase. Se acontecesse isso, a AZT se tornaria menos eficaz ao longo do tempo. Patrick Hoggard e colaboradores (2001) testaram essa hipótese verificando periodicamente as concentrações intracelulares de AZT fosforilada, em um grupo de pacientes que ingeriram a mesma dosagem de AZT durante um ano. Os dados refutam essa hipótese, pois as concentrações de AZT fosforilada não se modificaram ao longo do tempo. A outra maneira em que a AZT poderia perder sua eficácia é que a população de vírions existente no interior do paciente poderia mudar, de modo que os próprios vírions seriam resistentes à destruição pela AZT. Para descobrir se as populações de vírions se tornam resistentes à AZT, com o passar do tempo, Brendan Larder e colaboradores (1989) obtiveram amostras do HIV de pacientes e fizeram os vírus crescerem em células cultivadas em placas de Petri. A Figura 1.11 apresenta os dados de dois pacientes que os pesquisadores monitoraram durante muitos meses. No gráfico, cada curva declina, mostrando como a capacidade de replicação do HIV é rapidamente reprimida pelo aumento das concentrações de AZT. Examinemos as três curvas relativas ao Paciente 1. As amostras de vírions desse paciente, após estar usando AZT por dois meses, ainda eram suscetíveis a essa droga. Nesse período, os vírions perderam quase completamente sua capacidade de replicação, em concentrações moderadas de AZT. As amostras de vírions do mesmo paciente, após 11 meses com AZT, já eram parcialmente resistentes; os vírions podiam ser detidos, mas com doses 10 vezes mais altas de AZT. Os vírions obtidos depois de 20 meses de tratamento com AZT eram extremamente resistentes. Eram inteiramente resistentes às concentrações de AZT que sustaram a primeira amostra e ainda podiam replicar-se razoavelmente bem nas concentrações que sustaram a segunda amostra. Os dados relativos ao Paciente 2 contam a mesma história. As populações de vírions no interior de cada paciente mudam, tornando-se resistentes à AZT. Em outras palavras, essas populações evoluem. Na maioria dos pacientes, a evolução do HIV resistente à AZT ocorre em apenas seis meses (Figura 1.12). Qual é a diferença entre um vírion resistente e um suscetível? Para responder a essa pergunta, façamos um exercício de reflexão. Se quiséssemos construir, por meio de engenharia genética, um vírion de HIV capaz de se replicar em presença de AZT, o que faríamos? A −

13

Análise Evolutiva

resposta mais simples poderia s er mudar o sítio ativo da enzima transcriptase reversa, diminuindo sua probabilidade de confundir a AZT com o nucleotídeo normal. O desenho da Figura 1.13a representa como isso poder ia funcionar, em princípio. Na prática, poderíamos usar uma substância química mutagênica ou uma radiação ionizante para produzir linhagens de HIV com seqüências nucleotídicas alteradas em seus genomas e, conseqüentemente, seqüências alteradas de aminoácidos em suas proteínas. Se fossem gerados muitos mutantes, no mínimo alguns conteriam mutações na parte da molécula de transcriptase reversa que reconhece e se liga à timidina normal. Na Figura 1.13b, é apresentado um modelo da estrutura verdadeira do sítio de ligação da transcriptase reversa. Caso uma das transcriptases reversas com sítio de ligação alterado fosse menos provável de confundir a AZT com o nucleotídeo normal, então a variante mutante de HIV seria capaz de continuar a se replicar, em presença da droga. Nas populações de vírions de HIV tratados com AZT, as linhagens incapazes de se replicar em presença de AZT diminuiriam numer icamente, e a nova forma vir ia a dominar as populações de HIV. As etapas envolvidas nesse exercício de reflexão correspondem justamente ao que acontece no interior dos pacientes com HIV, como os que foram acompanhados por Larder e colaboradores. Como sabemos disso? Em estudos similares a esse, os pesquisadores obtiveram amostras repetidas de vírions de HIV de pacientes que recebiam AZT. Em cada amostra, os pesquisadores seqüenciaram o gene da transcriptase reversa, descobrindo que as linhagens virais presentes tardiamente no tratamento eram geneticamente diferentes das linhas virais que estavam presentes antes do tratamento, nos mesmos indivíduos hospedeiros. As mutações associadas à resistência à AZT eram freqüentemente as mesmas, de um paciente para outro (St.Clair et al., 1991; Mohri et al., 1993; Shirazaka et al., 1993), e localizavam-se no sítio ativo da transcriptase reversa (Figura 1.13c). Esses pesquisadores observaram diretamente a evolução da resistência à AZT em muitos pacientes com AIDS. Em cada indivíduo, as mutações no genoma do HIV causaram substituições específicas de aminoácidos no sítio ativo da transcriptase reversa. Tais mudanças genéticas permitiram que as linhagens mutantes do vírus se replicassem em presença de AZT. Ao contrário da situação de nosso exercício de reflexão, no entanto, não ocorreu qualquer manipulação consciente. Então, como ocorreu a mudança nas linhagens virais? A resposta é que a transcriptase reversa é propensa a erro, e o genoma do HIV não tem instruções para produzir enzimas de correção de erros. Conseqüentemente, mais de 50% dos transcritos de DNA produzidos pela transcriptase reversa contêm pelo menos um er ro em sua seqüência nucleotídica, também conhecido como uma mutação (Hübner et al., (a)

   )    ]    M   m>10    [   a   r 10   o    d 9    i    b    i   n 8    i   e   s 7   o    d   a 6    d 5    %    5 4    9    (    T 3    Z    A 2    à   a 1    i   c   n 0,1    ê    t   s    i   s 0   e    R

0

5

10

15

20

25

Meses de tratamento Figura 1.12 Na maioria dos pacientes, a resistência à AZT desenvolve-se em seis meses. Nesse gráfico está plotada a resis tência em 39 pacientes examinados em diferentes épocas. Redesenhado de Larder et al. (1989).

Algumas mutações no sítio ativo da transcriptase reversa reduzem sua probabilidade de adicionar AZT, em vez de timidina.

(b)

Transcriptase Reversa T

Suscetível

N3

(c)

Transcriptase Reversa T

Resistente

N3

Figura 1.13 Diferença entre as transcriptases reversas sensíveis à AZT e as resistentes à AZT. (a) Esse desenho mostra como uma mudança no sítio ativo da transcrip tase reversa poderia capacitar essa enzima a reconhecer a AZT como uma impostora. (b) Essa reprodução mostra o grande sulco na enzima transcriptase reversa, em que o substrato (RNA) se liga. (c) Nessa reprodução, as esferas laranjas indicam os locais das substituições de aminoácidos correlacionadas com a resistência à AZT. Observe que essas substituições situam-se no sulco, ou sítio ativo, da enzima. Segundo Cohen (1993).

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Scott Freeman & Jon C. Herron

1992; Wain-Hobson, 1993). De fato, o HIV tem a taxa de mutação mais alta de todos os vírus ou organismos observados até o presente. Devido às milhares de replicações de HIV que ocorrem em cada paciente durante o curso de uma infecção, uma única linhagem de HIV produz centenas de diferentes variantes de transcr iptase reversa ao longo do tempo. Simplesmente em virtude de sua quantidade, é praticamente certo que uma ou mais dessas variantes contenham uma substituição de aminoácido que reduzem a afinidade da transcriptase reversa pela AZT. Se o paciente tomar essa droga, a replicação de variantes inalteradas de HIV será suprimida, mas os mutantes resistentes ainda serão capazes de sintetizar algum DNA e produzir novos vírions. À medida que os vírions resistentes se reproduzem e os suscetíveis não se propagam, com o passar do tempo, a fração de vírions

AZT Vírion suscetível à AZT Vírion parcialmente resistente à AZT Vírion muito resistente à AZT

Mutação

Os erros na transcrição reversa produzem uma população variável. Algumas variantes diferem na resistência à AZT. A resistência (ou suscetibilidade) é transmitida dos genitores à prole.

Durante o  tratamento com AZT, muitos vírions não conseguem se reproduzir.

As variantes que persistem são as que conseguem se reproduzir na presença de AZT.

Tempo Resultado: a composição da população mudou ao longo do tempo.

Como as populações de HIV desenvolvem resistência à AZT. As variações causadas por mutações, hereditariedade e diferenças de sobrevivência devidas à AZT resultam em uma mudança na composição da população, ao longo do tempo. Figura 1.14

Análise Evolutiva

resistentes à AZT no organismo do paciente aumentará. Além disso, é provável que cada nova geração, na população viral, contenha vírions com novas mutações. Algumas dessas mutações adicionais podem, subseqüentemente, reforçar a capacidade da transcriptase reversa para funcionar em presença de AZT. Uma vez que se reproduzem com maior rapidez, os vírions que contêm essas novas mutações também aumentarão sua freqüência, à custa de seus contemporâneos menos resistentes. Esse processo de mudança da composição da população viral ao longo do tempo é denominado evolução por seleção natural. Ocorreu com tanta freqüência nos pacientes que tomavam AZT que o uso isolado dessa droga como tratamento da AIDS foi abandonado. (Discutimos terapias mais avançadas no Quadro 1.1.) Agora vamos considerar uma questão um pouco diferente. Já acompanhamos o que acontece aos vírions que contêm diferentes versões do gene da transcr iptase reversa, quando a AZT está presente. O que ocorre quando a AZT está ausente? As linhagens mutantes de HIV também são mais eficientes reprodutivamente, quando as células hospedeiras não contêm AZT? Não. Quando o tratamento com AZT foi sustado, a proporção de vírions resistentes à AZT, na população viral, retornou à existente antes de o tratamento com AZT iniciar. As mutações reversas, que restabeleciam a configuração original da seqüência de aminoácidos da transcriptase reversa, tornaram-se comuns, porque os vírions que as continham não reproduziam formas resistentes à AZT (St. Clair et al., 1991). A linhagem viral que aumenta em freqüência é a que se replica mais rapidamente no ambiente atual . Sem a presença de AZT, a seleção natural favorece os vírions não-mutantes; com a presença de AZT, favorece os vírions mutantes. A evolução por seleção natural é unidirecional e irreversível? Não. Note-se que o processo que descrevemos envolve quatro etapas (Figura 1.14): Os erros de transcrição produzem mutações no gene da transcriptase reversa. Os vírions que contêm os genes mutantes produzem versões da enzima transcriptase reversa que variam em sua resistência à AZT. 2. Os vírions mutantes transmitem à prole seus genes da transcriptase reversa e, desse modo, sua resistência ou suscetibilidade à AZT. Em outras palavras, a resistência à AZT é hereditária. 3. Durante o tratamento com AZT, alguns vírions têm maior capacidade de sobrevivência e reprodução do que outros. 4. Os vírions que sobrevivem em presença de AZT são os que têm mutações em seus genes da transcriptase reversa, mutações essas que lhes conferem resistência.

15

No decorrer do tempo, as mudanças na composição genética das populações de HIV levaramnas a uma resistência aumentada à droga. Esse é um exemplo de evolução por seleção natural.

1.

O resultado disso é que a composição da população viral, no interior do hospedeiro, muda com o passar do tempo. Os vírions resistentes à AZT abrangem uma fração cada vez maior da população; os vírions suscetíveis à AZT tornam-se raros. Não há nada de misterioso ou intencional quanto à evolução por seleção natural; a evolução simplesmente acontece. É uma conseqüência automática de simples e fria aritmética. Sendo uma conseqüência automática de fria aritmética, a evolução por seleção natural pode acontecer em qualquer população que apresente essas quatro etapas. Isto é, pode ocorrer em qualquer população em que existam variações hereditárias no sucesso reprodutivo. Veremos muitos exemplos nos próximos capítulos. Uma medida de nossa compreensão verdadeira sobre um processo é a nossa capacidade de controlá-lo. Se entendemos realmente o mecanismo da evolução por seleção natural, como age no organismo dos pacientes com HIV, devemos encontrar um meio de fazê-lo cessar – ou, pelo menos, reduzi-lo. Para uma discussão de como os pesquisadores usaram sua compreensão do mecanismo de evolução da resistência, para planejar terapias mais eficazes, ver o Quadro 1.1.

As características hereditárias que conduzem à sobrevivência e à exuberância reprodutiva propagam-se nas populações; as que levam à deficiência reprodutiva desaparecem. Essa é a evolução por seleção natural.

Scott Freeman & Jon C. Herron

16

Quadro 1.1

A compreensão de como a resistência evolui pode ajudar os pesquisadores a planejarem melhores tratamentos?

Os pesquisadores desenvolveram diversas drogas antiretrovirais que, como a AZT, direcionam os processos exclusivamente para as enzimas e proteínas virais (ver Figura 1.5, página 7; Pomerantz e Horn, 2003; Pommier et al., 2005). As drogas já em uso ou em desenvolvimento incluem: •

•

•

•

Algumas, como a AZT, inibem a transcriptase reversa mimetizando os elementos construtores do DNA. Outras a inibem bloqueando diretamente o sítio ativo da enzima. Inibidoras da protease. Essas drogas impedem a protease do HIV de clivar as proteínas precursoras virais para produzir os componentes maduros dos novos vírions. Inibidoras de fusão. Essas drogas barram a entrada do HIV nas células hospedeiras, inicialmente interferindo nas proteínas gp120 ou gp41 desse vírus ou bloqueando as proteínas localizadas na superfície da célula hospedeira, às quais o HIV se prende. Inibidoras da integrase. Essas drogas bloqueiam a integrase do HIV, impedindo-a de inserir o DNA do HIV no genoma do hospedeiro e, desse modo, evitando a transcrição de novos RNAs virais. Inibidoras da transcriptase reversa.

Até o momento, a experiência indica que, quando qualquer droga anti-retroviral é usada isoladamente, o resultado será semelhante ao que vimos com a AZT. A população viral desenvolve resistência rapidamente no hospedeiro (ver, por exemplo, St. Clair et al., 1991; Condra et al., 1996; Ala et al., 1997; Deeks et al., 1997; Doukhan e Delwart, 2001). Com qualquer droga única, conforme vimos em relação à AZT, apenas uma ou poucas mutações no gene para a proteína visada já podem tornar o vírus resistente. Com sua alta taxa de mutação, tempo curto de gerações e grande tamanho populacional, o HIV gera tantos genomas mutantes, que é provável surgir um genoma com a combinação crítica de mutações, em um tempo razoavelmente curto. Quando existe variação genética para a replicação

1.3

em presença da droga, e essa está presente, então é inevitável que a população viral evolua. É necessário, então, um modo de aumentar o número de mutações que devem estar presentes no genoma de um vírion para torná-lo resistente. Quanto mais mutações forem necessárias para a resistência, menor será a probabilidade de que essas mutações ocorram conjuntamente em um único vírion. Em outras palavras, é necessária uma estratégia para reduzir a variação genética da resistência a zero. Sem essa variação, a população viral não evolui. O meio mais simples de aumentar o número de mutações necessárias para desenvolver a resistência é usando duas ou mais drogas simultaneamente. A resistência a drogas deve ser atribuída por diferentes mutações. Teoricamente, as mutações que tornam o HIV resistente a uma das drogas também irão torná-lo suscetível a alguma das outras drogas (ver St. Clair et al., 1991). Há boas notícias de que os coquetéis de tratamento que usam combinações de drogas têm-se revelado eficazes. Por exemplo, Roy Gulick e colaboradores (1997) descobriram que, em muitos pacientes, um coquetel de duas inibidoras da transcriptase reversa (AZT e didesóxi3’-tiacitidina, ou 3TC), além de uma inibidora da protease (indinavir), pode reduzir o número de vírions de HIV no plasma sangüíneo a níveis imperceptíveis, durante um ano, no mínimo. Resultados como esses renderam aos tratamentos com múltiplas drogas a denominação coletiva de Terapia Anti-Retroviral Altamente Ativa, ou HAART (de Highly Active Anti-Retroviral Therapy; Cohen, 2002a; para mais combinações de fármacos usadas na HAART, ver Kalkut, 2005). Frank Palella e colaboradores (2002) acompanharam aproximadamente 1.800 pacientes submetidos a vários regimes de prescrições de HAART durante seis anos. Com o advento da HAART, em 1996, as taxas de mortalidade entre os pacientes caíram extraordinariamente (Figura 1.15a), assim como a incidência de infecções oportunistas típicas da AIDS (Figura 1.15b). O conhecimento de como a resistência evolui ajudou os pesquisadores a salvar vidas.

Por que o HIV é fatal?

Um dos aspectos fundamentais para se tornar biólogo evolucionista é aprender o “pensamento selecionista”. A idéia é a de que a evolução por seleção natural, como está esboçada na Seção 1.2, é um processo automático que simplesmente acontece sempre que uma população mostra a necessária variação hereditária em sobrevivência e sucesso reprodutivo.

Análise Evolutiva

(a)

40

100

  e   m    i   g   s   e 80   e   t   r   n   e    i   m   e   c   a   s   p 60   a   s    i    d  o   e   d    d   T    R 40   m   e   A   g   A   a    t   n   H   e   e 20   c   r   d   o    P

M  o r   t    e  s  30  p  o r  1   0   0  20  p  e  s   s   o  a   s  10  p  o r   a  n  o

0 1995

1996

1997

1998

1999

2000

0 2001

(b) 16

  s   0   e    õ   0   ç   1   o 12   c   r   n   e   o  a    f   r   p   n    i   s   o   a   p 8   e   t    d   i   s   s   a   n   o   r   u   o   s   s   e   t   r   m  o  e 4    ú   p   p    N  o

0

Doença do citomegalovírus Pneumonia por Pneumocystis carinii Complexo de Mycobacterium avium

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

Sucessos da terapia anti-retroviral altamente ativa. Em uma amostra de 1.800 pacientes, a introdução de coquetéis de múltiplas drogas levou a uma redução extraordinária (a) nas taxas de mortalidade pela AIDS e (b) na incidência de infecções secundárias caracter ísticas da AIDS. Segundo Palella et al. (2002). Figura 1.15

Entretanto, também há más notícias: os coquetéis de múltiplas drogas não curam a infecção do HIV. Permanece no corpo do paciente um estoque de genomas viáveis de HIV, oculto nos cromossomos dos linfócitos em repouso e, possivelmente, em outros tecidos (Chun et al., 1997; Finzi et al., 1997; Wong et al., 1997b). Em conseqüência, quando os pacientes saem da HAART, suas cargas virais elevam-se rapidamente (Chun et al., 1999; Davey et al., 1999; Oxenius et al., 2002; Kaufmann et al., 2004). O estoque oculto de HIV pode persistir durante décadas (Finzi et al., 1999). Os pesquisadores estão experimentando terapias que possam diminuí-lo, mas não está claro se algum dia será possível esgotar completamente esse estoque (Lehrman et al., 2005; Smith, 2005).

17

Uma questão crucial é se, no estoque oculto, os vírions estão latentes (ou inativos) ou em replicação. Aparentemente, em alguns pacientes, a HAART suprime toda a replicação, persistindo apenas os vírions latentes (ver, por exemplo, Finzi et al., 1997; Wong et al., 1997b; Zhang et al., 1999). Enquanto todos os vírions estiverem latentes, a população viral não evoluirá. No entanto, em outros pacientes, alguns vírions continuam a se replicar (ver, por exemplo, Günthard et al., 2000; Ramratnam et al., 2000; Sharkey et al., 2000; Frost et al., 2001). A replicação contínua sugere que a população viral abrigou pelo menos alguma variação em sua resistência, antes que a terapia se iniciasse. Uma vez que os vírions parcialmente resistentes estão continuando a se reproduzir, existe uma oportunidade para o surgimento de mutações que concedam resistência adicional e, sob a seleção imposta pelas drogas, se acumulem nas linhagens virais (Kristiansen et al., 2005). Diversas equipes de pesquisadores documentaram a evolução de linhagens de HIV que eram simultaneamente resistentes a múltiplas drogas, incluindo tanto os inibidores da transcriptase reversa quanto os inibidores da protease (Wong et al., 1997a; Gallago et al., 2001; Grant et al., 2002; Evans et al., 2005; Markowitz et al., 2005). Um desapontamento a mais é que muitos pacientes que tomam coquetéis de múltiplas drogas sofrem efeitos colaterais difíceis ou impossíveis de tolerar (Cohen, 2002a). Náuseas, anemia e uma variedade de transtornos metabólicos dificultam sua adesão ao tratamento prescrito (Sabundayo et al., 2006). Esses pacientes mantêm concentrações mais baixas das drogas anti-retrovirais, aumentando a probabilidade de que os vírions parcialmente resistentes sejam capazes de se reproduzir e, por conseguinte, essas populações virais evoluam. O mais importante é que a alta atividade da HAART tem um prazo de término para a maioria dos pacientes (Chen et al., 2003; Mocroft et al., 2004). No estudo de Palella e colaboradores – que produziu os dados dramáticos apresentados na Figura 1.15 – poucos regimes de HAART permaneceram eficazes por mais de três anos. Os tratamentos anti-HIV que sejam facilmente tolerados e suprimam permanentemente a replicação e a evolução virais continuam alvo de pesquisas contínuas.

Traços que levam à sobrevivência e à reprodução disseminam-se por toda a população; traços que levam à morte sem saída desaparecem. Se quisermos compreender por que uma característica particular é comum em uma determinada população, um bom início é tentarmos entender como ela poderia influir na sobrevivência e no sucesso reprodutivo dos indivíduos. Nesta seção, aplicamos o pensamento selecionista a um aspecto desconcertante das infecções de HIV: se não-tratadas, são quase sempre fatais.

18

Scott Freeman & Jon C. Herron

Evolução míope*

(a) Hospedeiro com o alelo HLA-B5801 Epitopo:

1.600   e   n 1.200   u   m    i   a 800    t   s   o   p   s 400   e    R 0

TSTLQEQIAW TSNLQEQIAW

10 -9

10 -7

10 -5

Concentração do epitopo (M) (b) Hospedeiro com B57 ou B5801 Eliminação pelas células T citotóxicas

Mutação

Tempo Transmissão

Transmissão Eliminação pelas células T citotóxicas

Mutação

Tempo

Hospedeiro sem B57 e B5801

Uma mutação de escape do HIV. (a) Esse gráfico mostra a força da resposta imune dos linfócitos de um paciente com HIV como uma função da concen tração dos fragmentos protéicos (epítopos) em teste. Os dois fragmentos são variantes de uma pequena porção da proteína p24. Cada letra representa um aminoácido: T = treonina, S = serina, N = asparagina, etc. As unidades da resposta imune correspondem ao número de células, por milhão, produzindo interleucina gama. Segundo Leslie e colaboradores (2004). (b) Em hospedeiros que possuem o alelo HLA-B57 ou o HLA-B5801, a população de HIV evolui na direção de altas freqüências da variante N; em hospedeiros com outros genótipos, evolui na direção de altas freqüências da variante T. Figura 1.16

É evidente que morrer de AIDS é ruim para o hospedeiro. Se houver variação hereditária na resistência ao HIV e à AIDS entre os humanos, então podemos esperar que a resistência irá propagar-se para todas as populações humanas à medida que passarem as gerações. Examinaremos esse aspecto na Seção 1.4. O organismo que queremos focalizar aqui, entretanto, não é o hospedeiro; é o vírus. Matar o hospedeiro não é ruim também para o vírus? Afinal, quando o hospedeiro morre, os vírions que vivem no seu interior também morrem. A fim de aplicar o pensamento selecionista ao problema da letalidade do HIV, imaginemos que um ou poucos vírions invadiram um novo hospedeiro e estabeleceram uma infecção. Nesse nova população, os vírions estão se replicando rapidamente (ver parte superior da Figura 1.8 na página 10). Quando usam a transcriptase reversa para copiar seus genomas, geram muitas mutações. Assim, a população crescente está desenvolvendo variação genética. Agora, o corpo do hospedeiro mobiliza sua resposta imune. O sistema imune ataca os vírions de HIV com anticorpos e células T citotóxicas (ver Figura 1.6 na página 8). Essas células eliminam grande parte dos vírions da população de HIV, mas nem todos. O motivo é que a população de HIV é geneticamente variável, e algumas de suas variantes são menos suscetíveis ao ataque do sistema imune. Os anticorpos e as células T citotóxicas reconhecem o HIV e as células por ele infectadas ligando-se aos epítopos – pequenos fragmentos da proteína viral dispostos na superfície do vírion ou da célula infectada. Os epítopos (também denominados determinantes antigênicos) são codificados pelos genes do HIV, portanto mutações nesses genes podem alterá-los e capacitar o vírion mutante a escapar à detecção pelo arsenal de anticorpos e células T citotóxicas existente no hospedeiro. Quando a infecção progride da fase aguda para a crônica, a população de HIV já evoluiu. As variantes facilmente reconhecidas pela primeira onda do ataque imune desapareceram, persistindo as que são de difícil reconhecimento (Price et al., 1997; Allen et al., 2000). A Figura 1.16 fornece um exemplo de uma mutação que ajuda os vírions de HIV a escapar da resposta imune de alguns pacientes. Tal mutação afeta o epítopo da proteína p24, que é um componente da cápsula que envolve o centro (core ) do vírion de HIV. As células hospedeiras infectadas exibem esse epítopo em sua superfície juntamente com uma proteína do hospedeiro, denominada antígeno leucocitário humano, ou HLA (de human leucocyte antigen). Quando uma célula T citotóxica reconhece o epítopo estranho ao lado da própria proteína HLA, destrói a célula infectada. Em um estudo de vír ions de mais de 300 pacientes, A. J. Leslie e colaboradores (2004) descobriram que, na maioria das linhagens de HIV, o terceiro aminoácido do epitopo é a treonina. No entanto, na maioria das linhagens de HIV de pacientes que contêm qualquer um de dois alelos específicos do loco HLA-B  – B5801 ou B57  –, o terceiro aminoácido é a asparagina. Experimentos realizados em tubos de ensaio mostraram a causa disso. Leslie e colaboradores coletaram linfócitos de um paciente possuidor do alelo B5801 e os expuseram a diferentes versões do epítopo da p24 (Figura 1.16a). As células do paciente reagiram muito mais fortemente com a versão que possuía treonina do que com a que tinha asparagina. Os linfócitos de pacientes que continham o alelo B57  mostraram um padrão semelhante. Leslie e colaboradores descobriram vários casos em que um indivíduo com o alelo B5801 ou com o B57  foi infectado pelo HIV de um hospedeiro que não possuía ambos os alelos. Mediante amostragem periódica da população viral no novo hospedeiro, foi possível a esses pesquisadores documentar a evolução dessa população viral. No início da infecção, todos os vírions tinham treonina na terceira posição do epítopo da *

N. de R. T. No original, short-sighted evolution, no sentido de que a evolução por seleção natural, tal como no exemplo aqui discutido, não antevê resultados futuros, mas apenas ajusta a população para as condições presentes.

Análise Evolutiva

19

p24 (Figura 1.16b). Logo, contudo, os vírions mutantes apa- (a) Divergência da população fundadora receram com asparagina nessa posição. Finalmente, os vír ions 0,100 com treonina foram extintos, permanecendo apenas os vírions com asparagina. Os pesquisadores também encontraram   a 0,075 casos em que os indivíduos que não tinham os alelos B5801   c    i    t    é e B57   se tornaram infectados pelo HIV de um hospedeiro   n   e   g com um desses alelos. A amostragem periódica desses pacien  a 0,050    i   c tes mostrou que suas populações virais evoluíram em direção   n    â    t oposta.   s    i    D Uma vez que o sistema imune jamais reduz completamente 0,025 a replicação do HIV, a população desse vírus, no interior de um hospedeiro, desenvolve-se durante toda a fase crônica da infec0,000 ção. A população de HIV produz de 10 a 100 milhões de novos vírions por dia (Ho et al., 1995; Wei et al., 1995). Quando se re(b) Carga viral plicam, esses vírions geram acidentalmente mutações que modi6 ficam seus epítopos. Alguns dos vírions mutantes se reproduzem    l livremente, até que o sistema imune produza anticorpos e células   m   r 5   o T citotóxicas que reconheçam suas proteínas alteradas. Posterior  p    l   a mente, esses mutantes desaparecem, e uma nova geração de ví  r    i   v rions, com novos epítopos, ocupa automaticamente o seu lugar. 4    A    N Raj Shankarappa e colaboradores (1999), trabalhando no    R   o laboratório de James Mullins, registraram a evolução contínua    d 3   g da população de HIV durante a fase crônica da infecção em   o    L vários pacientes. Os dados de um desses pacientes aparecem 2 na Figura 1.17. Inicialmente, olhe para a Figura 1.17a. Os referidos cientistas coletavam periodicamente os vírions de HIV (c) Contagens de células T do sangue do paciente e liam a seqüência de nucleotídeos de um segmento do gene da gp120. Essa proteína localiza-se no 1.200 envelope externo do HIV, onde se inicia a fusão com as célu  m las hospedeiras, mediante ligação à CD4 e à co-receptora (ver   m Período de tempo   r Figura 1.5 na página 7). O segmento gênico que os pesquisa  o durante o qual o 800   p paciente tomou dores estudaram determina a co-receptora que o vír ion usa e    4 drogas anti-retrovirais    D contém um epítopo marcado pelo sistema imune do hospe   C 3TC deiro. A equipe anotou a seqüência nucleotídica da primeira    T 400 d4T   s   a    l amostra que obteve do paciente e comparou todas as amostras AZT   u    l    é subseqüentes com essa. Durante os primeiros sete anos em que    C 0 os pesquisadores acompanharam esse paciente, as seqüências 0 2 4 6 8 10 12 foram de quase idênticas à seqüência de referência a diferentes em cerca de 8% de seus nucleotídeos. Anos decorridos desde que o paciente se tornou HIV-positivo Agora, observe o que aconteceu entre o sexto e o oitavo ano. A diagonal parou de subir e se horizontalizou, ou seja, a taxa de Figura 1.17 Evolução da população de HIV no interior de um evolução tornou-se extraordinariamente lenta. Por quê? A po- paciente. (a) Cada barra laranja representa um vírion amostrado pulação viral parou de produzir a variação genética que abaste- do paciente durante o curso infeccioso; sua posição horizontal ce a evolução por seleção natural? Provavelmente, não. A Figura indica o momento da amostragem, e sua posição vertical, o quan1.17b mostra que a concentração de vírions era alta nessa época.  to é diferente geneticamente da primeira amostra. A linha preta Com tantos vírions replicando-se, a população certamente con- mostra a tendência: os vírions amostrados posteriormente divergitinuava a produzir genomas mutantes em uma taxa exacerbada. ram mais. (b) A carga viral do paciente aumentou no decorrer do Então, mudou a maneira em que o genótipo viral influencia a  tempo. (c) A contagem de células T CD4 do paciente continuou alta durante vários anos, depois caiu rapidamente. sobrevivência e a reprodução? Provavelmente, sim. Até o séti- razoavelmente Segundo Shankarappa et al. (1999). mo ano, era mais provável que os vírions cujos genótipos lhes proporcionavam novos epítopos sobrevivessem e proliferassem (ver Ross e Rodrigo, 2002); após o sétimo ano, essa vantagem aparentemente desapareceu.    3

   +

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As populações patogênicas evoluem no interior de hospedeiros individuais em resposta à seleção imposta pelo sistema imune desses hospedeiros.

  a   v    i   e    t    i    t    t   e   n    i   p  e   c   m  a   o  p   c   o   e   d    d   s   a   n    d    i   o    l    i    i   r    b   í   a    t   v   p  s   a   o    d   d    A

6 4 2 0 0

40

80

120

Número de meses a partir  do primeiro teste HIV-positivo

Na maioria dos hospedeiros, as populações de HIV evoluem em direção à replicação mais agressiva. Cada cor representa os vírions amostrados em série de um determinado hospedeiro. A aptidão competitiva reflete a capacidade de replicação dos vírions nos linfócitos de um doador não-infectado em presença de linhagens-controle. Dos oito pacientes, em sete a capacidade das populações de HIV para continuarem competindo aumentou ao longo do tempo. Reproduzido de Troyer et al. (2005). Figura 1.18

A rápida evolução da população de HIV no interior de um hospedeiro acelera o colapso do seu sistema imune. Essa evolução é míope, porque também apressa a extinção da população de HIV.

A Figura 1.17c mostra que, aproximadamente na época em que a taxa de evolução viral se tornou mais lenta, a contagem de células T CD4 do paciente diminuiu enormemente. No sexto ano, essa contagem era de 1.200 células por milímetro cúbico; em torno do oitavo ano, era menor do que 200. O sistema imune do paciente estava em colapso, significando que o corpo do paciente não mais produzia novos tipos de anticorpos e de células T citotóxicas. Isso libertava a população de HIV do agente seletivo que a forçava a evoluir. Não existia mais qualquer benefício em possuir novos epítopos. Em lugar disso, as linhagens mais capazes de replicação rápida simplesmente se propagavam, e as menos capazes tornavam-se raras (ver Williamson et al., 2005). A evolução da população de HIV parece contribuir para o colapso do sistema imune, no mínimo, de três modos. Primeiro, é a evolução contínua em direção a novos epítopos que possibilita à população viral manter-se bastante à frente da resposta imune, para continuar replicando-se em grande quantidade. Finalmente, conforme está descrito na Seção 1.1, a replicação contínua da população viral consome o suprimento de células T virgens e de memória, bem como destrói a capacidade do organismo para substituí-las. Segundo, a população viral, no interior da maioria dos hospedeiros, evolui em direção à replicação cada vez mais agressiva. Ryan Troyer e colaboradores (2005) obtiveram amostras seqüenciais de HIV de diversos pacientes não-tratados. Esses pesquisadores colocaram os vírions de cada amostra a crescer em linfócitos de um doador não-infectado. Adicionaram a cada placa de cultura uma das quatro linhagens-controle de HIV, contra a qual os vírions coletados do paciente teriam de competir. Nas placas, a linhagem viral que conseguiu replicar-se com maior eficiência tornou-se numericamente predominante. Os mencionados pesquisadores avaliaram a aptidão competitiva dos vírions das amostras dos pacientes com base em seu desempenho total contra as quatro linhagens-controle, mostrando os resultados na Figura 1.18. Cada cor representa as amostras seqüenciais de um determinado paciente. Dos oito casos, em sete a aptidão competitiva dos vírions do paciente aumentou constantemente ao longo do tempo. Em relação a dois de seus pacientes,Troyer e colaboradores também testaram a competição de linhagens de amostras iniciais contra linhagens de amostras tardias. Essas últimas linhagens venceram sempre. Quanto mais tempo um paciente abrigar uma população de HIV, mais prejudiciais se tornam os vírions dessa população. Terceiro, em pelo menos 50% de todos os hospedeiros – e possivelmente muitos mais  – evoluem linhagens de HIV que podem infectar células T virgens (Shankarappa et al., 1999; Moore et al., 2004). A capacidade de um vírion de HIV infectar um dado tipo de célula é determinada pela co-receptora que o vírion usa. Essa co-receptora, mostrada na Figura 1.5 na página 7, é a segunda das duas proteínas às quais o HIV se prende para se infiltrar em uma célula hospedeira. No início da maioria das infecções de HIV, a maior parte dos vírions da população de HIV usa como sua co-receptora a proteína CCR5, que é encontrada em células dendríticas, macrófagos e em células T citotóxicas, em repouso e reguladoras (ver Figura 1.6 na página 8). À medida que a infecção progride e a população de HIV evolui, freqüentemente surgem vírions que exploram uma co-receptora diferente, a proteína CXCR4, encontrada em células T virgens. Esses vírions, denominados X4, podem tornar-se mesmo numericamente predominantes. É o que aconteceu no paciente cuja infecção é detalhada na Figura 1.17. Os vírions X4 não existiam no início da infecção, tornaram-se fortemente predominantes entre o quinto e o oitavo ano e depois voltaram a rarear em torno do 11º ano. Uma vez que as células T virgens são as progenitoras das células T citotóxicas e de memória, o surgimento de vírions que possam infectar e matar as células T virgens é uma má notícia para o hospedeiro. Hetty Blaak e colaboradores (2000) amostraram as populações virais de 16 pacientes com HIV para determinar se tais populações continham vírions X4. A seguir, durante o período decorrido entre um ano antes e um ano depois da data de amostragem, os pesquisadores calcularam a contagem média de células T auxiliares no sangue de pacientes com vírions X4, comparando-a com a dos pacientes sem esses vírions. Os respectivos resultados são mostrados na Figura 1.19.

Análise Evolutiva

As contagens médias de células T nos pacientes sem linhagens virais X4 permaneceram razoavelmente constantes ao longo do tempo, ao passo que nos pacientes com linhagens X4 essas contagens diminuíram. Quando surgem vírions que debilitam gradualmente a capacidade do sistema imune para reabastecer seu estoque de células T, aparentemente esses vírions aceleram a falência do sistema imune. A evolução da população de HIV em um hospedeiro é míope (Levin e Bull, 1994; Levin, 1996). Os vírions não visam ao futuro, nem prevêem que, à medida que sua população evoluir, acabarão basicamente matando seu hospedeiro e desse modo causarão a própria extinção. Os vírions não podem visar ao futuro, pois são apenas diminutas máquinas moleculares imprevidentes. A evolução por seleção natural também não pode mirar o futuro, pois é somente um processo matemático que ocorre automaticamente. Em conseqüência, a população de HIV, em qualquer hospedeiro, evolui, em última análise, na direção de sua auto-extinção. A natureza efêmera da evolução do HIV é especialmente clara no caso dos vírions X4. As comparações dos vírions presentes nos hospedeiros infectados consecutivamente mostram que as linhagens de HIV que usam a co-receptora CXCR4 não são transmitidas a novos hospedeiros (Zhu et al., 1993; Clevestig et al., 2005). Os patógenos que não conseguem contagiar novos hospedeiros não sobrevivem por muito tempo. Mesmo que não tomassem parte na destruição dos sistemas imunes de seus hospedeiros, as linhagens X4 estariam destinadas com certeza à extinção. Resumindo, o pensamento selecionista leva-nos à conclusão de que a infecção do HIV é fatal, pelo menos parcialmente, devido à evolução de curto prazo da população viral no interior do hospedeiro. As linhagens letais de HIV tornam-se aí predominantes, porque gozam de uma vantagem efêmera em sobrevivência e reprodução.

21

   +

   4    D    C    T   s 600   a    l   u    l    é   c   e    d 400   m   e   g   a 200    t   n   o    C

Hospedeiros sem vírions X4

Hospedeiros com vírus X4 0

6

12

18

24

Tempo (meses)

Linhagens de HIV que usam a co-receptora CXCR4 aceleram o colapso dos sistemas imunes de seus hospedeiros. As contagens de células T auxiliares diminuem mais rapidamente em pacientes que abrigam linhagens X4, aparentemente porque essas linhagens infectam e matam as células T virgens e, desse modo, debilitam gradualmente a capacidade de seus hospedeiros para produzir novas células T citotóxicas e de memória. Reproduzido de Blaak et al. (2000). Figura 1.19

Uma correlação entre letalidade e transmissão? A evolução de curto prazo talvez não seja a única razão da fatalidade das infecções do HIV. A evidência para essa afirmativa é a existência de linhagens raras de HIV que matam seus hospedeiros mais lentamente do que as linhagens comuns, se é que os matam (Geffin et al., 2000; Rhodes et al., 2000; Tobiume et al., 2002). A linhagem atenuada mais conhecida de HIV disseminou-se de um doador de sangue para oito receptores de transfusão na Austrália, no início da década de 1980 (Deacon et al., 1995; Learmont et al., 1999; Birch et al., 2001; Churchill et al., 2006). Esse grupo de pacientes é conhecido como a Coorte do Banco de Sangue de Sydney. O doador e quatro receptores foram acompanhados durante 25 anos, desde que se tornaram infectados. Alcançaram idade suficiente para que dois deles tenham falecido em decorrência de condições associadas à idade, não ao HIV. Finalmente, dois membros da coorte desenvolveram AIDS, respectivamente 17 e 18 anos após a infecção, mas ambos responderam bem ao tratamento anti-retroviral. Outro membro apresentou níveis detectáveis de HIV em seu sangue, mas continuou assintomático. Os dois restantes mostraram contagens normais de células T e cargas virais praticamente não-detectáveis. No conjunto, a coorte progrediu muito melhor do que um grupo comparativo, infectado por linhagens nor mais de HIV. O que explica a progressão mais lenta da AIDS na Coorte do Banco de Sangue de Sydney? N. J. Deacon e colaboradores (1995) examinaram o genoma da linhagem de HIV que infectou a coorte, descobrindo que nessa linhagem está faltando parte do gene que codifica uma proteína viral chamada Nef. Os mecanismos de funcionamento dessa proteína ainda não são inteiramente conhecidos (Fackler e Baur, 2002), mas alguns pesquisadores mostraram que a Nef auxilia os vír ions de HIV a penetrarem nas células hospedeiras (Schaeffer et al., 2001; Papkalla et al., 2002), impulsiona a replicação viral (Aiken e Trono, 1995; Linnemann et al., 2002) e ajuda as células infectadas pelo HIV a escapar do sistema imune do hospedeiro (Swann et al., 2001). A perda ou a redução dessas funções limita aparentemente o dano que o HIV causa ao sistema imune do hospedeiro, talvez em parte porque resultam em cargas virais menores.

Sabe-se que existem linhagens relativamente benignas de HIV.

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Linhagens relativamente benignas de HIV podem ser transmitidas de hospedeiro para hospedeiro, em baixas taxas.

Um segundo motivo da letalidade das infecções de HIV é que as características que predispõem o HIV a matar também fortalecem sua capacidade de infectar novos hospedeiros.

O ponto importante é que as alterações do genoma do HIV podem tornar o vírus menos lesivo ao hospedeiro, mas ainda capaz de sobreviver no seu organismo. Caso o hospedeiro viva mais tempo, a população de HIV também perdurará mais. Isso aparentemente é bom para o vírus. Então, por que são tão raras as linhagens de HIV que contêm tais alterações genéticas? Se reconhecermos que mesmo para um patógeno completamente benigno todos os seus hospedeiros finalmente morrerão, o pensamento selecionista sugerirá uma resposta. Para persistir além do tempo de vida do hospedeiro, uma população viral deve, em algum momento, colonizar novos hospedeiros. Isso significa que há um segundo nível de seleção natural agindo sobre o HIV. O primeiro nível é o que já examinamos: existem diferenças entre os vírions em sua capacidade de sobreviver e se reproduzir no interior de um determinado hospedeiro. O segundo nível de seleção ocorre quando existem diferenças entre as linhagens virais em sua capacidade de se deslocar de um hospedeiro para outro. Ao longo do tempo, as linhagens que são facilmente transmitidas para novos hospedeiros irão tornar-se mais comuns, ao contrário das de difícil transmissão, que terminam desaparecendo. Uma hipótese razoável é a de que as linhagens de HIV com genes mutantes nef  são raras porque dificilmente são transmitidas de um hospedeiro para outro. A fraca transmissão poderia ser devida à capacidade reduzida dos vír ions sem a proteína Nef para invadir novas células, mas também seria explicada parcialmente pelas cargas virais mais baixas mantidas pelas populações virais sem Nef nos hospedeiros. Com menos vírions presentes nos líquidos corporais, é reduzida a probabilidade de uma transferência bem-sucedida durante um dado surto de relações sexuais ou compartilhamento de agulha. Um cenário similar explica por que o HIV-2 é menos comum mundialmente do que o HIV-1, que discutimos até o momento. O HIV-2 é um vírus aparentado, que os humanos adquiriram de uma espécie diferente de primata (ver Seção 1.5, adiante), sendo menos prejudicial aos seus hospedeiros do que o HIV-1. Os indivíduos infectados pelo HIV-2 progridem para a AIDS, mas muito mais lentamente do que os infectados pelo HIV-1 (Marlink et al., 1994). O curso mais lento dessa infecção parece relacionar-se ao fato de que as cargas virais de HIV-2 são inferiores às de HIV-1, nos respectivos hospedeiros (Popper et al., 1999). Entre os motivos para essas cargas virais mais baixas, pode estar o fato de que a proteína Nef do HIV-2 tem uma função que foi perdida nos ancestrais de HIV-1, antes de começarem a infectar os humanos: a de impedir a ativação imune crônica (Schindler et al., 2006). No entanto, além de ser menos prejudicial aos seus hospedeiros, o HIV-2 também é transmitido em taxas inferiores às da transmissão do HIV-1 (Kanki et al., 1994). Essas diferenças nas taxas de transmissão podem explicar por que o HIV-2 permaneceu confinado à África Ocidental (Bock e Markovitz, 2001), enquanto o HIV-1 espalhou-se por todo o globo terrestre. Em síntese, um segundo motivo da letalidade da infecção do HIV é que as características que predispõem as populações de HIV a, finalmente, matarem seus hospedeiros – como a capacidade de replicação rápida, o escape do sistema imune e a manutenção de grandes populações – também fortalecem sua capacidade de colonizar novos hospedeiros.A seleção no nível de transmissão de hospedeiro para hospedeiro favorece tais características, mesmo à custa de matar os hospedeiros mais rapidamente. Na próxima seção, continuaremos a praticar o pensamento selecionista, mas desviaremos nosso foco do vírus para o hospedeiro. Ao fazermos isso, será sugerido um terceiro motivo para que a infecção do HIV seja fatal: talvez a população humana não tenha tido tempo para desenvolver uma defesa adequada.

1.4

Por que algumas pessoas são resistentes ao HIV?

 Já mencionamos, na Seção 1.1, que o HIV tem parentes, denominados vírus da imunodeficiência simiana (SIVs), que infectam várias espécies de primatas. Os hospedeiros na-

Análise Evolutiva

turais desses SIVs toleram normalmente a infecção sem ficarem doentes. Em populações selvagens de macacos verdes africanos *, por exemplo, mais da metade de todos os adultos estão infectados pelo SIVagm**, mas não há evidência de que sofram a conseqüente doença (Kuhmann et al., 2001). No entanto, quando os macacos resos são infectados com o SIVagm, muitas vezes desenvolvem a AIDS. Esses resultados sugerem que os hospedeiros naturais dos SIVs desenvolveram defesas eficazes que faltam aos novos hospedeiros. Poderiam os humanos evoluir defesas similares contra o HIV? Sendo assim, por que não as possuímos? Lembremos que, para uma população evoluir, os indivíduos devem variar, e essa variação tem de ser transmitida geneticamente dos genitores à prole. Existe variação hereditária na suscetibilidade ao HIV entre os humanos? No início da década de 1990, pesquisas de diversos laboratórios demonstraram que algumas pessoas permanecem sem infecção, mesmo após exposição repetida ao HIV, e que outras que são infectadas com o vírus sobrevivem muitos anos além do esperado (ver Cao et al., 1995). Em meados dos anos 1990, uma equipe liderada por Edward Berger identificou as moléculas co-receptoras que permitem a entrada do HIV nas células hospedeiras (ver Feng et al., 1996; Alkhatib et al., 1996). Pouco depois, Rong Liu e colaboradores (1996) e Michel Samson e colaboradores (1998) sugeriram que os indivíduos resistentes poderiam ter formas incomuns das moléculas co-receptoras, e essas proteínas mutantes poderiam frustrar a entrada do HIV nas células hospedeiras. A fim de testar essa hipótese, Samson e colaboradores seqüenciaram o gene que codifica a co-receptora CCR5 de três indivíduos infectados pelo HIV que eram sobreviventes de longo prazo. Como era esperado, um dos indivíduos tinha um alelo mutante do gene. Uma vez que esse alelo é distinguido por uma deleção de 32 pares de bases da seqüência nor mal do DNA, Samson e colaboradores o denominaram alelo  32 (  é a letra grega delta). Posteriormente, mostraram que o HIV não consegue entrar nas células que contêm a forma  32 do gene CCR5 . Esse experimento confirmou que o alelo  32 protege os indivíduos contra a infecção. Modificações na expressão ou na estrutura do gene CCR5  constituem uma defesa comum entre os hospedeiros dos SIVs também (Chen et al., 1998; Palácios et al., 1998; Kuhmann et al., 2001; Veazey et al., 2003). Muitos macacos verdes africanos, por exemplo, contêm um gene CCR5   codificando uma substituição de aminoácido que dificulta mais a entrada do SIV em suas células. A maioria dos mangabeis de barrete vermelho contém um gene CCR5   com uma deleção de 24 pares de bases, cujo efeito é o mesmo. Alguns mangabeis fuliginosos possuem um gene CCR5  com uma deleção diferente, que produz uma proteína não-funcional. Podemos concluir que, de fato, as populações humanas apresentam variação genética para resistência à infecção pelo HIV e progressão da doença. Além disso, esse material bruto para a evolução envolve mecanismos fisiológicos semelhantes aos que atribuem resistência nos macacos. A variação genética encontrada entre os humanos foi moldada pela seleção natural imposta pela pandemia da AIDS? Para descobrirem se o alelo  32 é comum em várias populações humanas, Samson e colaboradores (1998) coletaram amostras de DNA de um grande número de indivíduos de origem norte-européia, japonesa e africana, examinaram o gene para a proteína CCR5 em cada indivíduo e calcularam a freqüência dos alelos normal e  32 em cada população. Surgiu um forte padrão: o alelo mutante estava presente em uma freqüência relativamente alta de 9% nos europeus, mas completamente ausente em indivíduos de descendência asiática ou africana, resultado confirmado por pesquisa posterior. O alelo CCR5- 32 é comum no norte da Europa e diminui notavelmente sua freqüência tanto ao sul como ao leste (Figura 1.20). A comparação do mapa de freqüência do alelo  32, na Figura 1.20, com o mapa de prevalência do HIV, na Figura 1.1, na página 5, revela uma surpreendente dissociação. *

**

N. de R.T. No original, African green monkeys. Correspondem a um conjunto de espécies de macacos africanos do gênero Chlorocebus, cujos pelos dorsais podem ser de coloração esverdeada. N. de T. SIVagm corresponde, em inglês, ao vírus de imunodeficiência simiano dos macacos verdes afr icanos.

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Para uma população evoluir, deve abrigar diferenças genéticas entre os indivíduos.

Nas populações humanas, alguns indivíduos contêm alelos que os tornam resistentes à infecção pelo HIV.

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80

 W.L.0 E.L.

60

90

120

150

180

60

Freqüência do alelo CCR5- 32 40  0,141

0,115 a 0,140 0,089 a 0,114 20

0,064 a 0,088 0,037 a 0,063 0,011 a 0,036

0

 0,010

Figura 1.20 Freqüência do alelo CCR5- 32 no Velho Mundo. O alelo  32 tem sua freqüência mais alta no norte da Europa, diminuindo-a para o sul e para o leste. Segundo Limborskaa et al. (2002).

Curiosamente, a freqüência do alelo protetor mais conhecido é mais elevada em regiões com baixas taxas de infecção de HIV.

Aparentemente, a infecção de HIV é uma doença humana recente demais para ter desencadeado uma modificação evolutiva substancial nas populações humanas. O padrão do mapa acima apresentado continua sem explicação.

O alelo  32 é comum em uma região do mundo em que a infecção do HIV é relativamente rara, enquanto essa infecção é abundante em regiões onde o alelo  32 é raro ou ausente. Talvez não devêssemos esperar que a distr ibuição geográfica do alelo  32 refletisse a distribuição do HIV. Como veremos na seção seguinte, não é apenas a pandemia de HIV que é recente, mas o próprio HIV é um causador novo de doença humana. São necessárias algumas gerações para que uma população se modifique em conseqüência à seleção natural, e não houve tempo suficiente para que o HIV altere as populações humanas – ainda. Ao comparar indivíduos expostos ao HIV não-infectados e sobreviventes de longo prazo com indivíduos que desenvolvem a AIDS, os pesquisadores descobriram, recentemente, muitos outros genes cujos diversos alelos atribuem diferente suscetibilidade ou resistência ao HIV (ver O’Brien e Nelson, 2004; Gao et al., 2005; Gonzáles et al., 2005; Modi et al., 2006). Biólogos evolucionistas estão avaliando as freqüências desses alelos protetores em várias populações e predizendo como tais freqüências podem mudar à medida que a epidemia continua (Schliekelman et al., 2001; Sullivan et al., 2001; Ramaley et al., 2002). Iremos considerar detalhadamente algumas dessas predições no Capítulo 6. Se a pandemia de AIDS não explica o padrão geográfico exibido na Figura 1.20, o que o explica, então? Samson e colaboradores ofereceram duas explicações: (1) o alelo CCR5- 32 talvez tenha sido favorecido recentemente pela seleção natural nas populações européias, ou (2) esse alelo poderia ter alcançado sua alta freqüência por acaso em um processo denominado deriva genética. Em concordância com a hipótese da seleção natural, os pesquisadores sugeriram que o alelo  32 confere proteção contra outro patógeno diferente do HIV, tal como o da peste bubônica (Stephens et al., 1998) ou o da varíola (Lalani et al., 1999). Nesses cenários, o alelo  32 teria aumentado sua freqüência devido à vantagem de sobrevivência que propiciou durante a epidemia devastadora que assolou a Europa durante o milênio passado. Em um esquema relacionado com a hipótese da deriva genética, outro biólogo propôs que o alelo  32 surgiu inicialmente entre os viquingues, alcançando freqüência alta, e depois se disseminou por toda a Europa durante

Análise Evolutiva

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as invasões dessa população escandinava nos séculos VIII, IX e X (Lucotte, 2001). Alguns pesquisadores recentemente também começaram a descobrir os custos associados ao alelo  32. Por exemplo, os homozigotos são mais suscetíveis ao vírus do Nilo Ocidental (West Nile virus; Glass et al., 2006), sugerindo que a seleção natural contra esse alelo também deve ser considerada. Reexaminaremos o enigma da distribuição histórico-geográfica do alelo CCR5- 32 nos Capítulos 4, 6 e 8.

1.5

De onde se originou o HIV?

Na Seção 1.1, assinalamos que a AIDS foi detectada, pela primeira vez, em 1981. Essa doença é recente para os humanos. Sua causa, o HIV, é um patógeno novo. Os vírus, como outros organismos, surgem apenas por reprodução de sua espécie. De onde vieram os primeiros vírions do HIV? O primeiro indício é que, como já mencionamos, o genoma e o ciclo vital do HIV são semelhantes aos dos SIVs, uma família de vírus que infectam diferentes pr imatas. Da mesma forma que o HIV, os vírus da imunodeficiência simiana infectam os sistemas imunes de seus hospedeiros. Contudo, ao contrário do HIV, parecem não causar doença grave. Uma hipótese lógica é a de que o HIV se originou de um dos SIVs e que a epidemia global de AIDS começou quando esse SIV passou de seus hospedeiros primatas para os humanos. Qual é o SIV ancestral do HIV? A fim de descobri-lo, os biólogos evolucionistas reconstruíram a história evolutiva dos vírus da família SIV/HIV.

Como os pesquisadores reconstroem a história evolutiva? Assim como as relações históricas (ou passadas) entre os indivíduos são descritas por sua genealogia, as relações passadas entre as populações ou as espécies são descritas por sua filogenia. A representação dessas relações evolutivas mostra a árvore genealógica de um grupo de espécies ou populações, sendo denominada cladograma ou árvore filogenética . A metodologia para reconstruir as filogenias é complexa em seus detalhes (todo o Capítulo 4 é dedicado a esse tópico), mas sua base lógica é simples. Em geral, as espécies com parentesco mais próximo devem ser mais semelhantes do que as formas com parentesco mais distante. No caso do HIV, os pesquisadores inferem as relações passadas entre as linhagens, comparando as seqüências nucleotídicas de seus genes. A premissa é que as linhagens com seqüências nucleotídicas similares compartilharam um ancestral comum mais recentemente do que as linhagens com seqüências diferentes.

A origem do HIV Beatrice Hahn e colaboradores seqüenciaram o gene que codifica a transcriptase reversa em vários SIVs e compararam suas seqüências com as encontradas em diversas linhagens de HIV (Gao et al., 1999; Hahn et al., 2000). Usando seus dados para estimar as relações entre esses vírus, os pesquisadores produziram a filogenia mostrada na Figura 1.21a. Nessa árvore, os comprimentos das linhas horizontais indicam a porcentagem de nucleotídeos diferentes entre os genes das linhagens virais. Ramos curtos entre as espécies significam que suas seqüências são semelhantes; ramos mais longos significam que suas seqüências são mais divergentes. Como a divergência das seqüências é resultante do acúmulo de mutações ao longo dos anos, nessa árvore a extensão dos ramos horizontais correlaciona-se aproximadamente com o tempo. (Em compensação, os comprimentos das linhas verticais são arbitrários, ajustados simplesmente para tornar a árvore mais compreensível.) Para interpretar essa árvore e entender suas implicações quanto à história do HIV, inicie na seta de cor laranja, na margem inferior esquerda. O ponto de ramificação, ou nó, nessa seta representa o ancestral comum de todos os vírus inclusos na árvore. Observe que cada um dos diferentes grupos, ou linhagens , que se ramificam da população

A árvore filogenética mostra as relações passadas entre um grupo de vírus ou organismos.

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(a)

(b)

HIV-1/U455: Hum ano HIV-1/LAI: Humano HIV-1/ELI: Humano

HIV-1, diversas linhagens do grupo M

HIV-1/YBF30: Humano SIVcpzUS: Chimpanzé SIVcpzCAM3: Chimpanzé SIVcpzGAB1: Chimpanzé HIV-1/MVP5180: Humano *

SIVcpz US

HIV-1/ANT70: H umano

YBF30

SIVcpzANT: Chimpanzé

SIVcpz CAM5 SIVcpz CAM4

Chimpanzé

SIVcpz CAM3

SIVlhoest : Macaco de l'Hoest

SIVcpz GAB1

SIVsun : Macaco da cauda dourada

276Ha

SIVmnd : Mandril *

SIVagm VerTYO: Macaco verde africano

Chimpanzé HIV-1 grupo N

ANT70 VAU

HIV-1 grupo O

MVP5180 SIVcpz ANT

Chimpanzé

SIVagm Ver3: Macaco verde africano SIVagm Ver155: Macaco verde africano SIVagm Gri677: Macaco verde africano SIVagm Tan1: Macaco verde africano HIV-2/ROD: Humano

HIV-1 e parentes Principais linhagens de SIV HIV-2 e parentes

HIV-2/D205: H umano SIVsm H4: Mangabei fuliginoso HIV-2/FO784: Humano SIVstm : Macaco-urso SIVsyk : Macaco de Sykes

Tempo

A árvore filogenética do HIV e vírus aparentados. (a) Esta árvore mostra as relações evolutivas entre as duas formas principais de HIV, denominadas HIV-1 e HIV-2, bem como os vír us de imunodeficiência que infectam primatas não-humanos. Observe que os vírus que se ramificam próximo à seta laranja, na base da árvore, parasitam os macacos. Com base nessa observação, os pesquisadores concluem que as linhagens passaram dos macacos para os humanos. (b) Esta árvore mostra uma análise mais detalhada, realizada por Hahn et al. (2000). (O asterisco marca o mesmo ponto de ramificação em ambas as árvores.) As setas indicam os locais, na árvore, em que os vírus de imunodeficiência foram transmitidos dos chimpanzés para os humanos. De acordo com essa árvore, cada linhagem principal do HIV-1 se originou em eventos diferentes de transmissão de um chimpanzé hospedeiro, representados pelas setas de cor cinza. Redesenhado de Hahn et al. (2000). Figura 1.21

ancestral conduzem a vírus que infectam macacos ou chimpanzés. Os ramos cinzas diversificaram-se em vírus que infectam muitos primatas não-humanos, ao passo que os laranjas e pretos originaram vírus que parasitam hospedeiros tanto humanos quanto não-humanos. De onde se originam os vírus da imunodeficiência humana? Descubra os vírus denominados HIV-2, próximos ao ramo inferior da árvore, e observe que compartilham um ramo da árvore com um vírus que infecta uma espécie de macaco denominada mangabei fuliginoso. O HIV-2 é prevalente na África Ocidental, sendo menos virulento do que o HIV-1, o vírus que está causando a epidemia global de AIDS. Uma vez que os mangabeis

Análise Evolutiva

fuliginosos são caçados para sustento e mantidos como animais de estimação na África Ocidental, e as seqüências gênicas dos vírus que os infectam são muito semelhantes às do HIV-2, os pesquisadores concordam quanto à hipótese de que provavelmente esse vírus foi transmitido dos mangabeis fuliginosos para os humanos no passado recente. Assim que o vírus passou aos humanos, a evolução por seleção natural levou-o à linhagem conhecida como HIV-2. (O leitor pode observar que um vírus denominado SIVstm é também um parente próximo do HIV-2. Essa linhagem foi obtida de um macaco-urso* em cativeiro, que foi infectado a partir de um mangabei fuliginoso.) Agora observe a linhagem laranja na parte superior da árvore. Essa linhagem diversificou-se em linhagens que infectam humanos e chimpanzés. Tais populações incluem o HIV-1, o vírus que está causando a epidemia de AIDS. Dado que os chimpanzés são caçados para sustento na África e que as seqüências gênicas dos vírus que os infectam são muito semelhantes ao HIV-1, Hahn e colaboradores inferiram que o SIV que infecta os chimpanzés (SIVcpz) foi transmitido desses animais para os humanos, nos quais evoluiu para o HIV-1. A fim de examinar mais de perto esse evento de transmissão, Hahn e colaboradores compararam as seqüências do gene que codifica as proteínas encontradas na superfície dos vírions de HIV-1 e de SIVcpz. A árvore fundamentada nesses dados fornece uma visão mais detalhada das relações de parentesco entre esses vírus, que é reproduzida na Figura 1.21b. Note que as linhagens de HIV formam três grupamentos distintos, denominados subgrupos M, N e O, pelos pesquisadores do HIV. Cada subgrupo do HIV é intimamente relacionado a uma linhagem diferente de SIVcpz, o que constitui evidência de que esse vírus saltou dos chimpanzés para os humanos em pelo menos três ocasiões diferentes. Nesse caso, o HIV-1 foi transmitido pelos chimpanzés aos humanos não só uma vez, mas múltiplas vezes. Reconstruções mais recentes, usando vírus amostrados de populações de chimpanzés selvagens, estabeleceram que o reservatório natural do qual se der ivam os três subgrupos de HIV-1 é uma subespécie de chimpanzés, conhecida como Pan troglodytes troglodytes (Keele et al., 2006). Quando o SIV passou dos chimpanzés para os humanos? As pesquisas sobre esse aspecto concentraram-se no ramo do grupo M do HIV, na parte superior da árvore, na Figura 1.21b. O grupo M é responsável pela maior parte da epidemia mundial de AIDS.Vários grupos de pesquisadores usaram os dados de seqüência de várias linhagens do grupo M para estimar a idade do último ancestral comum (ver Quadro 1.2). Há uma incerteza considerável, mas a melhor estimativa é a de que o último ancestral comum dos vírus do grupo M do HIV-1 ainda existia na década de 1930. Em princípio, esse ancestral comum podia ter vivido em um chimpanzé ou em um humano. No entanto, a evidência disponível é mais compatível com um hospedeiro humano (Hillis, 2000; Rambaut et al., 2001; Sharp et al., 2001).A conseqüência é que as linhagens do grupo M do HIV-1 originaramse em uma transferência do SIV, dos chimpanzés para os humanos, que ocorreu há mais de 60 anos. Uma lição médica do fato de que o HIV-1 é derivado do SIVcpz é a de que os chimpanzés constituem um importante grupo animal para estudo. As perguntas fundamentais que ainda devem ser respondidas são as seguintes: Quão comum é o SIV cpz na vida selvagem? Como é transmitido? E, talvez a mais importante, por que esse vírus não faz os chimpanzés adoecerem?

A diversidade do HIV e a dificuldade de desenvolver uma vacina Outra lição médica das árvores evolutivas do HIV é uma pista quanto à razão de ser tão difícil, aos pesquisadores da AIDS, desenvolver uma vacina eficaz. As vacinas foram responsáveis pelas histórias de grande sucesso no controle de doenças virais, da poliomielite *

N. de T. Nome vulgar dos macacos da espécie Macaca arctoides. Fonte: Recomendação da Comissão das Comunidades Européias, de 18/06/2007, publicada no Jornal Oficial da União Européia de 30/07/2007; site  acessado em 20/08/2007.

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Os dois tipos principais de HIV, o HIV-2 e o HIV-1, foram transmitidos aos humanos por diferentes fontes. O HIV2 originou-se dos mangabeis fuliginosos, enquanto o HIV-1 foi transmitido originalmente pelos chimpanzés.

Cada subgrupo principal do HIV-1 originou-se em eventos independentes de transmissão dos chimpanzés para os humanos.

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Quadro 1.2

Quando o HIV se transferiu dos chimpanzés para os humanos?

Neste quadro, descrevemos, em linhas gerais, o método usado por Bette Korber e colaboradores (2000) para estimar a época do ancestral comum das linhagens do grupo M do HIV-1. Esses pesquisadores analisaram as seqüências nucleotídicas de 159 amostras diferentes de HIV-1. Inicialmente, Korber e colaboradores reconstruíram uma árvore evolutiva a partir dos seus dados de seqüências. Essa árvore, mostrada na Figura 1.22a, não apresenta raiz, parecendo um pouco diferente das árvores que vimos anteriormente, na Figura 1.21. Cada ramo representa uma determinada seqüência. Ao longo da árvore, a distância da ponta de um ramo à ponta de outro indica a diferença genética entre duas seqüências. Essa árvore é dividida em vários ramos diferentes, cujas linhagens de HIV são referidas como subtipos, sendo designadas por letras. O ponto de ramificação, no centro da árvore, ressaltado em cor laranja, representa o ancestral comum das 159 seqüências das pontas dos ramos. A seguir, os mesmos pesquisadores prepararam um gráfico que mostra a diferença genética entre cada vírion da árvore e o ancestral comum, em função do ano em que o vírion foi coletado (Figura 1.22b). Os vírions individuais são representados no gráfico por letras coloridas correspondentes ao seu subtipo. Como vimos na Figura 1.17a (página 19), em relação aos vírions que evoluem no inte-

rior de um único paciente, os vírions analisados na Figura 1.22b apresentam divergência crescente com o passar do tempo. Isto é, quanto mais tarde a amostra foi coletada, maior é a sua diferença genética com o ancestral comum. A linha laranja é a de melhor ajuste estatístico ao longo dos dados plotados. Finalmente, Korber e colaboradores extrapolaram essa linha retrocedendo no tempo, a fim de estimarem o ano em que uma amostra deveria ter sido coletada para ter uma diferença genética nula com o ancestral comum (Figura 1.22c). Em outras palavras, retrocederam à data de existência do próprio ancestral comum. A linha de melhor ajuste alcança zero em 1931. A extrapolação é um pouco arriscada, podendo haver também distorções nos dados, devido a erros de amostragem. A verdadeira relação entre a divergência de seqüências e o tempo poderia estar em qualquer lugar entre as linhas cinzentas da figura. Com 95% de confiança, esses pesquisadores estimam que o ancestral comum dos vírions de seu grupo M viveu durante o período entre 1915 e 1941, o que está indicado pela barra preta, no eixo horizontal da Figura 1.22c. Análises adicionais realizadas pela mesma equipe e por outras produziram estimativas semelhantes (Salemi et al., 2001; Sharp et al., 2001; Yusim et al., 2001).

à varíola. A dificuldade de projetar drogas antivirais, aliada à velocidade em que o HIV desenvolveu resistência às drogas, tornou o desenvolvimento de vacinas uma prioridade urgente para a comunidade científica que pesquisa a AIDS. É possível projetar uma vacina que torne as pessoas imunes ao HIV? As vacinas funcionam aparelhando o sistema imune para responder imediatamente a uma infecção. Para reagir às infecções bacterianas e virais, as células T devem identificar uma proteína do patógeno como estranha, ou não-própria. Como vimos na Seção 1.3, um fragmento dessa proteína estranha que é reconhecido como não-próprio e desencadeia uma resposta das células T é denominado epítopo. As vacinas constituem-se de epítopos de vírions mortos ou enfraquecidos. Ainda que nenhuma infecção real ocorra após a vacinação, o sistema imune responde ativando as células que reconhecem os epítopos apresentados. Caso uma autêntica infecção se inicie posteriormente, o sistema imune está preparado para reagir mais rapidamente do que, de outro modo, poderia reagir. Em geral, o invasor é eliminado antes que a infecção cause uma doença. No caso do HIV, a maioria dos epítopos apresentados ao sistema imune é derivada da proteína gp120 que recobre a superfície do vírion (ver Figura 1.5 na página 7). Então, para ser eficaz, a vacina deveria conter epítopos da proteína gp120 encontrada em muitas linhagens diferentes de HIV. As árvores evolutivas que examinamos revelam a existência de muitos subgrupos diferentes de HIV-1 em conseqüência à sua transmissão independente dos chimpanzés para os humanos. A diversidade resultante das linhagens de HIV desafia

Análise Evolutiva

(b)

B

(a)

A

  m   u   m 0,18   o   c    l   a   r    t   s 0,16   e   c   n   a   o    d 0,14   a    i   c   n    ê   g   r 0,12   e   v    i    D

Ancestral comum D

C

 J 0,10

H

0,10 1980

F

Época do ancestral comum de linhagens do grupo M do HIV-1. (a) Árvore evolutiva sem raiz para 159 amostras de HIV do grupo M. A ponta de cada ramo representa um vírion; a distância da ponta de um vírion à ponta de outro representa a diferença genética entre esses dois vírions. O ponto de cor laran ja assinala o ancestral comum de todas as linhagens do grupo M. (b) Este gráfico mostra a diferença genética entre cada amostra de HIV em (a) e o ancestral comum, como uma função da época em que a amostra foi coletada. A linha de melhor ajuste estatístico é a de cor laranja. (c) A extrapolação da linha de melhor ajuste estatístico em (b) para a diferença genética nula fornece uma estimativa da época em que o ancestral comum existia. Segundo Korber et al. (2000). Figura 1.22

0,20

1985

1990

1995

2000

Ano de coleta da amostra (c)

0,2   m   u   m   o 0,15   c    l   a   r    t   s   e   c   n 0,1   a   o    d   a    i   c   n    ê 0,05   g   r   e   v    i    D

0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Ano de coleta da amostra

o desenvolvimento de vacinas. Além disso, visto que a transmissão dos SIVs aos humanos ocorreu repetidamente no passado, é provável que continue no futuro, também. Os comprimentos dos ramos nas Figuras 1.21b e 1.22a sugerem que a divergência das seqüências é alta, mesmo nos subgrupos de HIV-1. Na verdade, as proteínas do envelope das linhagens de HIV do mesmo subgrupo podem diferir em cerca de 20%, e em linhagens de subtipos diferentes essa diferença pode chegar a 35% (Gaschen et al., 2002). Pesquisa de Tuofo Zhu e colaboradores (1998) também repisa esse aspecto. Os referidos pesquisadores seqüenciaram os genes de HIV-1 encontrados em uma amostra de sangue obtida de um homem procedente do Congo, em 1959. Essa é a amostra mais remota de HIV descoberta até o momento. A análise dos pesquisadores mostra que a amostra de 1959 é notavelmente diferente das linhagens contemporâneas. Nas próprias palavras dos referidos autores (p. 596), “a diversificação do HIV-1, há 40-50 anos passados, sinaliza ainda para uma maior heterogeneidade viral nas décadas vindouras”. A rápida evolução do HIV, como a rápida alteração genética observada geralmente nos vírus da gripe e do resfriado, dificulta a produção de vacinas. Os resultados do primeiro estudo amplo de uma vacina contra a AIDS foram publicados no início de 2003 (Cohen, 2003a, b). A vacina AIDSVAX, produzida pela VaxGen, não conseguiu proteger os indivíduos que a tomaram mais do que um placebo. Muitos pesquisadores estão pessimistas quanto às perspectivas de se descobrir, enfim, uma vacina eficaz contra a AIDS (Korber et al ., 1998; Letvin, 1998; Baltimore e Heilman, 1998). Outros não desistiram (ver Baltimore, 2000; Cohen, 2002b). No entanto, aqueles que conti-

29

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Scott Freeman & Jon C. Herron

nuam a pesquisar por vacinas estão sofisticando suas estratégias de pesquisa (Gashen et al., 2002; Nickle et al., 2003). Alguns, por exemplo, estão pesquisando vacinas regionais, com epítopos similares aos do subtipo de HIV predominante localmente, em vez de vacinas globais. A vacina regional possivelmente inclui epítopos semelhantes aos do ancestral comum inferido na reconstrução de uma árvore evolutiva de linhagens locais, maximizando sua similaridade à diversidade de linhagens existentes atualmente. As vacinas regionais fornecem outro exemplo de como os métodos analíticos da biologia evolutiva servem como instrumentos valiosos nas tentativas de melhorar a saúde pública. Discutiremos outra aplicação da análise evolutiva no planejamento de vacinas no Capítulo 14.

Resumo Toda vez que invade uma célula hospedeira, um vírion de HIV transcreve reversamente seu genoma de RNA em uma cópia de DNA que funciona como molde para a próxima geração de partículas virais. Uma vez que a transcrição reversa é propensa a erros, uma população de HIV desenvolve rapidamente substancial diversidade genética. Algumas variantes genéticas replicam-se depressa, enquanto outras morrem. Conseqüentemente, a composição da população irá modificar-se no decorrer do tempo, ou seja, a população evoluirá. Do mesmo modo que as populações de HIV evoluem em resposta à seleção imposta pelos seus hospedeiros, também as populações hospedeiras podem evoluir em resposta à seleção imposta pelos vírus. Algumas populações humanas possuem variação genética para a suscetibilidade à infecção do HIV. Se, durante uma epidemia de AIDS, os indivíduos suscetíveis morrerem em taxas mais altas do que os resistentes, ao longo do tempo a composição genética dessas populações irá modificar-se. O potencial de evolução rápida do HIV tem conseqüências profundas para os indivíduos e para a saúde pública. No interior dos indivíduos infectados, as populações de HIV desenvolvem, com rapidez, a resistência a qualquer droga anti-

retroviral isolada e podem até mostrar resistência aos coquetéis de múltiplas drogas. Sem um tratamento anti-retroviral eficaz, as populações de HIV também evoluem continuamente para escapar da resposta imune do hospedeiro, um processo que, em última análise, contribui para o colapso do sistema imune e o início da AIDS. Entre os indivíduos infectados, o HIV diversifica-se tão velozmente e a tal ponto que será difícil ou impossível desenvolver uma vacina eficaz de amplo espectro. Nossa maior esperança para reduzir a epidemia mundial de AIDS continua sendo a educação individual voltada para o incentivo da prática de sexo seguro e do uso de agulhas nãocontaminadas. O HIV pertence a uma família de vírus que infectam diversos primatas. As árvores evolutivas com base em comparações genéticas revelam que o HIV-2 foi transmitido para os humanos pelos mangabeis fuliginosos, enquanto o HIV-1 o foi pelos chimpanzés, em mais de uma ocasião. Focalizando, neste capítulo, a adaptação e a diversificação do HIV, introduzimos tópicos que repercutirão ao longo do texto: mutação e variação, competição, seleção natural, reconstrução filogenética, diversificação de linhagem e aplicações da teoria evolucionista aos problemas científicos e humanos.

Questões 1.

Quando o HIV se introduziu na população humana e de que fonte partiu? Como sabemos disso?

2.

Reexamine o processo pelo qual a população de HIV desenvolve resistência à droga AZT no interior do hospedeiro humano. Como um cenário semelhante explicaria a evolução da resistência a antibióticos em uma população de bactérias?

3.

No início da década de 1990, os pesquisadores começaram a encontrar linhagens de HIV-1 resistentes à AZT em pacientes com infecção recente, que jamais haviam recebido essa droga. Como isso pode acontecer?

4.

Que características do HIV contribuem para sua evolução rápida?

5.

Conhecido o risco de evolução de resistência, você sabe por que não foram dadas altas doses de AZT imediatamente aos dois pacientes mostrados na Figura 1.11, em vez de iniciar seu tratamento com baixas doses?

6.

A idéia subjacente ao tratamento com múltiplas drogas para o HIV é aumentar o número de mutações necessárias para desenvolver resistência e, portanto, reduzir a quantidade de variação genética da população viral para sobreviver em presença das drogas. Poderíamos obter o mesmo efeito usando drogas anti-retrovirais em seqüência, em vez de simultaneamente? Por que sim, ou por que não?

7.

Alguns médicos defendem os “feriados sem drogas” como uma maneira de auxiliar os pacientes com HIV a agüentar os efeitos colaterais do tratamento com múltiplas drogas. Se-

Análise Evolutiva

gundo essa prescrição, com muita freqüência os pacientes parariam de tomar as drogas durante algum tempo. Sob o ponto de vista evolucionista, essa parece uma boa idéia ou uma má idéia? Justifique sua resposta. 8.

9.

Lembre-se de que discutimos dois tipos diferentes de seleção neste capítulo: a seleção de diferentes linhagens virais no interior de um hospedeiro e a seleção das linhagens virais que são capazes de se transmitirem de um hospedeiro para outro. Agora, considere a hipótese, defendida tradicionalmente pelos pesquisadores da área biomédica, de que os agentes que causam doenças evoluem naturalmente em formas mais benignas, quando os sistemas imunes de seus hospedeiros desenvolvem respostas mais eficientes contra eles. A evidência que examinamos, sobre a evolução do HIV intra e inter-hospedeiros, é compatível com essa hipótese? Por que sim, ou por que não? Os autores de ficção científica freqüentemente fazem declarações interessantes sobre a evolução: a. Responda à seguinte citação do Dr. Spock, personagem do seriado  Jornada nas Estrelas: “Um parasita realmente bemsucedido é o comensal, vivendo amistosamente com seu hospedeiro ou até oferecendo-lhe vantagens, como, por exemplo, os protozoários que vivem no sistema digestório dos térmites e digerem a madeira que eles comem. Um parasita que regular e inevitavelmente mata seu hospedeiro não consegue sobreviver por muito tempo, no sentido evolutivo, a menos que se multiplique com enorme rapidez; ele não é um pró-sobrevivente.”

b.

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O HIV é uma máquina molecular robótica diminuta. Muitos livros de ficção científica descrevem robôs que evoluem, tornando-se inteligentes e conscientes (e, geralmente, buscam a liberdade, desenvolvem emoções e iniciam guerras com os humanos). Em que condições os robôs realmente poderiam evoluir? É necessário que os robôs se reproduzam, por exemplo?

10.

Como o HIV-2 ilustra a transação entre virulência (dano ao hospedeiro atual) e transmissão (transferência para novos hospedeiros)?

11.

Alguns pesquisadores esperam que as populações humanas evoluam em resposta à epidemia de AIDS, pois os alelos que conferem resistência à infecção do HIV devem aumentar sua freqüência na população ao longo do tempo. Você concorda com essa predição? Caso afirmativo, quando e onde você acha que isso acontecerá primeiro? Como você planejaria um estudo para testar suas predições?

12.

Suponha que o HIV fosse o ancestral dos SIVs, não o contrário. Se os vírus de imunodeficiência fossem transmitidos, originalmente, dos humanos para os macacos e chimpanzés, faça um esboço de como seria, então, a Figura 1.21a.

13.

Nem todos os vírus são perigosos (o do resfriado comum é um exemplo). No entanto, o HIV é quase 100% letal. Descreva as três hipóteses principais segundo as quais o HIV é tão letal.

Explorando a literatura 14.

15.

16.

A resistência a drogas evoluiu em uma ampla variedade de vírus, bactérias e outros parasitas. Os seguintes artigos descrevem a evolução da resistência a drogas no vírus da hepatite B (HBV) e na bactéria que causa a tuberculose:

dores utilizam, então, uma árvore evolutiva reconstruída para testar sua hipótese. Pense em como esse teste poderia funcionar. Se tal hipótese for verdadeira, como será essa árvore? E se for falsa? Depois, consulte o artigo de Trask et al.:

Blower, S. M., and T. Chou. 2004. Modeling the emergence of “hot zones”: tuberculosis and the amplification dynamics of drug resistance. Nature Medicine  10: 1111–1116. Shaw, T. A., A. Bartholomeusz, and S. Locarnini. 2006. HBV drug resistance: mechanisms, detection and interpretation. Journal of Hepatology 44: 593–606.

Trask, S.A., C. A. Derdeyn, U. Fideli, et al. 2002. Molecular epidemiology of human immunodeficiency virus type 1 transmission in a heterosexual cohort of discordant couples in Zambia.  Journal of Virology 76: 397–405.

Para documentação da natureza contingente da seleção natural no contexto da resistência a drogas no HIV, veja:

Também veja uma interessante atualização desse tópico, que descobriu que o risco de adquirir o HIV de um parceiro infectado é mais alto quando ambos compartilham certos alelos do sistema imune:

Devereux, H. L., V. C. Emery, M. A. Johnson, and C. Loveday. 2001. Relative fitness in vivo of HIV-1 variants with multiple drug resistanceassociated mutations. Journal of Medical Virology 65: 218–224.

Dorak, M., J.Tang, J. Penman-Aguilar, et al. 2004. Transmission of HIV-1 and HLA-B allele-sharing within serodiscordant heterosexual Zambian couples. Lancet  363: 2137–2139.

Este artigo mostra que a mutação que torna o HIV resistente à droga anti-retroviral 3TC também torna a transcriptase reversa menos propensa a erros: Wainberg, M. A., W. C. Drosopoulos, H. Salomon, et al. 1996. Enhanced fidelity of 3TC-selected mutant HIV-1 reverse transcriptase. Science  271: 1282–1285.

17.

Stanley Trask e colaboradores (2002) formularam a hipótese de que a maioria das transmissões do HIV-1 na África Subsaariana ocorre entre casais. Ou seja, o marido adquire o HIV e depois o transmite à sua esposa, ou vice-versa. Esses pesquisa-

18.

No Quadro 1.1, discutimos várias classes novas de drogas anti-HIV, incluindo os inibidores de fusão. Algumas drogas desse tipo agem mediante ligação com a CCR5, impedindo o HIV de se ligar a essa proteína e usá-la como co-receptora. Imagine o tratamento de uma infecção de HIV apenas com um desses antagonistas da CCR5. Como a população de HIV evoluiria em resposta? Isto é, faça a predição dos tipos de mutações que poderiam atingir alta freqüência, porque conferem ao HIV a capacidade de se replicar em presença da droga. Depois leia:

32

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enciclopédia Wikipédia (www.wikipedia.org ), editada publicamente. Em sua opinião, essas hipóteses foram testadas adequadamente? A hipótese OPV foi o tema de recente pesquisa. Há pouco, os pesquisadores conseguiram obter amostras da vacina contra a pólio que foi usada na África na década de 1950. Mediante seqüenciamento dos RNAs ribossômicos presentes nas vacinas, conseguiram testar se a espécie usada no preparo da vacina era realmente de chimpanzé, como haviam proposto. Além disso, existem novas informações sobre se e onde havia populações de chimpanzés selvagens que continham o tipo de SIV que tem relação mais próxima com o HIV. Veja:

Mosier, D. E., G. R. Picchio, R. J. Gulizia, et al. 1999. Highly potent RANTES analogues either prevent CCR5-using human immunodeficiency virus type 1 infection in vivo or … [remainder of title truncated to avoid giving away an answer].  Journal of Virology 73: 3544–3550. Trkola, A., S. E. Kuhmann, J. M. Strizki, et al. 2002. HIV-1 escape from a small molecule, CCR5-specific entry inhibitor does not involve … [remainder of title truncated to avoid giving away an answer]. Proceedings of the National Academy of Sciences  USA 99: 395–400.

Para mais informações sobre essa classe de drogas, veja: Krambovitis, E., F. Porichis, and D. A. Spandidos. 2005. HIV entry inhibitors: a new generation of antiretroviral drugs. Acta Pharmacologica Sinica 26: 1165–1173. 19.

Veja o seguinte artigo para uma revisão dos recentes esforços para desenvolver uma vacina contra o HIV:

Berry, N., A. Jenkins, J. Martin, et al. 2005. Mitochondrial DNA and retroviral RNA analyses of archival oral polio vaccine (OPV CHAT) materials: evidence of [rest of title deleted to avoid giving away the answer]. Vaccine  23: 1639–1648. Keele, B. F., F.. van Heuverswyn,Y. Li, et al. 2006. Chimpanzee reservoirs of pandemic and nonpandemic HIV-1. Science Express Reports (www. sciencemag.org ),10.1126/science.1126531.

Girard, Marc P., S. K. Osmanov, and M. P. Kieny. 2006. A review of vaccine research and development:The human immunodeficiency virus (HIV). Vaccine  24: 4062–4081. 20.

A AIDS gerou numerosas teorias marginais controversas. Algumas negam a relação entre o HIV e a AIDS, afirmando que o HIV é um vírus oportunista inofensivo e que a própria AIDS é causada por outros fatores, como o abuso de drogas. Essas hipóteses foram progressivamente desacreditadas nas duas últimas décadas, mas ainda merecem crédito de muitas pessoas, inclusive de homens homossexuais e alguns funcionários de saúde pública (principalmente na África do Sul). Outra hipótese marginal afirma que o HIV não se originou de chimpanzés selvagens, mas de uma vacina oral experimental contra a poliomielite, derivada de culturas de células de chimpanzé e administrada a muitos africanos durante os últimos anos da década de 1950. Leia mais sobre a história e o estado atual dessas hipóteses nos artigos “AIDS reappraisal” e “OPV AIDS hypothesis” na

21.

Veja os seguintes artigos e websites para informações recentes sobre a pandemia de HIV: Stover, J., S. Bertozzi, J-P Gutierrez, et al. 2006. The global impact of scaling up HIV/AIDS prevention programs in low- and middle-income countries. Science  311: 1474–1476. Guia e revisão de literatura recente sobre o HIV da revista New Scientist : http://www.newscientist.com/channel/health/hiv 

Manual médico completo sobre o HIV, disponível para baixar em PDF gratuitamente: http://www.hivmedicine.com/  Website   da AIDS do National Institute of Health: http://www.niaid.nih.  gov/daids/ 

Artigo detalhado sobre o HIV da enciclopédia Wikipédia, editada publicamente, com referências, links e notícias recentes: www.wikipedia. org/wiki/hiv 

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