presente e futuro das mutações

 

Há um ano, durante a primeira onda da pandemia, Adriana Heguy começou a sequenciar o genoma do coronavírus genomas. Na época, os hospitais da cidade de Nova York estavam lotados e a capacidade de testes dos Estados Unidos era péssima; o foco era aumentar os testes, para descobrir quem tinha o vírus.. Mas Heguy,diretora Genome Technology Center da NYU Langone Health, reconheceu que os testes de diagnóstico não eram suficientes. Rastrear mutações no código genético do vírus seria crucial para entendê-lo. Em poucas semanas, sua equipe sequenciou centenas de amostras do vírus coletadas na cidade de Nova York e publicou um artigo com descobertas importantes: o vírus já circulava na cidade semanas antes do bloqueio; a maioria dos casos tinha vindo da Europa, não da China.

 

Os esforços de Heguy foram fundamentais. O mundo agora está enfrentando um número crescente de variantes do coronavírus que ameaçam desacelerar ou desfazer o progresso das nossas vacinas. Nos últimos meses, ficou claro que o vírus está sofrendo mutações que o tornam mais transmissível e resistente às vacinas, e possivelmente mais mortal. Também está claro que não existe um sistema organizado para rastrear a propagação ou o surgimento de variantes na maior parte do mundo.

Na opinião de Heguy, os Estados Unidos têm experiência e capacidade de sequenciamento de genoma mais do que suficiente; o problema é o foco. O financiamento também tem sido um grande problema. Por causa de seus esforços mais bem organizados, outros países têm sido mais bem-sucedidos na identificação de novas versões do vírus: a razão pela qual a variante do Reino Unido foi identificada é que o país tem um bom sistema para identificar variantes.Eles sequenciaram, por meses, pelo menos dez por cento de seus testes positivos.Com isso aumenta em muito a chance de pegar uma variante que pode se tornar dominante.

O laboratório de Heguy sequencia noventa e seis amostras por semana - tantas quantas cabem em uma única placa de amostra, que tem oito linhas e doze colunas. O processo - receber, preparar, sequenciar e analisar amostras e, em seguida, relatar os resultados - leva tempo e recursos e desvia a atenção de outras pesquisas. À medida que entramos no que parece ser o fim do jogo da pandemia, rastrear e analisar variantes - que podem encher hospitais e reduzir a eficácia de terapias e vacinas - é mais importante do que nunca.

 

Para entender as variantes do coronavírus é preciso ter uma noção sobre a biologia viral e, mais especificamente, sobre como os fragmentos de RNA e proteínas dos quais os vírus são feitos se reproduzem. O Sars -CoV-2 tem cerca de trinta mil letras de RNA em seu genoma. Essas letras, ou “bases”, são como os planos arquitetônicos para as 29 proteínas do vírus, incluindo a proteína “spike” que ele usa para entrar nas células. Uma vez dentro da célula, o vírus sequestra a maquinaria celular, usando-a para fazer cópias de si mesmo. Como o maquinário é bom, mas não perfeito, podem ocorrer erros ocasionais.O Sars-CoV-2 possui um mecanismo que verifica o novo código copiado contra o código antigo; ainda assim, é possível que a substituição, exclusão ou adição de um aminoácido evite essa revisão. Se os erros não interrompem o processo de replicação completamente, eles se infiltram na próxima geração. A maioria das mutações não altera significativamente a estrutura ou função de uma proteína.

 Às vezes, no entanto, um desses experimentos acidentais "funcionam” : pronto ! uma variante foi criada - um vírus com um design ligeiramente diferente.

 

O Sars-CoV-2 já acumulou inúmeras mutações. Aquelas que importam têm uma de duas características principais: eles ajudam o vírus a se agarrar e entrar nas células mais facilmente ou permitem que ele evite melhor a marcação e a destruição pelo sistema imunológico.

Hoje, os cientistas estão seguindo três variantes de preocupação particular: B.1.1.7, originalmente detectado no Reino Unido; B.1.351, da África do Sul; e P.1, do Brasil. Previsivelmente, as variantes parecem ter surgido mais rapidamente em países com disseminação viral galopante - lugares onde o vírus teve mais chances de se replicar, sofrer mutação e atingir mudanças que conferem uma vantagem evolutiva. A variante B.1.1.7 do Reino Unido se espalhou para mais de oitenta países e vem dobrando a cada dez dias nos Estados Unidos, onde se espera que em breve se torne a variante dominante. Sua mutação principal é chamada de N501Y: o nome descreve o fato de que o aminoácido asparagina (“N”) é substituído por tirosina (“Y”) na quinhentésima primeira posição da proteína spike. A mutação afeta uma parte da spike que permite que o vírus se ligue às células, tornando a variante cerca de cinquenta por cento mais transmissível do que a original; novas evidências também sugerem que as pessoas infectadas com ele têm cargas virais mais altas e permanecem infecciosas por mais tempo, o que pode ter implicações para as diretrizes de quarentena.

Ambas as variantes B.1.351 e P.1 carregam a mutação N501Y. Eles também têm outra mutação mais perigosa, conhecida como E484K: uma substituição de glutamato (“E”) por lisina (“K”) na posição quatrocentos e oitenta e quatro da proteína spike. Essa mutação diminui a capacidade dos anticorpos - adquiridos naturalmente e gerados pela vacina - de se ligar e neutralizar o vírus. No mês passado, a África do Sul suspendeu o uso da vacina produzida pela AstraZeneca, citando evidências de que ela oferece proteção mínima contra a variante B.1.351 que agora é dominante naquele país; um anticorpo monoclonal da Eli Lilly também é inativo contra ele. Nos EUA, uma série de variantes caseiras estão começando a circular, incluindo algumas com a mutação E484K que evita anticorpos; no Reino Unido, a B.1.1.7, em alguns casos, também adquiriu a mutação.

Há uma preocupação crescente de que B.1.351 e P.1 possam infectar pessoas que já tiveram covid-19. A cidade de Manaus, no Brasil, possivelmente enfrentou esse problema – acredita-seae que cerca de três quartos de sua população tenham sido infectados pelo vírus original no no passado - um nível no qual acredita-se que a imunidade de rebanho tenha se formado.

Testes de laboratório examinando sangue de pessoas imunizadas mostraram que as vacinas Pfizer-BioNTech e Moderna - que são eficazes contra a variante do Reino Unido - tendem a produzir menos anticorpos que combatem as variantes sul-africana e brasileira. Ainda não está claro como isso afetará a proteção no mundo real: as vacinas ainda produzem um grande número de anticorpos - provavelmente mais do que o suficiente para neutralizar o vírus - e estimulam outras partes do sistema imunológico, como células T, que não foram avaliados nos exames de sangue. Pelo menos por enquanto, um certo grau de incerteza é inevitável.

 

Devemos nos preocupar com as variantes?

Elas representam um desafio, mas, em comparação com o esforço original de desenvolvimento da vacina, é pequeno. A Pfizer-BioNTech e a Moderna disseram que podem desenvolver doses de reforço em seis semanas que funcionam contra essas variantes; A Moderna já começou a trabalhar em um voltado para a versão sul-africana. De uma perspectiva científica, o desenvolvimento de vacinas específicas para variantes é uma proposta direta - basta trocar o novo material genômico pelo antigo. O teste, a fabricação e a distribuição ainda podem levar meses. Mas o FDA divulgou orientações destinadas a agilizar o processo de aprovação de reforços de coronavírus, indicando que irá revisá-los usando aproximadamente a mesma abordagem que emprega para vacinas anuais contra a gripe. Isso significa que as novas vacinas provavelmente serão testadas em pequenos ensaios com várias centenas de pessoas, ao contrário dos ensaios randomizados maiores que foram necessários para a aprovação inicial das vacinas. Em vez de seguir os sujeitos do estudo por meses para ver se eles desenvolvem covid -19, os pesquisadores serão capazes de usar um teste de sangue para determinar se eles estão montando uma resposta imunológica adequada à variante.

 

Em 6 de janeiro de 2020, Jason McLellan, biólogo estrutural da Universidade do Texas em Austin,soube da presença do novo coronavírus em Wuhan, China. Nas semanas seguintes, McLellan e sua equipe determinaram as estruturas das proteínas-chave no novo coronavírus. Eles aprenderam que o Sars -CoV-2 tinha uma proteína spike “instável”, capaz de mudar de forma quando se anexa às células, e às vezes antes. O sistema imunológico produz anticorpos mais eficazes contra a versão inicial da “pré-fusão” da proteína. O truque, portanto, era bloquear a proteína nesse estado. Com base em seu trabalho com o Mers-cov , McLellan e e colaboradores introduziram duas mutações para estabilizar a proteína spike. A vacina desenvolvida nos Estados Unidos funciona apresentando ao sistema imunológico as proteínas “bloqueadas”.

McLellan tem rastreado as mutações do coronavírus e como elas mudam a estrutura da proteína spike. Durante grande parte de 2020, ele viu que a proteína parecia acumular algumas mutações por mês. Então, em dezembro, as variantes começaram a surgir com até doze mutações simultaneamente. Ele levanta a hipótese de que, além dos fatores usuais - a passagem do tempo, a disseminação viral descontrolada - certos indivíduos aceleram enormemente a taxa de mutação. Algumas pessoas não conseguem eliminar o vírus por muito tempo - sessenta dias, cem dias. Eles montam uma resposta imunológica suficiente para não morrer, mas não o suficiente para se livrar do vírus. Isso cria uma pressão seletiva. Há um experimento evolutivo acontecendo dentro dessas pessoas. O vírus surge com uma série de mudanças, algumas das quais melhoram sua aptidão. Esses indivíduos se tornam não super-espalhadores, mas super-mutadores.

 

No ano passado, em Boston, um homem de 45 anos com uma doença auto-imune contraiu o coronavírus. O homem sofreu diversas complicações e foi internado no hospital seis vezes; ele recebeu as drogas remdesivir, anticorpos monoclonais, esteróides - bem como outros imunossupressores poderosos para tratar complicações de sua condição autoimune. Enquanto isso, seu sistema imunológico comprometido lutava para eliminar a infecção. No total, ele teve uma doença de cinco meses. Ele morreu cento e cinquenta e quatro dias após o diagnóstico, com o vírus ainda circulando em seu corpo.

Análises genéticas conduzidas em diferentes pontos durante a doença desse paciente revelaram que o vírus em seu organismo havia acumulado um número surpreendente de mutações. Dezenas de letras genômicas foram alteradas ou excluídas.

Os genes que codificam a proteína spike respondem por treze por cento do genoma do vírus, mas acumularam , até agora, quase sessenta por cento das mudanças observadas, com a maioria delas ocorrendo em uma região que permite que a proteína se ligue ao seu receptor.

Muitos cientistas suspeitam que a variante B.1.1.7, que surgiu com quase duas dezenas de mutações simultâneas no Reino Unido, emergiu de pacientes que foram tratados com terapias que exerceram mais pressão seletiva sobre o vírus. (A variante sul-africana, em contraste, parece ter evoluído mais gradualmente, sugerindo que a propagação da população foi sua força mutacional dominante.)

 

Como todos os vírus, o Sars -CoV-2 continuará a evoluir. Mas McLellan acredita que tem um número limitado de movimentos ainda disponíveis. Simplesmente não há muito espaço par proteína spike continuar a mudar de forma que permita que ele evite os anticorpos,e ainda se ligue ao seu receptor.. As substituições que permitem ao vírus resistir a anticorpos provavelmente também diminuirão sua afinidade para o receptor ACE-2.

Recentemente, os pesquisadores mapearam o universo de mutações úteis disponíveis para a área de ligação ao receptor da spike. Eles descobriram que a maioria das mudanças que enfraqueceriam a capacidade de ligação de nossos anticorpos ocorrem em apenas alguns locais; a substituição E484K parece ser a mais importante.O fato de que diferentes variantes atingiram independentemente as mesmas mutações sugere que já estamos vendo os limites de para onde o vírus pode ir.Tem um número finito de opções.

Com o tempo, o Sars-CoV-2 provavelmente se tornará menos letal, não mais. Quando as pessoas são expostas a um vírus, muitas vezes desenvolvem imunidade “reativa cruzada” que as protege contra infecções futuras, não apenas para aquele vírus, mas também para cepas relacionadas; com o tempo, o vírus também esgota as possibilidades mutacionais que podem permitir que infecte células enquanto ilude a memória do sistema imunológico.

Isso é o que achamos que aconteceu com os vírus que causam o resfriado comum. Provavelmente causou uma doença grave no passado. Em seguida, ele evoluiu para um lugar onde é menos mortal. Mas, é claro, ainda está conosco.

 É possível que um coronavírus que agora causa o resfriado comum, o OC43, tenha sido responsável pela “gripe russa” de 1889, que matou um milhão de pessoas. Mas OC43, como outros coronavírus, tornou-se menos perigoso com o tempo. Hoje, a maioria de nós é exposta ao OC43 e outros coronavírus endêmicos quando crianças, e experimentamos apenas sintomas leves.Para o Sars -CoV-2, esse futuro pode estar a anos ou décadas de distância.

Por enquanto, rastrear e analisar variantes continua vital. O presidente Joe Biden anunciou um investimento de duzentos milhões de dólares para reforçar a infraestrutura de sequenciamento do país; o CDC indicou que espera sequenciar vinte e cinco mil amostras por semana em um futuro próximo. Serão quase dois bilhões de dólares para fortalecer os esforços de sequenciamento genômico do país.

Vacinas eficazes, variantes emergentes, testes em expansão - o que tudo isso significa?

Existem dois modelos de controle de doenças infecciosas que podem nos ajudar a pensar na luta contra a covid-19. De um lado, há o modelo da bala de prata, tipificado pela erradicação da poliomielite: as vacinas para essa doença foram tão eficazes que, em poucos anos, a tínhamos extinto totalmente em vários países. Por outro lado, há o incremental, abordagem multifacetada, que foi usada para conter a tuberculose. Não existe vacina bala de prata para tuberculose; em vez disso, a doença foi vencida lentamente, por um longo período, usando uma série de intervenções, incluindo melhor saneamento, rastreamento de contato, uso de máscaras e terapias.

Ao constatarmos a eficácia espetacular das vacinas da Pfizer-BioNTech e Moderna, o modelo da pólio parecia ao nosso alcance. Até certo ponto, ainda é: a vacinação universal reduziria drasticamente os danos do covid-19, mesmo que não elimine o coronavírus completamente. Mas, dada a facilidade com que o Sars -CoV-2 se espalha, o quão entrincheirado o vírus se tornou e quantas pessoas são céticas em relação às vacinas, o modelo da tuberculose permanece relevante. Vivemos em um estado liminar, exigindo progresso em ambas as frentes. Agora, as variantes complicaram ainda mais a história.

 

Confrontando as variantes, devemos ser cautelosos, mas esperançosos. Elas são um desenvolvimento preocupante, mas não um golpe devastador. Cada vacina de coronavírus disponível nos Estados Unidos parece capaz de prevenir as consequências mais preocupantes da infecção - doença grave, hospitalização, morte - até mesmo para as novas variantes. (Na África do Sul, onde B.1.351 domina, a vacina da Johnson & Johnson preveniu cem por cento dos casos de covid). As pessoas vacinadas, portanto, devem se sentir confiantes na proteção que ganharam e no conhecimento de que as vacinas de reforço, caso sejam necessárias, podem ser desenvolvidas e aprovadas rapidamente.

Para milhões de pessoas não vacinadas, no entanto, as variantes representam um perigo elevado. Variantes mais transmissíveis significam que atividades como viajar, fazer compras, socializar e jantar apresentam um risco maior de infecção; se os indivíduos infectados por variantes ficarem doentes, eles podem ter menos probabilidade de se beneficiar das terapias existentes.

De certa forma, o início da pandemia foi simples: o vírus estava se espalhando e tínhamos que detê-lo. Seu final será mais complicado. Embora a chegada do vírus tenha mudado a vida de maneira rápida e decisiva, nosso retorno à normalidade não refletirá nossa saída dela. À medida que mais pessoas ganham imunidade, seja por infecção ou inoculação, a vida diária se torna menos arriscada. Nós nos sentiremos mais confortáveis ​​executando tarefas e vendo amigos. Muitos de nós iremos para o escritório, embarcaremos em aviões, comeremos em restaurantes. Com o tempo, shows, casamentos e aulas  voltarão também. As variantes podem adiar ou complicar essa realidade, mas não a excluirão. Um futuro provável é aquele em que a maioria das pessoas estará protegida.Faremos fila para as vacinas de reforço contra o coronavírus da mesma forma que fazemos para as vacinas da gripe. O vírus vai durar e evoluir. Novas variantes, constrangidas pelas limitações moleculares do vírus, surgirão, em um jogo evolucionário de gato e rato. Mas, passo a passo, nossos velhos ritmos retornarão. Acabaremos encontrando um novo equilíbrio, mais favorável à humanidade do que ao vírus - uma ligeira variação na maneira como costumávamos viver.