Como os vírus foram extraordinários na formação da evolução humana

Coronavírus, zika, ebola, gripe e até o resfriado comum e chato – todos conhecemos os vírus que atormentam a humanidade.

Mas, embora saibamos que eles nos deixam doentes, pode ser surpreendente descobrir que, ao longo de milhões de anos, conseguimos aproveitar e domesticar esses invasores astutos.


Desde os primeiros estágios da vida até os sorrisos em nossos rostos, os vírus tiveram uma enorme influência sobre nossa espécie humana.

Como os vírus funcionam

Os vírus são pouco mais que uma sequência de genes (geralmente na forma de uma molécula chamada RNA) empacotados em um revestimento protéico, e todos funcionam da mesma maneira básica.

Quando um vírus infecta uma célula, ele sequestra o próprio mecanismo molecular da célula para copiar seus genes e produzir proteínas virais. Novos vírus são montados a partir dessas peças recém-fabricadas, que acabam explodindo em busca de novas células para atacar.

Para a maioria dos vírus, como a gripe, a história termina aí. Mas um punhado de retrovírus – incluindo o HIV – são ainda mais sorrateiros, invadindo nosso DNA . Elas se inserem aleatoriamente no genoma de um organismo, permanecendo baixas até a hora certa de iniciar a produção do vírus novamente.

Mas uma vez que um retrovírus tenha entrado no DNA de um organismo, não há garantia de que ele permanecerá no lugar. As instruções genéticas podem ser ‘lidas’ a partir do vírus incorporado, convertidas em DNA e coladas em outro local no genoma. Repita esse ciclo várias vezes e várias cópias do DNA viral se acumulam rapidamente.

Ao longo de milhões de anos, essas seqüências de DNA viral mudam e mudam aleatoriamente, perdendo sua capacidade de se libertar de suas células hospedeiras. Presos dentro do genoma, alguns desses retrovírus ‘endógenos’ ainda podem pular, enquanto outros ficam presos para sempre onde aterraram pela última vez.

E se algum desses eventos ocorrer nas células germinativas que produzem óvulos e espermatozóides, elas serão transmitidas ao longo das gerações e eventualmente se tornarão uma parte permanente do genoma de um organismo.

Cerca de metade do genoma humano é composto de milhões de seqüências de DNA que podem ser rastreadas até vírus mortos há muito tempo ou “genes saltadores” semelhantes, conhecidos coletivamente como elementos ou transposons transponíveis.

Alguns pesquisadores chegaram a elevar esse número a 80%, já que as seqüências antigas agora estão degradadas além do ponto de serem reconhecidamente semelhantes a vírus, intemperizados no genoma como fósseis moleculares .

Por muitos anos, os grandes pedaços de DNA repetitivo derivado de vírus que espalhavam o genoma humano foram descartados como “lixo”. Uma proporção dessas coisas repetitivas, sem dúvida, é pouco mais que lixo em nosso tronco genético, mas à medida que os pesquisadores examinam mais de perto os elementos virais individuais, um quadro mais sofisticado está surgindo.

E acontece que, além de serem nossos inimigos genéticos, alguns dos vírus incorporados em nosso genoma se tornaram nossos escravos.

Evolução da sincitina

Há cerca de 15 anos, pesquisadores dos EUA descobriram um gene humano que só era ativo na placenta. Eles a chamavam de sincitina, porque produz uma molécula que funde as células da placenta, criando uma camada especial de tecido conhecida como sincício. Curiosamente, a sincitina se parece muito com um gene de um retrovírus.

Mais tarde, foi descoberto outro gene da sincitina, que também está envolvido na formação da placenta, além de impedir que o sistema imunológico da mãe ataque o feto em seu útero. Mais uma vez, parece que o gene veio de um retrovírus.

Mas enquanto seres humanos e outros primatas grandes têm os mesmos dois genes de sincitina, eles não são encontrados em nenhum outro mamífero com camadas celulares fundidas semelhantes na placenta.

Os ratos também têm dois genes de sincitina: eles fazem o mesmo trabalho que a versão humana, mas parecem vírus completamente diferentes. E há outro gene separado de sincitina derivada de vírus em gatos e cães , ambos descendentes dos mesmos ancestrais carnívoros.

Claramente, todas essas espécies de mamíferos foram infectadas por vírus específicos milhões de anos atrás. Com o tempo, esses vírus foram aproveitados para desempenhar um papel fundamental no crescimento da placenta, tornando-os um elemento permanente em nosso genoma.

Curiosamente, porcos e cavalos não têm uma camada de células fundidas na placenta e também não têm genes que se pareçam com sincitinas derivadas de vírus. Então, talvez eles nunca tenham pego um desses vírus em fusão.

Genes saltadores

Embora o caso da sincitina revele a adoção por atacado de um gene de vírus para cumprir nossas ordens, há muitos outros exemplos de como as sequências virais antigas podem influenciar a atividade gênica nos seres humanos de hoje.

Na década de 1950, um trabalho minuciosamente detalhado da geneticista americana Barbara McClintock, há muito negligenciada, revelou que “genes saltadores” poderiam afetar o genoma das plantas de milho.

E, assim como os “genes saltadores” que McClintock identificou no milho, os retrovírus endógenos que se escondem em nosso próprio genoma humano estão em movimento há milhões de anos, pulando aleatoriamente e alterando a atividade dos genes em sua vizinhança imediata.

Barbara McClintock identificou pela primeira vez os efeitos dos “genes saltadores” no milho © Getty Images
Nossas células investem muita energia na tentativa de impedir que esses elementos virais entrem no pulo. Eles são rotulados e trancados com etiquetas químicas, conhecidas como marcas epigenéticas . Mas, à medida que os elementos virais se movem, esses silenciadores moleculares se movem com eles, para que os efeitos das seqüências virais possam se espalhar para os genes vizinhos, onde quer que eles pousem.

Por outro lado, os vírus também estão cheios de sequências de DNA que atraem moléculas que ativam genes. Em um retrovírus funcional, esses ‘comutadores’ ativam os genes virais para que possam se tornar infecciosos novamente. Mas quando uma sequência semelhante a um vírus é inserida em outra região do genoma, essa capacidade de agir como uma chave genética pode acabar ficando desonesta.

Em 2016, cientistas da Universidade de Utah descobriram que um retrovírus endógeno no genoma humano – originalmente originário de um vírus que infectou nossos ancestrais há cerca de 45 a 60 milhões de anos atrás – liga um gene chamado AIM2 quando detecta uma molécula chamada interferon, que é o ‘sinal de perigo’ que alerta o corpo que está sofrendo uma infecção viral. O AIM2 força então as células infectadas a se autodestruirem, para impedir que a infecção se espalhe mais.

Esses vírus antigos se tornaram ‘agentes duplos’, ajudando nossas células a combater outros vírus que estão tentando nos atacar.

Outro exemplo de vírus que pode ter moldado nossa espécie é encontrado perto de um gene chamado PRODH. O PRODH é encontrado em nossas células cerebrais, particularmente no hipocampo.

Nos seres humanos, o gene é ativado por uma chave de controle feita a partir de um retrovírus morto há muito tempo. Os chimpanzés também têm uma versão do gene PRODH, mas não é tão ativo em seus cérebros.

Uma explicação possível é que um vírus antigo pulou uma cópia de si mesmo ao lado de PRODH em um de nossos ancestrais há muito mortos, milhões de anos atrás, mas que isso não aconteceu nos primatas ancestrais que evoluíram para os chimpanzés de hoje.

Hoje, acredita-se que as falhas no PRODH estejam envolvidas em certos distúrbios cerebrais, por isso é altamente provável que tenha tido pelo menos algum tipo de influência na fiação do cérebro humano.

Da mesma forma, variações nas mudanças genéticas são responsáveis ??pelas diferenças entre as células que constroem nossos rostos humanos à medida que crescemos no útero e os dos chimpanzés. Embora nossos genes sejam virtualmente idênticos aos genes dos chimpanzés, certamente não temos a mesma aparência. Portanto, a diferença deve estar nos interruptores de controle.

A julgar por suas seqüências de DNA, muitos dos comutadores ativos nas células que crescem nossos rostos parecem ter vindo originalmente de vírus, que devem ter entrado no lugar em algum momento de nossa jornada evolutiva para se tornar a espécie de rosto plano que somos hoje.

Os domadores de vírus

Além de procurar exemplos de vírus mortos há muito tempo que alteraram nossa biologia, os cientistas estão procurando os mecanismos de controle que sustentam seus efeitos. Os principais culpados são moléculas silenciadoras especiais chamadas KRAB Zinc Finger Proteins (KRAB ZFPs), que agarram sequências virais no genoma e as fixam no lugar.

O professor Didier Trono e sua equipe na Universidade de Lausanne, na Suíça, descobriram mais de 300 ZFPs KRAB diferentes no genoma humano, cada um dos quais parece preferir um alvo diferente de DNA derivado de vírus. Uma vez lá, eles ajudam a recrutar a maquinaria molecular que ativa ou desativa os genes.

“Esses ZFPs do KRAB foram vistos como ‘assassinos’ desses retrovírus endógenos”, explica Trono. “Mas eles são realmente exploradores desses elementos que permitem ao organismo explorar a riqueza de possibilidades que reside nessas seqüências virais”.

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Trono e sua equipe acreditam que os ZFPs do KRAB são o elo que falta entre as seqüências virais que são ativamente prejudiciais e aquelas que se tornaram chaves de controle domadas.

Eles têm evidências de que as proteínas evoluíram ao lado dos elementos virais em uma espécie de “corrida armamentista”, inicialmente suprimindo-os, mas eventualmente os dominando.

“Pensamos que o que eles fazem é domesticar esses elementos”, diz Trono. “E por domesticação, quero dizer não apenas garantir que os vírus permaneçam inalterados, mas transformá-los em algo benéfico para o hospedeiro, que é uma maneira muito refinada de regular a atividade dos genes em todas as células e situações possíveis”.

Ao longo de nossa evolução, fomos infectados por vírus, mas o Ebola (foto aqui) surgiu apenas recentemente.
Apoiando essa idéia está a constatação de que grupos distintos de KRAB ZFPs estão ativos em diferentes tipos de células. Eles também são encontrados em padrões específicos em diferentes espécies.

Se eles estavam apenas suprimindo vírus, continua o argumento, o mesmo conjunto de proteínas deveria estar presente em todas as células. Além do mais, por que eles seriam encontrados ligados aos muitos milhares de elementos virais mortos há muito tempo que Trono e sua equipe identificaram?

Não faz sentido suprimir um retrovírus morto, portanto eles devem estar desempenhando um papel importante no controle da atividade dos genes.

Embora sua idéia ainda seja um pouco controversa, Trono vê os ZFPs do KRAB como uma força de receptores de escravos virais, aproveitando esses elementos para cumprir nossas ordens e transformando-os em interruptores de controle genético.

Ao longo de muitos milhões de anos, esse poderia ter sido um poderoso motor para a criação de novas espécies. Por exemplo, se um vírus entrar aleatoriamente em uma criatura ancestral e não em outra e for domado ao longo do tempo por um KRAB ZFP, ele criará novas opções de controle que podem ter um grande impacto na aparência ou no comportamento de um animal.

Além disso, esses elementos de salto se tornam mais ativos em tempos de mudança ambiental. À medida que os tempos ficam difíceis, as espécies precisam encontrar novas maneiras de se adaptar ou elas desaparecem.

A ativação desses elementos móveis reorganiza o genoma, lançando novas variações genéticas que fornecem forragem rica para a seleção natural trabalhar.

Vírus: os bons, os maus e os benéficos

É claro que os vírus presos em nosso genoma nos trouxeram enormes benefícios em uma escala de tempo evolutiva. Mas eles não são tão úteis. Cerca de um em cada 20 bebês humanos nasce com um novo ‘salto’ viral em algum lugar de seu genoma, que pode desativar um gene importante e causar doenças.

Há evidências crescentes de que os transposons saltadores contribuem para o caos genético dentro das células cancerígenas . E pesquisas intrigantes sugerem que as células cerebrais são locais particularmente bons para reativar genes saltadores, possivelmente aumentando a diversidade de células nervosas e melhorando nossa capacidade cerebral, mas também potencialmente causando problemas de memória e condições relacionadas ao envelhecimento, como esquizofrenia.

Duas moléculas da enzima transposase ‘cut and paste’ (azul e púrpura) aderem às extremidades livres de um transposon de DNA (rosa), prontas para serem inseridas em um novo local no genoma.
Então, esses vírus dentro do nosso DNA são nossos amigos ou inimigos? Paolo Mita, um pós-doutorado pesquisando transposons na NYU School of Medicine, em Nova York, sugere que é um pouco dos dois.

“Eu os chamo de ‘frenemies’, porque quando você olha para o papel deles em uma vida humana, provavelmente se eles forem mobilizados, haverá efeitos negativos”, explica ele. “No curto prazo, eles são nossos inimigos. Por outro lado, se você estiver olhando através do tempo, esses elementos são uma poderosa força da evolução e ainda estão ativos em nossa espécie hoje.

“A evolução é exatamente a maneira como os organismos respondem às mudanças no ambiente e, nesse caso, são definitivamente nossos amigos, porque moldaram como nosso genoma funciona agora.”

E os vírus que estão nos infectando hoje, como o HIV, terão impacto em nossa evolução no futuro?

“Claro! A resposta é por que não? ri Mita. “Mas serão muitas gerações até que possamos olhar para trás e dizer que essa evolução aconteceu.

“Mas você pode ver os remanescentes de corridas de armas anteriores no genoma entre os retrovírus endógenos e as células hospedeiras. É uma batalha contínua, e acho que nunca parou.

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