Sempre que ocorre um grande surto de doença, uma das primeiras perguntas que os cientistas e o público fazem é: “De onde veio isso?”

Para prever e prevenir futuras pandemias como o COVID-19, os pesquisadores precisam encontrar a origem dos vírus que os causam. Esta não é uma tarefa trivial. O origem do HIV só ficou claro 20 anos depois de se espalhar pelo mundo. Os cientistas ainda não sabem a origem do Ebola, embora tenha causou epidemias periódicas desde 1970.

Como especialista em ecologia viralMuitas vezes me perguntam como os cientistas rastreiam as origens de um vírus. Em meu trabalho, encontrei muitos novos vírus e alguns patógenos bem conhecidos que infectam plantas selvagens sem causar nenhuma doença. Vegetais, animais ou humanos, os métodos são basicamente os mesmos. Rastrear as origens de um vírus envolve uma combinação de extenso trabalho de campo, testes de laboratório completos e um pouco de sorte.

Os vírus saltam de hospedeiros de animais selvagens para humanos

Muitos vírus e outros agentes de doenças que infectam pessoas têm origem em animais. Essas doenças são zoonótico, o que significa que são causados ​​por vírus animais que atingem as pessoas e se adaptam para se espalhar pela população humana.

Pode ser tentador iniciar a pesquisa de origem viral testando animais doentes no local da primeira infecção humana conhecida, mas os hospedeiros selvagens geralmente não apresentam sintomas. Os vírus e seus hospedeiros se adaptam uns aos outros ao longo do tempo, então os vírus muitas vezes não causam sintomas de doença óbvios até saltou para uma nova espécie hospedeira. Os pesquisadores não podem apenas procurar animais doentes.

Outro problema é que as pessoas e seus animais de alimentação não estão parados. O local onde os pesquisadores encontram a primeira pessoa infectada não é necessariamente próximo ao local onde o vírus surgiu pela primeira vez. Um desafio no rastreamento da origem viral é a ampla variedade de amostras humanas e animais que precisam ser coletadas e testadas. LLuis Alvarez / DigitalVision via Getty Images

No caso do COVID-19, os morcegos eram um primeiro lugar óbvio para procurar. Eles são hospedeiros conhecidos para muitos coronavírus e são a provável fonte de outras doenças zoonóticas como SARS e MERS.

Para SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19, o parente mais próximo que os cientistas encontraram até agora é BatCoV RaTG13. Este vírus faz parte de uma coleção de coronavírus de morcegos descobertos em 2011 e 2012 por virologistas do Instituto de Virologia de Wuhan. Os virologistas estavam procurando coronavírus relacionados à SARS em morcegos após o SARS-CoV-1 pandemia em 2003. Eles coletaram amostras fecais e esfregaços de garganta de morcegos em um local na província de Yunnan a cerca de 932 quilômetros do laboratório do instituto em Wuhan, de onde trouxeram amostras para estudos adicionais.

Para testar se os coronavírus dos morcegos poderiam se espalhar pelas pessoas, os pesquisadores infectaram células renais de macacos e células derivadas de tumor humano com as amostras de Yunnan. Eles descobriram que vários vírus desta coleção poderiam replicar nas células humanas, o que significa que eles poderiam ser potencialmente transmitidos diretamente de morcegos para humanos sem um hospedeiro intermediário. Morcegos e pessoas não entram em contato direto com muita frequência, portanto, um hospedeiro intermediário ainda é bastante provável.

Encontrando os parentes mais próximos

A próxima etapa é determinar o quão intimamente relacionado um vírus suspeito de vida selvagem está com aquele que infecta humanos. Os cientistas fazem isso descobrindo a sequência genética do vírus, que envolve determinar a ordem dos blocos de construção básicos, ou nucleótidos, que constituem o genoma. Quanto mais nucleotídeos duas sequências genéticas compartilham, mais intimamente relacionadas elas são.

O sequenciamento genético do coronavírus de morcego RaTG13 mostrou que acabou 96% idêntico para SARS-CoV-2. Esse nível de similaridade significa que o RaTG13 é um parente muito próximo do SARS-CoV-2, confirmando que o SARS-CoV-2 provavelmente se originou em morcegos, mas ainda está muito distante para ser um ancestral direto. Provavelmente houve outro hospedeiro que pegou o vírus em morcegos e o transmitiu aos humanos. Para encontrar o hospedeiro intermediário entre os morcegos e os humanos, os pesquisadores precisam lançar uma grande rede e amostrar muitos animais diferentes. AP Photo / Silvia Izquierdo

Como alguns dos primeiros casos de COVID-19 foram encontrados em pessoas associadas ao mercado de vida selvagem em Wuhan, especulou-se que um animal selvagem desse mercado era o hospedeiro intermediário entre os morcegos e os humanos. No entanto, pesquisadores nunca encontrei o coronavírus em animais do mercado.

Da mesma forma, quando um coronavírus relacionado foi identificado em pangolins confiscados em uma operação de combate ao contrabando no sul da China, muitos chegaram à conclusão de que o SARS-CoV-2 passou de morcegos a pangolins e a humanos. O vírus pangolin foi encontrado para ser apenas 91% idêntico ao SARS-CoV-2, porém, tornando improvável que seja um ancestral direto do vírus humano.

Para identificar a origem do SARS-CoV-2, muito mais amostras selvagens precisam ser coletadas. Esta é uma tarefa difícil - amostrar morcegos consome tempo e requer precauções estritas contra infecções acidentais. Uma vez que coronavírus relacionados à SARS são encontrados em morcegos em toda a ásia, incluindo a Tailândia e o Japão, é um palheiro muito grande para procurar uma agulha muito pequena.

Criando uma árvore genealógica para SARS-CoV-2

Para resolver o quebra-cabeça das origens e movimentos virais, os cientistas não apenas precisam encontrar as peças que faltam, mas também descobrir como elas se encaixam. Isso requer a coleta de amostras virais de infecções humanas e a comparação dessas sequências genéticas entre si e com outros vírus derivados de animais.

Para determinar como essas amostras virais estão relacionadas entre si, os pesquisadores usam ferramentas de computador para construir a árvore genealógica do vírus, ou filogenia. Os pesquisadores comparam as sequências genéticas de cada amostra viral e constroem relações alinhando e classificando as semelhanças e diferenças genéticas.

O ancestral direto do vírus, compartilhando a maior semelhança genética, pode ser considerado seu pai. As variantes que compartilham a mesma sequência pai, mas com mudanças suficientes para torná-las distintas umas das outras, são como irmãos. No caso do SARS-CoV-2, o Variante da África do Sul, B.1.351, e a variante do Reino Unido, B.1.1.7, são irmãos.

Construir uma árvore genealógica é complicado pelo fato de que parâmetros de análise diferentes podem dar resultados diferentes: O mesmo conjunto de sequências genéticas pode produzir duas árvores genealógicas muito diferentes. As sequências de nucleotídeos de seis vírus fictícios são mostradas no topo. Abaixo estão duas árvores genealógicas desses vírus criados usando dois programas diferentes. A árvore à esquerda usa apenas porcentagem de identidade, enquanto a árvore à direita também considera se as duas sequências compartilham caracteres semelhantes. Marilyn Rossinck, CC BY-ND

Para SARS-CoV-2, a análise filogenética mostra-se particularmente difícil. Apesar dezenas de milhares de sequências SARS-CoV-2 estão agora disponíveis, eles não diferem um do outro o suficiente para formar uma imagem clara de como eles estão relacionados entre si.

O debate atual: hospedeiro selvagem ou transbordamento de laboratório?

O SARS-CoV-2 poderia ter sido liberado de um laboratório de pesquisa? Apesar evidência atual implica que este não é o caso, 18 virologistas proeminentes sugeriram recentemente que esta questão deveria ser investigado mais a fundo.

Embora tenha havido especulação sobre o SARS-CoV-2 sendo projetado em um laboratório, essa possibilidade parece altamente improvável. Ao comparar a sequência genética de RaTG13 selvagem com SARS-CoV-2, as diferenças são espalhadas aleatoriamente pelo genoma. Em um vírus de engenharia, haveria blocos claros de mudanças que representam sequências introduzidas de uma fonte viral diferente.

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Existe uma sequência única no genoma da SARS-CoV-2 que codifica uma parte da proteína spike que parece desempenhar um papel importante na infecção de pessoas. Curiosamente, uma sequência semelhante é encontrada no coronavírus MERS que causa uma doença semelhante a COVID-19.

Embora não esteja claro como o SARS-CoV-2 adquiriu essas sequências, a evolução viral sugere que elas surgiram de processos naturais. Vírus acumular mudanças ou por troca genética com outros vírus e seus hospedeiros, ou por erros aleatórios durante a replicação. Vírus que ganham uma mudança genética que lhes dá uma vantagem reprodutiva normalmente continuaria a transmiti-lo por meio da replicação. O fato de MERS e SARS-CoV-2 compartilharem uma sequência semelhante nesta parte do genoma sugere que ele evoluiu naturalmente em ambos e se espalhou porque os ajuda a infectar células humanas.

Para onde ir a partir daqui?

Descobrir a origem do SARS-CoV-2 pode nos dar pistas para entender e prever futuras pandemias, mas talvez nunca saibamos exatamente de onde veio. Independentemente de como o SARS-CoV-2 saltou para os humanos, ele está aqui agora e provavelmente veio para ficar. No futuro, os pesquisadores precisam continuar monitorando sua disseminação e vacinar o máximo possível de pessoas.

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