Virologia Humana, 3.ª Edição (1)

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As autoras deste livro e a EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. empenharam seus melhores esforços para assegurar que as informações e os procedimentos apresentados no texto estejam em acordo com os padrões aceitos à época da publicação, e todos os dados foram

atualizados pelas autoras até a data da entrega dos originais à editora. Entretanto, tendo em

conta a evolução das ciências da saúde, as mudanças regulamentares governamentais e o constante fluxo de novas informações sobre terapêutica medicamentosa e reações adversas a fármacos, recomendamos enfaticamente que os leitores consultem sempre outras fontes fidedignas, de modo a se certificarem de que as informações contidas neste livro estão corretas e de que não houve alterações nas dosagens recomendadas ou na legislação regulamentadora.

Adicionalmente, os leitores podem buscar por possíveis atualizações da obra em http://gen-io.grupogen.com.br.

As autoras e a editora se empenharam para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os detentores de direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo-se a possíveis acertos posteriores caso, inadvertida e involuntariamente, a identificação de algum deles tenha sido omitida.

As autoras preferiram grafar alguns termos técnicos segundo são comumente utilizados em trabalhos da área a adotar a grafia registrada formalmente no Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa.

EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA.

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Capa: Bruno Sales

Produção digital: Geethik

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S233v 3.ed.

Santos, Norma Suely de O. (Norma Suely de Oliveira),

Virologia humana/Norma Suely de Oliveira Santos, Maria Teresa Villela Romanos, Marcia Dutra Wigg. – 3. ed. – Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2015.

il.

ISBN 978-85-277-2736-5

1. Virologia. I. Romanos, Maria Teresa V. (Maria Teresa Villela), 1959-. II. Wigg, Marcia Dutra. III. Título.

15-19781 CDD: 616

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Colaboradores

Carolina Gonçalves de Oliveira Lucas, M.Sc.

Mestre em Ciências Biológicas (Microbiologia) Departamento de Virologia

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Caroline Cordeiro Soares, D.Sc.

Assistente de Pesquisa Departamento de Virologia

Fundação Oswaldo Cruz do Rio de Janeiro

Christian Maurice Gabriel Niel, D.Sc.

Pesquisador Titular

Departamento de Virologia

Davis Fernandes Ferreira, D.Sc.

Professor Associado

Fernando Portela Câmara, D.Sc.

Professor Associado

Flávio Guimarães da Fonseca, D.Sc.

Professor Adjunto

Universidade Federal de Minas Gerais

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Assistente de Pesquisa Departamento de Virologia

Gabriella da Silva Mendes, D.Sc.

Doutora em Ciências (Microbiologia) Departamento de Virologia

Giselle Priscila dos Anjos Pena, M.Sc.

Jéssica Figueiredo Cavalcanti, M.Sc.

Jorge Luiz dos Santos Gonçalves, D.Sc.

Doutor em Ciências (Microbiologia) Departamento de Imunologia

José Nelson dos Santos Silva Couceiro, D.Sc.

Professor Associado

Luciana Barros de Arruda, D.Sc.

Professora Adjunta

Luciana Jesus da Costa, D.Sc.

Professora Adjunta

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Luz Alba Maria Garcete Fornells Arentz, D.Sc.

Doutora em Química Biológica Departamento de Virologia

Luiz Max Fagundes de Carvalho, B.Sc.

Microbiologista

Luiza Montenegro Mendonça, M.Sc.

Maria Genoveva von Hubinger, D.Sc. (in memoriam)

Professora Adjunta

Raquel Cirlene da Silva, D.Sc.

Doutora em Ciências (Microbiologia) Departamento de Virologia

Selma de Andrade Gomes, D.Sc.

Pesquisadora Titular

Tatiana Ferreira Robaina, D.Sc.

Pós-doutora

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Prólogo

A ideia deste livro emergiu a partir de nossas longas conversas no Departamento de Virologia (DV) do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPPG) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), onde constantemente discutíamos nossa frustração (compartilhada por nossos alunos) com relação à carência de material didático, em português, na área específica da Virologia. Decidimos então, que poderíamos tentar amenizar esse problema produzindo uma apostila para ser utilizada pelos estudantes de graduação do IMPPG. Não era nossa pretensão escrever um “livro”, mas somente um material de apoio para nossos alunos. Para nossa surpresa os alunos passaram a ver a apostila como uma ferramenta valiosa para seus estudos, a ponto da nossa modesta produção amadora não atender à demanda. Veio então a incrível sugestão de nosso caro amigo, o livreiro Nilson Sadek: por que não transformar a apostila em um livro? Daí nasceu a primeira edição da obra

Introdução à Virologia Humana. O livro, lançado em 2002, contou com a colaboração de nossos

colegas Professores e Pesquisadores do DV/IMPPG. Mais uma vez fomos surpreendidas pelo entusiasmo com que a obra foi recebida. Animou-nos particularmente a opinião unânime de Estudantes e Professores de que o material foi produzido de forma didática sendo assim de fácil assimilação. Para nós, isso é um ponto fundamental, afinal, somos Professoras e esta obra reflete também nossas experiências em sala de aula, além do conhecimento científico. Os comentários positivos e entusiásticos recebidos nos motivaram a continuar o trabalho. Uma segunda edição, revisada e ampliada, foi lançada em 2008, consolidando este trabalho como um instrumento didático profícuo.

Agora, depois de mais de quatro mil exemplares vendidos ao longo destes treze anos desde a primeira edição, estamos lançando a terceira edição da obra. Muito tempo se passou, muita coisa mudou na ciência e na vida. Alguns partiram para sempre, outros partiram para uma nova carreira profissional, outros se juntaram a nós. Considerando a riqueza e o aprofundamento dos temas apresentados, atrevemo-nos a mudar o título da obra para Virologia Humana por entender que o termo “Introdução” já não fazia jus ao seu conteúdo. Esta nova edição traz não apenas revisão e atualização dos temas abordados nas versões anteriores, como também novos temas. Foi incluído um capítulo de “Introdução à Virologia” (Capítulo 1), no qual é apresentada uma revisão da história da criação da apaixonante ciência da Virologia. Novos vírus respiratórios emergentes como o coronavírus MERS, os vírus da influenza H1N1 e H7N9, e os poliomavírus KIPyV e WUPyV; vírus

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Capítulo 14, “Viroses Respiratórias”, traz ainda uma abordagem sobre o papel dos vírus nos quadros de exacerbação da asma. Novas descobertas sobre os poliomavírus humanos foram apresentadas nos

Capítulos 15 (“Viroses Multissistêmicas”), 17 (“Viroses do Sistema Nervoso Central”) e 20 (“Viroses Oncogênicas”). O papel da metagenômica na descoberta de novos vírus foi abordado no

Capítulo 8 (“Diagnóstico Laboratorial das Viroses”). As novas teorias sobre origem e evolução dos vírus podem ser consultadas no Capítulo 2.

Indiscutivelmente, nada disto seria possível sem o esforço e a dedicação dos nossos Colaboradores, que, durante meses, não pouparam esforços para que o resultado final desta obra pudesse atender às expectativas de todos. Àqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste empreendimento, os nossos mais sinceros agradecimentos. Destacamos ainda a contribuição da Profa_{Maria Evangelina Ferreira Fonseca e do técnico em microscopia Venício Feo}

pela cessão de algumas imagens de microscopia eletrônica.

Desejamos expressar também nossos agradecimentos a todos os colegas do IMPPG/UFRJ que sempre acreditaram nesta iniciativa, dando-nos seu apoio e incentivo.

Finalmente, gostaríamos de dedicar esta obra aos nossos alunos, razão maior deste trabalho. Durante a fase de edição do livro, fomos surpreendidas pela triste notícia de que a Profa_Maria

Genoveva von Hubinger havia nos deixado (*1935- 2013). Nessa obra, prestamos nossa homenagem à incansável docente e pesquisadora, sempre empenhada em disseminar o conhecimento da Virologia. Era notável o seu entusiasmo, tanto nos cursos de graduação, quanto nos de pós-graduação, tendo sido coordenadora, por muitos anos, do Curso de Especialização em Virologia (CEV). A Profa Maria Genoveva fez parte da História da Virologia no país, participando ativamente da implantação de cursos e na formação acadêmica de muitos Virologistas brasileiros, e será sempre lembrada por sua dedicação ao ensino da Virologia. Também não será esquecida pelo legado deixado nas pesquisas com poliovírus e parvovírus.

Norma Suely de Oliveira Santos Maria Teresa Villela Romanos Marcia Dutra Wigg

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Prefácio à Terceira Edição

A constante evolução das pesquisas na área da saúde, especialmente com a utilização de ferramentas modernas da biologia molecular e da microscopia, bem como os avanços nas técnicas de cultivo de células e técnicas de diagnóstico laboratorial refletem no desenvolvimento da Virologia como uma das áreas mais importantes da biologia e da saúde humana.

Há mais de um século, os vírus têm despertado debates apaixonados com questões, muitas vezes quase filosóficas, sobre o que é vida. Além disso, os vírus são de grande importância para a saúde humana e, na verdade, pesquisas recentes apontam para o que pode ser considerado um paradoxo: eles podem causar doenças e até levar à morte, mas também podem ser fundamentais para o funcionamento das cadeias biológicas de nosso planeta, incluindo, em última análise, a própria sobrevivência do homem na Terra.

Para fazer frente a todos esses avanços é necessário também não perder de vista a qualidade da formação do profissional das áreas Biomédicas e de Ciências Biológicas e, ainda, de profissionais envolvidos com a Virologia.

Este livro, escrito por Professoras/Pesquisadoras com profundo conhecimento e reconhecida projeção nacional e internacional, mostra ao leitor os diversos aspectos da Virologia Humana.

Na ocasião do lançamento dessa nova edição, a direção do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes parabeniza as autoras dessa obra importante para alunos, Professores e Pesquisadores, reconhecendo-a como uma consequência do esforço e da dedicação ao longo de vários anos.

Alexandre Soares Rosado, D.Sc.

Professor Associado e ex-Diretor Instituto de Microbiologia Paulo de Góes Universidade Federal do Rio de Janeiro

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Prefácio à Segunda Edição

Prefaciar um livro é uma tarefa extremamente agradável para mim como Professora. Porém, no caso desta obra, em particular, meu prazer torna-se honra pelo fato de as Doutoras Norma Suely de Oliveira Santos e Maria Teresa Villela Romanos serem Professoras do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, do qual atualmente estou como Diretora. Do mesmo modo, a Doutora Marcia Dutra Wigg também pertenceu, durante anos, ao nosso corpo docente, com o qual continua ativamente colaborando por meio de projetos de pesquisa.

Este trabalho generalista, visando atender às expectativas dos alunos dos mais diversos cursos das áreas Médicas e de Ciências Biológicas e, ainda, de profissionais da Virologia, é coroado pela vasta experiência e atuação dessas doutoras na área.

Nas últimas décadas essa especialidade experimentou um desenvolvimento excepcional devido, principalmente, aos avanços nos conhecimentos e nas técnicas moleculares. Além disso, a Virologia é uma das áreas das Ciências Biológicas que mais tem atraído novos profissionais e pesquisadores. Este renovado interesse se deu pela emergência de novas viroses, incluindo o HIV/a AIDS, e ainda pela reemergência de outras antigas, haja vista a epidemia de Dengue no Brasil, inclusive em sua forma hemorrágica.

Ao nos referirmos a essa especialidade tão diversa e extensa, não podemos deixar de destacar o papel do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes no desenvolvimento da Virologia em nosso país, exercendo um efeito multiplicador por demais importante nesta área.

Estas três Professoras/Pesquisadoras foram sensíveis às dificuldades de nossos Estudantes, pois apesar de existirem bons livros abordando importantes temas da Virologia, estes foram escritos em outras línguas e, desta forma, sob realidades epidemiológicas frequentemente diversas. Além disso, o custo elevado de tais publicações as torna inacessíveis a vários de nossos Estudantes.

Esta segunda edição do livro Introdução à Virologia Humana foi atualizada, ampliada e totalmente ilustrada com figuras e gráficos coloridos. Uma análise mais atenta de seu conteúdo evidencia o cuidado, a competência e a dedicação com que gentilmente essas Professoras compartilham seus conhecimentos com os leitores.

As autoras conseguiram reunir assuntos bastante atuais em seus 19 capítulos, os quais abrangem temas básicos como as estruturas e as propriedades virais, a patogênese das infecções virais, a resposta do hospedeiro às viroses e outros mais específicos, incluindo as viroses multissistêmicas, respiratórias e oncogênicas.

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Para mim é, portanto, uma grande satisfação estar assinando o prefácio de um livro que possibilitará aos alunos e profissionais da Virologia a leitura de uma obra repleta de informações, atualizada e escrita na língua portuguesa. Estão de parabéns as autoras por esta importante contribuição ao ensino da Virologia.

Agnes Marie Sá Figueiredo, D.Sc.

Professora Titular e ex-Diretora Instituto de Microbiologia Paulo de Góes Universidade Federal do Rio de Janeiro

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Prefácio à Primeira Edição

Em comparação com outras áreas da Microbiologia, o estudo dos vírus tem sido menos difundido nas Universidades Brasileiras, sendo poucas as instituições que possuem Professores com formação específica em Virologia. Com o recente avanço da Biologia Molecular, a estrutura e a propriedade dos vírus têm sido determinadas com maior precisão, levando, consequentemente, a um melhor conhecimento da patogenia e da epidemiologia das infecções virais. Além disso, nos últimos anos, a nomenclatura e a classificação dos vírus têm sofrido diversas modificações, difíceis de serem acompanhadas por profissionais não especialistas que atuam no ensino da Microbiologia.

Esta obra, escrita por Professores que se dedicam ao ensino e à pesquisa em Virologia, aborda, de forma sucinta e objetiva, os diversos aspectos da estrutura e das propriedades virais, a patogenia, o diagnóstico, a epidemiologia e o tratamento das infecções provocadas pelos principais vírus humanos, incluindo tanto aqueles associados a patologias clássicas quanto alguns atualmente considerados como emergentes.

Acreditamos que esta obra trará uma importante contribuição ao ensino da Virologia nas diversas carreiras da área da saúde, servindo como uma fonte de revisão e atualização para os profissionais que atuam nessa área.

José Mauro Peralta, D.Sc.

Professor Titular e ex-Diretor Instituto de Microbiologia Paulo de Góes Universidade Federal do Rio de Janeiro

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Sumário

PARTE 1

Virologia Geral

Introdução à Virologia História da Virologia Bibliografia

Origem, Evolução e Emergência dos Vírus Origem dos vírus

Evolução das populações virais Emergência de vírus e viroses Bibliografia

Propriedades Gerais dos Vírus Fundamentos da Virologia

Classificação internacional dos vírus Taxonomia dos vírus

Infecções subvirais Bibliografia

Estratégias de Replicação dos Vírus Introdução

Organização dos genomas virais

Estratégias de replicação e expressão dos vírus contendo genoma de DNA Estratégias de replicação e expressão dos vírus contendo genoma de RNA Estratégias virais de interferência com a síntese proteica celular

Bibliografia

Bases Físicas e Geométricas da Arquitetura do Capsídeo Viral Conceito e propriedades elementares dos vírus

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Elementos da organização viral

Arquitetura do capsídeo viral | Lei geral da organização baseada em proteínas Princípio da economia genética e correção automática de erros

Princípio do arranjo por eixos de simetria rotacional Simetria helicoidal

Simetria cúbica Bibliografia

Patogênese das Infecções Virais Introdução

Transmissão dos vírus na natureza Estabelecimento da infecção

Rotas de entrada dos vírus no organismo Tropismo

Mecanismos de disseminação dos vírus pelo organismo Danos teciduais induzidos por vírus

Determinantes genéticos de virulência viral Evasão das defesas do hospedeiro

Padrões de infecção Períodos de infecção

Excreção do vírus pelo organismo Bibliografia

Resposta do Hospedeiro às Viroses Introdução

Mecanismos de resposta inespecífica

Papel da imunidade inata no controle das infecções virais Papel da resposta imunológica humoral nas infecções virais Papel da resposta imunológica celular nas infecções virais Mecanismos de escape do sistema imunológico

Vacinas antivirais Bibliografia

Diagnóstico Laboratorial das Viroses Introdução

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História do diagnóstico virológico

Espécimes clínicos para o diagnóstico virológico Significado da detecção de vírus

Métodos utilizados no diagnóstico virológico Isolamento e identificação de vírus

Diagnóstico sorológico das infecções virais Diagnóstico molecular das infecções virais Metagenômica e descobrimento de novos vírus Bibliografia

Antivirais Introdução

Breve revisão sobre a síntese de ácidos nucleicos Sítios de atuação de um antiviral

Etapas de desenvolvimento de um antiviral Drogas antivirais disponíveis para uso clínico

Considerações sobre a terapia antirretroviral no Brasil Associação de drogas anti-HIV-1

Perspectivas de novos antivirais Bibliografia

Dinâmica das Infecções Virais Introdução

Invasão e persistência de patógenos infecciosos | Teoria do Limiar Epidêmico Coevolução e virulência

Dinâmica da diversidade genotípica Bibliografia

PARTE 2

Virologia Clínica

Viroses Entéricas Introdução

Diarreia infantil

Rotavírus e Adenovírus Calicivírus e Astrovírus

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Vírus entéricos emergentes Bibliografia

Viroses Dermotrópicas Introdução

Herpesvírus de origem humana Vírus herpes simplex 1 e 2 Vírus da varicela-zoster Molusco contagioso Bibliografia Viroses Congênitas Introdução Vírus da rubéola Citomegalovírus humano Parvovírus B19 Bibliografia Viroses Respiratórias Introdução

Vírus da influenza, Vírus da parainfluenza, Rinovírus, Reovírus e Adenovírus

Vírus respiratório sincicial humano, Metapneumovírus humano, Coronavírus humano, Bocavírus humano e poliomavírus humano

O papel dos vírus na exacerbação da asma Bibliografia

Viroses Multissistêmicas

Vírus do sarampo e Vírus da caxumba Vírus chikungunya Poliomavírus humanos Herpesvírus humanos 6 e 7 Bibliografia Hepatites Virais Introdução

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Vírus de hepatite de transmissão entérica

Vírus de hepatite de transmissão sanguínea e sexual Bibliografia

Viroses do Sistema Nervoso Central Introdução

Vírus da raiva Enterovírus Henipavírus

Vírus do Oeste do Nilo Vírus da encefalite japonesa Vírus Chandipura

Poliomavírus Bibliografia

Febre Amarela e Dengue Introdução Histórico Classificação e características Biossíntese viral Patogênese Manifestações clínicas Diagnóstico laboratorial Epidemiologia

Prevenção, controle e tratamento Bibliografia

Síndrome da Imunodeficiência Adquirida/AIDS Histórico

Classificação e variabilidade genética Morfologia e características

Organização genômica do HIV e SIV Biossíntese viral

Patogênese da infecção pelo HIV História natural da infecção pelo HIV

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Resposta imunológica Diagnóstico laboratorial

Epidemiologia das infecções por HIV e da AIDS Prevenção e controle

Tratamento da infecção por HIV-1 Bibliografia

Viroses Oncogênicas Introdução

Vírus oncogênicos

Vírus linfotrópicos para células T de humanos Vírus do papiloma humano

Herpesvírus humano 8 Vírus Epstein-Barr

Poliomavírus de células de Merkel Bibliografia

Febres Hemorrágicas Virais Introdução

Classificação e características Características clínicas

Tratamento

Febres hemorrágicas por hantavírus

Febres hemorrágicas causadas por outros membros da família Bunyaviridae Febres hemorrágicas causadas por flavivírus

Febres hemorrágicas por arenavírus

Febres hemorrágicas causadas pelos Ebolavírus e Marburgvírus Bibliografia Viroses Oculares Introdução Conjuntivite Ceratite Esclerite e epiesclerite Uveíte

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Retinite

Síndrome da necrose aguda da retina Doença adnexal

Vírus associados a doença ocular congênita HIV e doenças oculares

Doenças oculares associadas a viroses sistêmicas Bibliografia

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PARTE 1

Virologia Geral

Introdução à Virologia

Origem, Evolução e Emergência dos Vírus Propriedades Gerais dos Vírus

Estratégias de Replicação dos Vírus

Bases Físicas e Geométricas da Arquitetura do Capsídeo Viral Patogênese das Infecções Virais

Resposta do Hospedeiro às Viroses Diagnóstico Laboratorial das Viroses Antivirais

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História da Virologia

Surtos abruptos, muitas vezes de proporções epidêmicas, marcaram o início da história das doenças infecciosas. Os avanços científicos no final do século XIX e início do século XX resultaram no sucesso da prevenção e do controle de muitas doenças infecciosas, particularmente nas nações industrializadas. Apesar dessa melhoria na saúde, surtos de doenças infecciosas continuam a ocorrer e novas enfermidades surgem.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), dentre as doenças infecciosas que afligem o ser humano, cerca de 60% são de etiologia viral. A dimensão desse problema tem sido exaustivamente discutida no meio científico e foi brilhantemente sintetizada pelo médico e biólogo molecular americano Joshua Ledeberg, laureado com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1958, que disse:

“Os únicos reais competidores da humanidade pelo domínio do planeta são os vírus, os quais podem servir como parasitas e elementos genéticos nos seus hospedeiros. Os vírus não só apresentam uma plasticidade genética que os capacita a evoluir em novas direções, como também mostram a capacidade de interação genética e metabólica com as células infectadas, que os coloca em posição de mediar alterações evolucionárias cumulativas nas células hospedeiras. Contudo, o efeito das infecções virais não é sempre sutil; os vírus podem também dizimar uma população.”

Pré-história | Primeiros indícios da existência dos vírus

As evidências sobre as infecções virais surgiram desde os primeiros registros de atividades humanas, sendo empregados vários métodos para combatê-las, mesmo antes do conhecimento da existência da partícula viral como agente etiológico de doenças. É possível afirmar que a Virologia desempenha um importante papel na história da evolução humana devido ao caráter predatório dos vírus, o que contribui para a seleção natural das espécies. As implicações médicas das infecções virais demandaram esforços extraordinários por parte dos pesquisadores, culminando com o desenvolvimento da Biologia Molecular, erradicação de várias doenças e elucidação dos processos celulares, vitais para o funcionamento do organismo vivo.

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invadindo terras, os variados contatos intra e interespécies tornaram-se mais frequentes, possibilitando que diversos tipos de patógenos, dentre eles os vírus, fossem transmitidos e mantidos nas populações. Nesse tempo, os vírus extremamente virulentos, como os vírus do sarampo e da varíola, responsáveis por epidemias que dizimavam rapidamente as comunidades não imunes, provavelmente não seriam capazes de permanecer infecciosos por um longo período. Nesse caso, somente quando a densidade demográfica tornou-se mais consistente, esses vírus foram capazes de subsistir. Consequentemente, os vírus que apresentavam uma relação mais benigna e que puderam manter um contato mais intenso com o hospedeiro foram os primeiros a se adaptar no início da civilização, tais como os vírus do papiloma, os herpesvírus e os retrovírus.

As doenças virais começaram a ser registradas nas civilizações egípcias e greco-romanas. Na Mesopotâmia, no ano 1000 a.C., já existiam leis que descreviam a responsabilidade dos donos de animais domésticos e suas consequentes obrigações, caso esses animais ficassem raivosos. As leis estabeleciam, para os donos displicentes, pesadas multas ou até mesmo morte. O poeta grego Homero, no século XX a.C., em sua obra Ilíada, descreve a personalidade “raivosa” do personagem Heitor e o “cuidado” necessário em lidar com ele, referindo-se à conduta dos donos de animais daquela época. Esses fatos demonstram o conhecimento da natureza contagiosa das doenças e o medo do contato com animais doentes para a sua propagação.

Foi encontrada uma tábua com origem na civilização egípcia, datada do século XIV a.C., que mostra o desenho de um cidadão com deformidade anatômica semelhante àquela causada pelo vírus da poliomielite, e a múmia do faraó Ramsés V, falecido no século XII a.C., apresentando sequelas de varíola na face, além de hieróglifos relatando sua morte em virtude dessa doença. Outras doenças virais, conhecidas desde os tempos remotos, são a caxumba, a influenza e a febre amarela, esta última descrita desde a descoberta da África pelos europeus. É possível que o vírus da febre amarela (que provoca febre elevada e delírios, podendo levar à morte) tenha sido o responsável por dizimar as tripulações dos grandes barcos comerciais, sendo provavelmente o verdadeiro responsável pela lenda do navio fantasma O Holandês Voador, que, naquela época, assustava as tripulações dos navios em alto-mar.

Os seres humanos não foram apenas acometidos por doenças virais durante a maior parte da sua história, eles também manipularam esses agentes, ainda que não soubessem disso. Um exemplo clássico é o cultivo de tulipas com diferentes padrões, as quais eram extremamente valiosas na Holanda do século XVII. Esse cultivo incluía a disseminação deliberada de um vírus (vírus do mosaico da tulipa) que, agora se sabe, causa o padrão listrado nas pétalas das tulipas tão cobiçadas naquela época.

Os esforços para controlar as doenças virais têm uma história ainda mais impressionante. É provável que a varíola já fosse endêmica na Ásia e Europa no século V e tenha tido um papel importante na história humana. Os colonizadores do Velho Mundo, no século XV, disseminaram o vírus da varíola entre os povos das Américas Central e do Sul, o que provocou uma epidemia letal,

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considerada um fator importante nas conquistas realizadas por um pequeno número de soldados europeus. A primeira medida de controle utilizada contra essa doença foi a variolação, que consistia na inoculação de material coletado de pústulas de varíola em uma escarificação realizada no braço de indivíduos saudáveis. No século XI, a prática era comum na China e Índia e baseava-se no fato de que os sobreviventes da varíola eram protegidos contra infecções subsequentes (boxe “História da varíola”). Este procedimento foi introduzida na Inglaterra em 1721 por Lady Mary Montague, esposa do embaixador britânico no Império Otomano. Em 1776, George Washington introduziu a variolação entre soldados do exército americano. As consequências da variolação eram imprevisíveis e podiam levar a óbito 1 a 2% dos indivíduos submetidos ao procedimento, porém os riscos eram aceitáveis no século XVIII quando 1 em cada 10 pessoas (10%) morria de varíola.

Edward Jenner, médico inglês, observou que ordenhadores que eram expostos a cowpox (varíola de bovinos, branda em humanos) passavam a ser protegidos contra a varíola humana. Ele demonstrou que a inoculação de um garoto com extrato de lesões de cowpox induzia apenas lesões brandas e o protegia contra a varíola humana. Desses experimentos com cowpox, surgiu o termo vacinação (vacca = vaca em latim).

Desenvolvimento do conceito de vírus

Na segunda metade do século XIX, já era conhecida a existência de bactérias, fungos e protozoários, e a comunidade científica debatia a questão da origem desses microrganismos. Alguns acreditavam que os microrganismos surgiam espontaneamente (p. ex., em virtude de matéria em decomposição); outros acreditavam que os microrganismos eram gerados por reprodução, a exemplo do que ocorre com os organismos macroscópicos. A teoria da geração espontânea foi desconsiderada quando o médico francês Louis Pasteur demonstrou que o meio de cultura esterilizado permanecia livre de microrganismos enquanto fosse mantido em um recipiente especial com pescoço longo e curvo, projetado para impedir a entrada de ar contendo “micróbios”.

Em 1840, o médico alemão Jacob Henle sugeriu a hipótese da existência de agentes infecciosos capazes de causar doenças, mas muito pequenos para serem observados ao microscópio óptico. Na ausência de evidências diretas desses agentes, suas ideias não foram aceitas.

Na segunda metade do século XIX, três importantes avanços da Microbiologia levaram à aceitação da teoria dos “germes como causadores de doença”. O primeiro foi protagonizado por Louis Pasteur, em 1867, que estudou o fenômeno da fermentação e demonstrou que diferentes tipos de microrganismos estavam associados a diferentes tipos de processos, tais como a produção de álcool, ácido láctico ou ácido acético. Essa ideia foi fundamental para a concepção das teorias sobre o desenvolvimento das doenças.

No segundo evento, Joseph Lister, cirurgião inglês, admirador do trabalho de Pasteur, teorizou que as infecções de feridas abertas eram causadas por microrganismos presentes no ambiente. Lister

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introduziu as técnicas assépticas, tendo realizado a primeira cirurgia nesse contexto e demonstrado a importância da antissepsia para reduzir as infecções durante cirurgias; além disso, ainda contribuiu para o estabelecimento da técnica de diluição para obter culturas puras de bactérias.

O terceiro evento foi protagonizado por Robert Koch, médico alemão e estudante de Jacob Henle. Koch desenvolveu a metodologia de isolamento de colônias bacterianas em meio sólido e demonstrou que o bacilo antraz (Bacillus anthracis) era o causador do carbúnculo (ou antraz) em bovinos. Ele usou essa metodologia para estabelecer culturas puras de uma única espécie de bactéria a partir de material de uma vaca infectada. Posteriormente, injetou uma amostra da cultura pura em animais saudáveis, os quais desenvolveram a doença; finalmente, isolou a mesma bactéria a partir dos animais inoculados. Koch também demonstrou que um bacilo era o causador da tuberculose em humanos.

Embora vários cientistas tenham contribuído para os conceitos anteriormente mencionados, foram basicamente os estudos de Pasteur, Lister e Koch que criaram uma nova abordagem experimental para a ciência médica e deram origem aos quatro postulados de Koch, para definir se um microrganismo é o causador de uma doença. Os postulados de Koch são:

O organismo deve ser regularmente associado à doença e a suas lesões características O organismo deve ser isolado do indivíduo doente em cultura pura

A inoculação da cultura pura do organismo em um hospedeiro saudável deve reproduzir a doença O mesmo organismo deve ser isolado da lesão desse novo hospedeiro.

Ao final do século XIX, esses conceitos se tornaram um paradigma na comunidade médica e delinearam um método experimental para ser utilizado em todas as situações. O não preenchimento de todos os postulados de Koch na identificação do agente causal de diversas doenças culminou com o desenvolvimento do conceito de uma nova classe de agentes infecciosos submicroscópicos – os vírus.

Descobertas pioneiras

Em 1876, Adolf Mayer, químico alemão, verificou que uma das doenças que acometia o tabaco apresentava natureza infecciosa e podia ser transmitida de uma planta para outra por inoculação de plantas saudáveis com o sumo extraído de plantas doentes. Além disso, ele observou que o agente infeccioso era inativado quando aquecido a 80°C. Essa foi a primeira transmissão experimental de uma doença de planta. Embora a natureza infecciosa da doença tivesse sido estabelecida, não foi possível isolar bactéria ou fungo desse extrato e os postulados de Koch não puderam ser cumpridos. Em um comunicado preliminar de seus achados, publicado em 1882, Mayer especulou que a causa da doença poderia ser “solúvel, possivelmente uma enzima”. Contudo, em 1886, quando publicou as

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conclusões finais do estudo e denominou a infecção descrita por ele de doença do mosaico do tabaco (devido ao aspecto das lesões presentes nas folhas doentes), concluiu que essa doença era causada por uma bactéria que ele não havia conseguido isolar.

História da varíola

Da varíola à primeira vacina

Através dos séculos, a varíola foi uma doença muito conhecida pela população mundial. Houve relato do primeiro caso identificado em 2000 a.C., na China e leste da Ásia. No Egito, hieróglifos relatam que o faraó Ramsés V morreu em decorrência de varíola, em 1157 a.C. Esse vírus chegou à Europa em 710 d.C. por meio das batalhas das antigas Cruzadas e de migrações populacionais. A varíola veio para as Américas em 1519, quando Hernan Cortêz foi nomeado para conquistar o império Asteca; alcançou a proporção de praga epidêmica nas cidades europeias, durante o século XVIII, e permaneceu amedrontando a população com o passar dos séculos, até ser considerada erradicada. O último caso da doença foi relatado na Somália, em 26 de outubro de 1977.

Prevenção

Na tentativa de evitar e curar a varíola, curandeiros chineses inventaram um método, denominado variolação, que envolvia a técnica de coletar crostas das lesões de vítimas da doença, transformar em pó e fazer com que os pacientes o inalassem. Eventualmente, esse procedimento apresentava resultado satisfatório; outras vezes, não, principalmente devido às diferenças entre estirpes que eram divididas em virulentas (25 a 30% de mortes) e menos virulentas (menos que 1% de mortes). A técnica de variolação era amplamente praticada na China e espalhou-se para muitos países do Oriente Médio. Durante muitos séculos, a variolação foi realizada por inoculação de fluido preparado de crostas da varíola nos braços dos pacientes, fazendo arranhões pequenos com uma agulha.

Lady Mary Wortley Montague, esposa do embaixador britânico no Império Otomano, contraiu varíola em 1715, sofrendo de intensa escarificação facial e perda dos cílios, ficando quase cega. Em 1718, enquanto vivia na Turquia, ela permitiu que seu filho de 6 anos fosse variolado, mesmo sob rigorosos protestos do corpo diplomático da embaixada inglesa em Constantinopla. Contudo, as consequências da variolação eram imprevisíveis e desagradáveis, pois lesões sérias se desenvolviam, invariavelmente, nos sítios de inoculação, sempre acompanhadas de febre e exantema generalizado, com índice de mortalidade em torno de 1 a 2%.

Em 1776, em Boston (EUA), a variolação foi colocada em prática nos soldados do exército americano pelo Reverendo Cotton Mather, com o consentimento de George Washington. No entanto, assim como na Inglaterra, esse método também encontrava resistência da classe médica.

Edward Jenner (1749-1823) foi variolado em 1756 – uma experiência que nunca pôde esquecer. Por volta dos 13 anos, tornou-se aprendiz de cirurgia e estendeu tornou-seus estudos por 7 anos, continuando a trabalhar em Londres até a idade de 23 anos, quando tornou-se transferiu para Berkeley (Inglaterra). Jenner teve a ideia da vacinação quando um antigo professor de cirurgia, ao visitá-lo em sua pequena quinta, lhe disse que uma ordenhadora de vacas tornara-se protegida da infecção por varíola após ter contraído lesão branda nas mãos adquirida por contato direto com vacas portadoras de cowpox (varíola bovina). Além disso, em 1774, o fazendeiro Benjamin Jesty relatou sua experiência de inocular sua esposa e filhos com as lesões de vaca infectada com cowpox, do mesmo modo que era feito no Oriente Médio, por escarificação com agulhas nos braços. Não se sabe se Jenner tomou conhecimento daquele fato, mas em 14 de maio de 1796, ele vacinou um menino de 8 anos de idade, chamado James Phipps, com material de lesões de cowpox originadas das mãos de uma ordenhadora de vacas, Sarah Nelmes. Esse menino nunca adquiriu varíola, mas desenvolveu uma pequena lesão no local de inoculação, que regrediu em 2 semanas. Em 1o_{de julho de 1796, o menino foi submetido a uma segunda}

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inoculação, dessa vez com material de lesões de varíola de pessoas infectadas, e ele não ficou doente. Tal fato deu origem ao nome vacinação.

Muitas pessoas influentes ficaram contra Jenner, inclusive Sir Joseph Banks, presidente da Real Sociedade Britânica, que se recusou a aceitar o seu manuscrito para publicação; além disso, Jenner era considerado uma fraude. Contudo, a vacinação tornou-se uma prática amplamente utilizada por dois motivos: devido aos benefícios óbvios e ao fato de que Jenner gastou o resto de seus dias promovendo as vantagens da vacinação por todo o mundo. No momento de sua morte, em 25 de janeiro de 1823, a vacinação estava aceita e amplamente praticada por todo o mundo, incluindo EUA e Inglaterra.

Erradicação

Jenner foi a primeira pessoa a propor a erradicação da varíola por meio da vacinação, em 1801. Em 1950, a Organização Mundial da Saúde (OMS) adotou como meta a erradicação da varíola nas Américas; fato que, pelas projeções da Organização, levaria em torno de 8 anos. Em 1958, a OMS lançou o programa mundial, mas tornou-se real somente em 1965. Entre 200 e 300 milhões de doses da vacina antivariólica foram produzidas e aplicadas anualmente, e a vacinação alcançou o sucesso esperado pelo desenvolvimento do método por agulhas bifurcadas, em 1968, que tornou mais fácil e efetiva a administração das doses. O último caso natural relatado foi em 26 de outubro de 1977.

Inicialmente, a única maneira de se conseguir manter e propagar o vírus cowpox para obtenção da vacina era por propagação seriada de um braço a outro, mantendo o vírus circulante. Mas esse método era associado também à transmissão de outras doenças, tais como sífilis e hepatite. Em 1845, descobriu-se que o vírus para produção de vacinas poderia ser conseguido em larga escala, por inoculação por escarificação dos flancos de bovinos, com a estirpe original retirada da mão das ordenhadoras; posteriormente, em ovelhas e búfalos (no século XIX). Posteriormente, a vacina passou a ser produzida, em larga escala, em cultura de células. Em um dado momento, o vírus isolado por Jenner foi inexplicavelmente substituído pelo vírus da vaccínia, relacionado com o camelpox (varíola do camelo), fato elucidado recentemente pela determinação de sua sequência genômica. Trata-se de um fato interessante a ser relatado, pois, mesmo após bilhões de doses de vacina terem sido aplicadas, ainda não se sabe o que ou como isso aconteceu. Certamente, a vacina original utilizada por Jenner era derivada do cowpox, mas o vírus utilizado posteriormente para a produção de vacinas, ainda é um mistério da ciência.

Situação atual da varíola no mundo

A varíola está considerada erradicada, e já é conhecida a sequência genômica do vírus desta doença, do vírus cowpox e do vírus da vaccínia. Alguns segmentos das comunidades científicas e governamentais propuseram que todo o estoque de vírus da varíola fosse eliminado com segurança. Entretanto, essa proposta é intensamente debatida, pois ainda há quem considere prudente a manutenção do vírus para estudos futuros.

Desde a década de 1980, após a declaração de erradicação da doença, foram destruídas as culturas do vírus da varíola existentes em vários laboratórios do mundo. Somente dois laboratórios receberam permissão para manter suas amostras – um nos EUA e outro na Rússia. A data de 30 de junho de 1999, para alguns, seria o último prazo para destruição dos estoques de varíola; no entanto, em abril de 1999, o presidente americano Bill Clinton decidiu manter os estoques nos Centers for Disease Control and Prevention (CDC), sob o argumento de que isso seria “essencial para o desenvolvimento de novos fármacos antivirais e vacinas”.

Em 1885, quase uma década antes do reconhecimento da existência dos vírus, Louis Pasteur desenvolveu uma vacina contra a raiva – a segunda desenvolvida para uso em seres humanos e a primeira produzida após a atenuação da patogenicidade do agente infeccioso. Tal atenuação foi obtida pela inoculação seriada do patógeno em coelhos. Em seguida, o material retirado de coelhos

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infectados foi “envelhecido” em frascos de vidro. Posteriormente, Pasteur mediu o grau de atenuação inoculando o material “envelhecido” em coelhos saudáveis. Após 2 semanas, a capacidade de o agente matar os animais foi completamente eliminada; entretanto, Pasteur nunca investigou a natureza do agente infeccioso.

Em 1892, Dimitri Ivanovsky, biólogo russo-ucraniano, repetiu o experimento de Mayer com tabaco e confirmou que o sumo das folhas doentes continha um agente que podia transmitir a doença para plantas saudáveis. Ivanovsky demonstrou ainda que o agente infeccioso era capaz de passar pelo filtro de Chamberlain, filtro de porcelana que contém poros muito pequenos que impedem a passagem de bactérias. Assim como Mayer, ele não conseguiu cultivar o microrganismo e atribuiu o fato a alguma falha da sua metodologia, sugerindo até a possibilidade de uma toxina ser a causadora da doença. Entretanto, mais tarde, seu experimento tornou possível uma definição de vírus – agente

filtrável – e uma técnica experimental pela qual um agente poderia ser definido como vírus.

Em 1898, Martinus Beijerinck, um microbiologista holandês que trabalhou com Adolf Mayer e desconhecia o trabalho de Ivanovsky, também demonstrou a filtrabilidade do agente do mosaico do tabaco. Ele confirmou os experimentos de Mayer de que o agente poderia ser inativado pelo calor, aquecendo-o a 90°C, excluindo assim a possibilidade de ser um esporo. Contudo, Beijerinck deu um passo adiante e demonstrou que o extrato infeccioso poderia ser diluído e então readquirir sua potência após a inoculação em folhas saudáveis; ou seja, o agente era replicado (o que significava que não era uma toxina), mas precisava ser em tecido vivo. Isso explicava a falha de Meyer em cultivar o patógeno fora do hospedeiro. Beijerinck criou as bases para a descoberta de um microrganismo menor que uma bactéria, filtrável, não observado ao microscópio óptico e replicado apenas em células ou tecidos vivos. Denominou esse agente de contagium vivum fluidum, enfatizando sua natureza infecciosa e suas propriedades físicas e reprodutivas peculiares.

Nesse ponto, duas propriedades fundamentais das características dessa nova classe de patógenos já estavam estabelecidas: eles eram menores que as bactérias, uma vez que conseguiam atravessar os poros de filtros que retinham bactérias, e precisavam de células vivas para a sua propagação. Esses patógenos passaram a ser chamados de agentes filtráveis. Mais tarde, o termo virus, do latim, que significa veneno, passou a ser utilizado para denominar os patógenos que se enquadravam nos critérios estabelecidos por Mayer, Ivanovsky e Beijerinck, com base na descoberta do agente da doença do mosaico do tabaco, que foi o primeiro patógeno que não cumpria os postulados de Koch naquela época.

No mesmo ano de 1898, os cientistas alemães Friedrich Loeffler e Paul Frosch, ambos estudantes e assistentes de Robert Koch, demonstraram a filtrabilidade do agente causador da febre aftosa, uma doença de bovinos.

Em 1901, em Cuba, Walter Reed, médico militar americano, isolou pela primeira vez um vírus patogênico para seres humanos: o vírus da febre amarela, cuja identificação propiciou uma nova e

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importante descoberta – era um vírus transmitido por mosquitos. De fato, a hipótese de transmissão da doença por artrópode já havia sido levantada em 1881 pelo médico cubano Carlos Juan Finlay de Barres. Esse mesmo pesquisador, em 1882, identificou o mosquito do gênero Aedes como o agente transmissor da febre amarela, mas somente 20 anos mais tarde os estudos de Walter Reed confirmaram essa teoria.

Em 1908, os cientistas dinamarqueses Vilhelm Ellerman e Oluf Bang descobriram que era possível transmitir leucemia de uma galinha para outra por meio da inoculação de extrato de células sanguíneas. Na ocasião, não foi dada a devida importância ao trabalho, pois, naquela época, a leucemia não era considerada uma doença maligna e, além disso, o estudo com galinhas não era “interessante”.

Em 1911, Francis Payton Rous, médico americano, demonstrou que o sarcoma de galinhas poderia ser transmitido pela inoculação de um extrato do tumor e, portanto, deveria ser causado por um agente transmissível, provavelmente um vírus. Como câncer não é contagioso, a descoberta da etiologia viral de câncer de galinha foi rapidamente relegada à condição de “curiosidade científica”. Assim, Rous desistiu de seus estudos sobre vírus oncogênicos e, nos quase 20 anos subsequentes, houve pouco progresso na área de oncovirologia. Em 1966, Rous foi laureado com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por seus estudos sobre câncer.

A descoberta de uma categoria de agentes diferentes de todos os microrganismos conhecidos foi revolucionária. Essa ideia enfrentou uma oposição forte, e não foi aceita rapidamente, dando origem a um ciclo de 25 anos de debate sobre a natureza desses agentes (os vírus são sólidos ou líquidos?), que só terminou após a descoberta dos bacteriófagos e da primeira observação por microscopia eletrônica do vírus do mosaico do tabaco (TMV).

Era dos bacteriófagos

Em 1915, Frederick Twort, médico e bacteriologista inglês, ao tentar isolar o vírus de uma amostra de vacina da varíola, inoculou o material em ágar nutritivo; ele não conseguiu isolar o vírus, mas bactérias contaminantes cresceram rapidamente no meio. Twort notou que algumas colônias bacterianas sofreram alteração, tornando-se mais transparentes. Essas colônias não mais podiam ser cultivadas, indicando que as bactérias estavam mortas. Twort denominou o fenômeno de “vitrificação”; ele ainda demonstrou que a infecção de uma colônia normal de bactérias com esse material transparente poderia matá-las. Essa entidade era filtrável, poderia ser diluída e readquirir a potência ao ser novamente inoculada em bactérias. Twort publicou uma nota descrevendo o fenômeno e sugerindo que se tratava de um vírus de bactéria. Seu trabalho foi interrompido pela I Guerra Mundial, na qual ele serviu; ao retornar a Londres, não retomou a pesquisa sobre o assunto.

Nesse mesmo tempo, Felix d’Herelle, médico e bacteriologista franco-canadense, estava trabalhando no Instituto Pasteur em Paris (França). Em 1915, ocorreu um surto de disenteria causado

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por Shigella em um esquadrão da cavalaria do exército francês, em Maisons-Lafitte, nos arredores de Paris. Felix d’Herelle isolou a bactéria que estava causando a doença e observou áreas circulares translúcidas nas quais não havia crescimento bacteriano, denominando esse fenômeno de plaque (ou

placa); ele também observou que, quando as placas apareciam, as bactérias morriam. Uma emulsão

filtrada das fezes dos pacientes foi misturada à cultura da bactéria e inoculada em placas de ágar e, novamente, as áreas translúcidas apareceram.

No hospital do Instituto Pasteur, ocorreram diversos casos de disenteria e d’Herelle acompanhou o caso de um paciente, desde a admissão até a convalescença, a fim de determinar em que momento da doença ocorria o surgimento das placas, notando que o tempo de aparecimento das placas era o mesmo que o paciente levava para ficar curado. Felix d’Herelle atribuiu a cura à atividade dos vírus de bactérias e denominou-os de bacteriófagos ou fagos (phagos, em grego, significa ato de comer).

Em 1918, d’Herelle realizou o primeiro experimento com fagos em seres humanos sofrendo de disenteria, com sucesso, dando origem ao que posteriormente passou a ser denominado de fagoterapia (boxe “Fagoterapia | Passado e presente”). Entretanto, somente a minoria dos pesquisadores da época reconheceu a importância dos bacteriófagos. Outros interpretaram os resultados de d’Herelle de forma distinta; alguns achavam que as placas eram produzidas pelas próprias bactérias, enquanto outros consideravam a possibilidade de ser alguma substância produzida pelo corpo em virtude da infecção bacteriana.

Em 1919, ocorreu uma epidemia de tifo aviário na França; assim, Felix d’Herelle teve a oportunidade de estudar o comportamento dos fagos em animais. Na tentativa de comprovar sua hipótese de que os fagos eram responsáveis pela cura da doença, d’Herelle tratou inicialmente os animais infectados e, posteriormente, utilizou uma mistura de culturas de bacteriófagos ativos contra

Salmonella na água das aves em que a epidemia estava em curso. As aves infectadas foram curadas e

a epidemia foi extinta. Em 1920, durante uma epidemia de cólera, d’Herelle observou que caso não fosse detectado um bacteriófago ativo contra o Vibrio cholerae nas primeiras 48 h da doença, os pacientes sucumbiam. Por outro lado, ao ser detectado um fago ativo contra a bactéria, o paciente se recuperava rapidamente, independentemente da intensidade dos sintomas. Novamente, d’Herelle atribuiu a cura à atividade dos fagos.

Fagoterapia | Passado e presente

O franco-canadense Felix d’Herelle desenvolveu a ideia da fagoterapia, ou tratamento e prevenção de doenças utilizando bacteriófagos (ou fagos). Os bacteriófagos são vírus que infectam e lisam bactérias e, consequentemente, apresentam características distintas relevantes e adequadas paro o uso em biocontrole. A utilização dos fagos é considerada segura, visto que não é prejudicial para as células de mamíferos.

Em 1917, alguns microbiologistas já haviam isolado fagos capazes de infectar e matar diversas bactérias patogênicas, tais como Shigella dysenteriae, Salmonella typhi, Escherichia coli, Pasteurella multocida, Vibrio cholerae, Yersinia pestis, Streptococcus spp.,

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Pseudomonas aeruginosa e Neisseria meningitidis. Esses achados serviram de base para o desenvolvimento de tratamentos específicos contra uma ampla variedade de doenças em todo o mundo. Entre 1918 e 1919, d’Herelle utilizou a fagoterapia no tratamento do tifo de galinhas e no de disenteria de 5 seres humanos. Posteriormente, suspensões de fagos foram administradas por via sistêmica (oral ou injetável) ou por via tópica, para o tratamento de infecções causadas por Staphylococcus, infecções intestinais (p. ex., tifo, disenteria e cólera) e infecções sistêmicas (p. ex., septicemias). A fagoterapia também foi utilizada como medida preventiva em reservatórios de água em áreas epidêmicas; a partir daí, diversas preparações à base de fagos foram produzidas e comercializadas na Europa e nos EUA, e a fagoterapia tornou-se um sucesso comercial.

Sua repercussão foi tanta que o escritor americano Sinclair Lewis, vencedor do Prêmio Nobel de Literatura, em 1939, escreveu o romance Arrowsmith (1925), inspirado nos eventos científicos que levaram à aplicação da fagoterapia. O livro recebeu o Prêmio Pulitzer de Jornalismo.

Entre as décadas de 1920 e 1930, houve grande suporte político e científico ao trabalho de Felix d’Herelle, nos EUA e na União Soviética. Contudo, durante a década de 1940, as pesquisas focadas na aplicação médica dos fagos foram abandonadas na América do Norte e na maioria dos países europeus, mas alguns países do leste da Europa continuaram utilizando e desenvolvendo os fagos na terapia e na prevenção de doenças, particularmente a Geórgia (na época, o país era integrante da União Soviética). Em menor escala, alguns países da Europa Ocidental também continuaram o uso da fagoterapia e fagoprofilaxia – França, até a década de 1960, e Suécia, até a década de 1980.

Em 1934, o Journal of the American Medical Association (JAMA) publicou os resultados de um estudo realizado nos EUA pelo Conselho Americano de Farmácia e Química. A pesquisa concluiu que, com poucas exceções, não havia evidências palpáveis da eficiência da fagoterapia. Além disso, houve denúncias de que os testes terapêuticos realizados por d’Herelle e seus seguidores não estavam de acordo com os padrões científicos exigidos; dessa maneira, não produziram evidências confiáveis para a utilização da fagoterapia e fagoprofilaxia.

É importante atentar para o fato de que, na época, a natureza dos bacteriófagos não era completamente conhecida. Somente em 1939, por meio do uso de microscopia eletrônica, foi possível demonstrar que os bacteriófagos eram vírus, e não toxinas. Consequentemente, muitas pesquisas iniciais utilizaram os fagos de maneira inapropriada – os bacteriófagos foram usados no tratamento de doenças não bacterianas, as condições de preparo e preservação dos fagos nem sempre eram adequadas, etc.

Com a introdução dos antibióticos, a popularidade da fagoterapia decaiu. Ao final da década de 1960, o êxito dos antibióticos levou a comunidade médica a pressupor que a guerra contra as doenças infecciosas estava vencida. Infelizmente, essa suposição não se concretizou e, já nesse período, a resistência de algumas estirpes de bactérias aos antibióticos já era um problema significativo, embora fosse subestimado pela comunidade médica. Durante a década de 1990, o número de casos de resistência a antibióticos continuou a aumentar. Diversas bactérias patogênicas já apresentavam resistência a todos os antibióticos disponíveis na época, incluindo Staphylococcus aureus, resistente à meticilina (MRSA, methicillin-resistant Staphylococcus aureus), Enterococcus resistente à vancomicina (VRE, vancomycin-resistant Enteroccocus) e outros.

A ameaça atual das bactérias resistentes a antibióticos renovou o interesse na exploração dos bacteriófagos. De fato, alguns produtos originados a partir de bacteriófagos já estão disponíveis comercialmente e existem centros de tratamento especializados em fagoterapia. Os bacteriófagos são também utilizados como agentes antimicrobianos e são ferramenta para a detecção de patógenos em alimentos, em que as áreas de aplicação compreendem controle de água e alimentos, agricultura e saúde animal.

Os estudos de Felix d’Herelle levaram ao desenvolvimento da metodologia de titulação viral por placas, o primeiro método de quantificação de vírus. Ele também argumentou que o surgimento das placas evidenciava que os vírus eram partículas em vez de líquidos. Além disso, d’Herelle demonstrou, por meio de experimentos de cossedimentação de vírus e células bacterianas, que a

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primeira etapa da infecção viral era a adsorção do agente à célula hospedeira e que esse processo somente ocorria se a bactéria fosse suscetível ao vírus – demonstrando assim a especificidade do hospedeiro ao vírus. Devido à importância dos seus achados, Felix d’Herelle é considerado o Pai da Virologia.

Contribuições da química e da bioquímica para a elucidação da natureza dos vírus

No início da década de 1920, começaram as pesquisas com enzimas (proteínas) e métodos para sua purificação. A noção de que os agentes filtráveis eram constituídos por proteínas começou a se intensificar entre 1927 e 1931; em 1929, C. G. Vinson e A. W. Petre, do Boyce Thompson Institute for Plant Research, em Nova York (EUA), aplicaram o processo de separação de proteínas ao sumo de folhas do tabaco que apresentavam a doença do mosaico. Eles observaram que, após tratamento prévio com etanol, acetona e sais, as partículas precipitadas migravam em um gel de eletroforese submetido a um campo magnético, de modo semelhante ao que acontece a uma proteína. Esse foi outro passo importante na Virologia, pois provou a existência de proteínas nos agentes filtráveis. No mesmo ano, Helen Purdy, também do Boyce Thompson Institute, realizando análises de precipitação, demonstrou que o antissoro produzido em coelhos contra o sumo das plantas infectadas com TMV apresentava comportamento diferente do antissoro contra o sumo de plantas saudáveis. Purdy também demonstrou que o antissoro contra o sumo de planta infectada era capaz de neutralizar 90% da infecciosidade do TMV; seus experimentos reforçaram a teoria de que os vírus eram constituídos por proteínas.

Após a purificação do TMV, foi possível estudar suas propriedades físico-químicas. Em 1933, o bioquímico alemão Max Schlesinger, trabalhando com preparações de bacteriófagos em Frankfurt (Alemanha), demonstrou que eles eram formados por proteínas e também continham fosfato e ácido desoxirribonucleico (DNA). Em 1935, Wendell Meredith Stanley, bioquímico americano, do Rockefeller Institute em Nova Jersey (EUA), purificou o TMV, o que resultou em uma preparação infecciosa formada por cristais em formato de agulhas, cuja análise química mostrou a existência de proteína. Essa realização rendeu a Stanley o Prêmio Nobel de Química, em 1946; 1 ano depois, Frederick C. Bawden e Norman W. Pirie, trabalhando na Rothamsted Experimental Station, em Londres (Inglaterra), mostraram que os cristais de TMV também continham fósforo e ácido ribonucleico (RNA). Em 1939, os alemães G. A. Kauche, E. Pfankuch e H. Ruska obtiveram a primeira micrografia eletrônica de um vírus – o TMV.

Os achados de Stanley trouxeram uma nova perspectiva não somente para a Virologia, mas também para a Biologia. Uma vez que os vírus podiam ser cristalizados e manter sua capacidade replicativa, talvez a natureza biológica da replicação pudesse, então, ser explicada em termos químicos. Independentemente da natureza do material genético, este tinha que conter informações, além de apresentar a capacidade de ser copiado com precisão. Até a descoberta de Stanley, a

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estrutura das macromoléculas celulares ainda não era conhecida e muitos acreditavam que o material genético fosse composto de proteínas e que, portanto, não seria possível compreender a hereditariedade em termos químicos. Os achados de Stanley colocaram fim a esse pensamento e marcaram o início da Biologia Molecular.

Nova era dos bacteriófagos | Escola de Fagos e suas contribuições para as Ciências

Biológicas

No final da década de 1930, os fagos receberam grande atenção devido à controvérsia sobre a maneira como eles eram formados. John Northrup, bioquímico americano do Rockefeller Institute, advogava a teoria de que os bacteriófagos eram produtos do metabolismo bacteriano. Ele teorizava que os fagos eram formados por um processo autocatalítico semelhante a enzimas, a partir de precursores inativos. Por outro lado, Max Delbrück, Emory Ellis e Salvador Luria defendiam a ideia de que o processo replicativo dos fagos era essencialmente o mesmo dos vírus e da reprodução dos genes. De acordo com esse paradigma, os fagos eram vistos como uma ferramenta ideal para a compreensão dos genes e da hereditariedade.

Em 1937, o físico alemão Max Delbrück foi para o California Institute of Technology (Caltech), onde conheceu o biólogo americano Emory Ellis, que trabalhava com bacteriófagos. Ellis achava que o estudo com fagos contribuiria para a compreensão do papel dos vírus no câncer. Delbrück, por sua vez, acreditava que os fagos poderiam ser um sistema ideal para testar a natureza e a função dos genes. A contribuição mais significativa de Delbrück e Ellis foi o aprimoramento da técnica de cultivo para sincronizar a replicação dos fagos (one-step growth curve experiment), que possibilitou a análise de um único ciclo de crescimento dos fagos em uma população de bactéria, levando à caracterização dos parâmetros da replicação dos bacteriófagos. Essa metodologia introduziu os métodos quantitativos na Virologia e mostrou que os fagos são replicados pelas bactérias e liberados por lise celular.

Em 1940, Delbrück conheceu Salvador Luria, médico italiano, que estava entusiasmado com a ideia de os genes serem moléculas e buscava um sistema para estudá-los; na época, Luria trabalhava com bacteriófagos na Columbia University. Ambos tinham interesses comuns e, por esse motivo, passaram a trabalhar em colaboração no Cold Spring Harbor Laboratory, em Long Island (EUA), pesquisando mutações em bactérias que produziam resistência aos fagos. Eles demonstraram as primeiras evidências de que a hereditariedade bacteriana é controlada por genes; esse trabalho deu início aos estudos de genética bacteriana e biologia molecular. Esses dois cientistas recrutaram muitos profissionais talentosos para trabalhar na sua equipe, a qual foi denominada Escola de Fagos. A Escola fundada por Delbrück e Luria treinou uma segunda geração de pesquisadores brilhantes; o que os distinguia dos demais era a sua determinação em compreender as bases da hereditariedade,

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analisando a replicação dos fagos. Muitos desses cientistas foram posteriormente laureados com o Prêmio Nobel.

As pesquisas desenvolvidas com bacteriófagos resultaram em descobertas que se tornaram marcos na Biologia Molecular; alguns exemplos: a elucidação dos mecanismos de mutação e reparo do DNA; tradução da informação genética; demonstração de que o DNA (e não as proteínas) forma o material genético; definição de gene e vetores para a tecnologia de DNA recombinante.

Estabelecimento das culturas de células e os avanços da virologia humana e

veterinária

A descoberta dos agentes infecciosos filtráveis de plantas no final do século XIX desencadeou a busca por agentes etiológicos de doenças humanas, de animais e de plantas, cuja etiologia era desconhecida. Muitas descobertas foram feitas, como a transmissão do vírus da febre amarela por um vetor artrópode, a observação de corpúsculos de inclusão e a associação desses a patologias específicas, além da associação de vírus e câncer. Ao longo desse período, muitos vírus foram descobertos e caracterizados de acordo com o seu tamanho (demonstrado por filtros com diferentes tamanhos de poro), resistência a agentes químicos e físicos e patogenicidade. Com base apenas nessas propriedades, ficou claro que os vírus eram um grupo diverso de agentes; no entanto, os progressos na compreensão da natureza dos vírus eram, até então, oriundos dos estudos com bacteriófagos, decorrentes do desejo dos pesquisadores dos fagos de entender as bases físicas da hereditariedade.

O progresso nos estudos envolvendo os fagos foi possível principalmente devido ao desenvolvimento dos ensaios de placas, que tornava possível aos pesquisadores a aplicação de estudos quantitativos em um sistema simples e de fácil manipulação. O grande desafio para o avanço da Virologia com relação ao estudo de vírus de animais era a dificuldade de cultivo em laboratório. Enquanto os virologistas de planta apenas precisavam de uma estufa e os estudiosos dos bacteriófagos precisavam de placas de Petri, os estudos com vírus de animais exigiam um biotério. Os progressos para a simplificação dos estudos vieram lentamente com a introdução dos animais de laboratório, tais como camundongos e ovos embrionados de galinha.

Entre 1948 e 1955, diversas descobertas científicas importantes produziram uma mudança dramática nesse cenário. Essas descobertas incluem o desenvolvimento de meios nutrientes para cultura de células de mamíferos, a utilização de antibióticos nos meios de cultura de células e o estabelecimento de linhagens celulares imortalizadas. Esses avanços possibilitaram que o crescimento e a manutenção de células de mamíferos em culturas in vitro se tornassem rotineiros. Em 1949, os americanos John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller e Frederick Chapman Robbins demonstraram que o poliovírus poderia ser propagado em vários tipos de culturas celulares. Esse