Uma nova pesquisa na revista Nature Communications dá aos cientistas uma importante janela para como o vírus Ebola se replica dentro das células hospedeiras. O estudo, liderado por cientistas do Instituto La Jolla de Imunologia (LJI), revela o funcionamento interno das "fábricas virais", aglomerados de proteínas virais e genomas que se formam nas células hospedeiras.

A equipe de pesquisa, que incluiu especialistas da Scripps Research e da Escola de Medicina da UC San Diego, descobriu que a maquinaria de replicação do vírus Ebola forma estruturas microscópicas fascinantes que se tornam fábricas virais. Ao entender a arquitetura e a função desses centros de fabricação microscópicos, os pesquisadores podem estar mais perto de desenvolver novas terapias que interrompem o ciclo de vida do vírus Ebola e previnem doenças graves.

"Estamos imaginando esses centros de montagem fluidos e dinâmicos pela primeira vez. Entender como eles funcionam e o que eles exigem nos dá as informações necessárias para derrotá-los", disse a presidente e CEO da LJI, Erica Ollmann Saphire, Ph.D., autora sênior de o novo estudo.

Os cientistas detectaram pela primeira vez o que viriam a ser "fábricas de vírus" em células animais infectadas por vírus na década de 1960, mas não sabiam o que estavam vendo. Dentro de um mar de proteínas celulares normais, essas áreas pareciam manchas difusas.

"As pessoas já tinham visto que as células infectadas pelo Ebola tinham essas 'inclusões'", diz o pesquisador de pós-doutorado da LJI, Jingru Fang, Ph.D., primeiro autor do novo estudo. Por muito tempo, os cientistas pensaram nessas "inclusões" como indicadores visuais úteis de infecção, sem entender seu verdadeiro propósito. "Mas, na verdade, esses 'corpos de inclusão' reúnem ativamente uma enorme quantidade de proteínas virais e RNAs virais".

Muitos patógenos virais, incluindo o vírus da raiva e o RSV ( vírus sincicial respiratório ) formam inclusões nas células hospedeiras, explica Fang. "Estudos recentes sugerem que essas inclusões celulares são o local onde os vírus fazem seus genomas de RNA. Eles são 'fábricas virais' com propósito funcional real: oferecer um espaço seguro para a síntese de RNA viral", diz Fang. "O processo de síntese de RNA viral envolve o fluxo de blocos de construção virais. Isso significa que as moléculas reunidas dentro das fábricas virais devem ser capazes de se mover livremente, em vez de ficarem estáticas."

Para o novo estudo, Saphire, Fang e seus colegas se perguntaram: podemos observar o movimento dos blocos de construção virais diretamente nas células vivas?

Fang começou marcando uma proteína viral chamada VP35 com um marcador fluorescente que faz a proteína brilhar no escuro. O VP35 é um componente crítico da fábrica viral e é importante para a síntese do RNA viral (e a produção de novas cópias do vírus Ebola). Trabalhando com especialistas em imagem no Núcleo de Microscopia e Histologia LJI, Fang acompanhou as proteínas brilhantes em células vivas, que expressam uma versão simplificada e não infecciosa das fábricas virais do Ebola.

Sob o microscópio, Fang e seus colegas puderam realmente ver e até medir como as moléculas se movem dentro das fábricas virais formadas nas células hospedeiras. Essa descoberta acrescentou evidências de que as proteínas virais estão se aglomerando como gotículas para que possam produzir as proteínas necessárias para ajudar a replicação do vírus. Essas inclusões misteriosas são realmente fábricas virais. O pesquisador apelidou essas fábricas virais de "gotas".

Então os cientistas viram algo estranho. Algumas das proteínas brilhantes não se juntaram em aglomerados. Em vez disso, eles se juntaram a um punhado de outras proteínas virais, criando um redemoinho fluorescente que evocou a "Noite Estrelada" de van Gogh. Essas trilhas de proteínas virais ainda tinham os ingredientes certos para replicar o vírus Ebola, então os cientistas as apelidaram de fábricas virais "semelhantes a redes".

“São dois sabores diferentes da fábrica viral”, diz Fang. “As pessoas se concentraram principalmente na forma de gotículas, que é a maioria, e não prestaram muita atenção a essa outra forma”.

Além de suas formas, havia uma diferença fundamental entre as duas fábricas. Parecia que as fábricas em rede tinham os ingredientes certos para o vírus Ebola expressar seus genes, mas na verdade não produziam descendentes de vírus.

Em seguida, os pesquisadores analisaram um fator-chave na infecção: uma proteína chamada polimerase do vírus. A polimerase é uma nanomáquina multifuncional que acompanha o vírus. Esta máquina não apenas copia o material genômico do vírus Ebola, mas também transcreve o genoma viral em RNAs mensageiros, que instruem as células infectadas a produzir cargas de proteínas virais. Os pesquisadores queriam entender como essa máquina viral funciona dentro das fábricas virais.

A polimerase do vírus Ebola já é conhecida como uma proteína trabalhadora – todas as proteínas virais do Ebola devem ser. O vírus Ebola é um patógeno altamente eficiente porque sobrevive com apenas sete genes (os humanos têm mais de 20.000 genes). Saphire liderou pesquisas mostrando que o vírus Ebola sobrevive produzindo proteínas que podem se transformar e assumir diferentes funções durante o curso da infecção.

No ano passado, Saphire, Fang e colaboradores publicaram uma descoberta relacionada de que a polimerase viral realmente aproveita uma proteína humana drogável para ajudar o vírus a replicar seu genoma. A equipe relatou que, embora a polimerase seja essencial para a replicação viral, a polimerase não entra em ação até que a infecção esteja em andamento.

Este trabalho foi importante para entender como a polimerase entrou em ação, mas os cientistas também precisavam saber onde a polimerase estava ativa. Fang sabia que seria importante observar o que a polimerase poderia fazer nas fábricas virais.

Os pesquisadores descobriram que a polimerase na verdade constrói suas próprias estruturas especiais dentro das fábricas virais. Muitas cópias da polimerase se agrupam em pequenos feixes, chamados focos. Os pesquisadores descobriram que esses feixes se espalham quando uma fábrica viral semelhante a uma gota começa a replicar o material viral.

Os cientistas não sabem exatamente por que a polimerase precisa formar feixes antes de poder fazer seu trabalho, mas o arranjo espacial dos feixes deve ser importante. Como aponta Fang, a ideia de muitos componentes pequenos se juntando para construir uma estrutura não é um conceito novo na natureza. "Você pode usar uma colméia ou recife de coral como analogia para ajudar a entender por que um arranjo espacial específico é importante para o funcionamento de um sistema biológico", diz ela.

Com essa descoberta, os cientistas agora sabem como encontrar diferentes tipos de fábricas virais e como a polimerase se organiza no chão de fábrica.

Mais de 30 patógenos humanos são conhecidos por montar fábricas virais dentro das células hospedeiras, incluindo o vírus sincicial respiratório (RSV) e até mesmo o vírus da raiva. Com esta nova visão das fábricas virais do Ebola, os cientistas estão curiosos para saber se outros vírus constroem formas semelhantes de fábricas virais – e se outros vírus usam suas próprias versões de polimerase da mesma maneira.

“Se isso for verdade, talvez possamos direcionar o recurso de formação de fábrica viral que foi compartilhado por vários vírus diferentes”, diz Fang.

No futuro, Fang também gostaria de estudar como o vírus Ebola forma fábricas virais em diferentes tipos de células hospedeiras. Essas fábricas virais parecem diferentes em células de animais (como os hospedeiros naturais do vírus, os morcegos frugívoros) que podem transportar o vírus sem adoecer? "Podemos encontrar alguma explicação para a patogênese viral específica do hospedeiro?" ela pergunta.