Exercícios: Vírus, viroides e priões

Apresente três razões pelas quais os vírus não são considerados seres vivos de acordo com os critérios clássicos (organização celular, metabolismo e reprodução) e uma razão pela qual o debate continua em aberto.

Descreva a estrutura básica de um vírus (genoma, capsídeo e, em alguns casos, envelope) e explique a diferença entre um vírus nu e um vírus envelopado, indicando um exemplo de cada tipo.

O que são os viroides e o que são os príons? Indique que organismos os primeiros infectam e cite uma doença humana ou animal provocada por príons.

Explique o que é um bacteriófago, descreva a sua estrutura (cabeça contendo o genoma, cauda e fibras de fixação) e indique qual é a sua «presa» e por que razão cada fago infecta apenas determinadas bactérias.

Distinga os vírus com genoma de DNA dos de RNA, e apresente um exemplo de doença causada por cada tipo (herpes ou varíola versus gripe, sarampo ou COVID-19), referindo as implicações para a sua variabilidade genética.

O que é uma vacina e de que forma «treina» o sistema imunológico sem causar a doença? Cite dois tipos de vacinas (atenuadas, inativadas, de subunidades, de RNA mensageiro) e explique em que diferem.

Explique o que é a especificidade do hospedeiro de um vírus (por que razão o vírus do mosaico do tabaco não nos infecta?) e que barreiras um vírus deve ultrapassar para infectar uma espécie diferente (receptores, maquinaria celular).

Nomeie três vias de transmissão de vírus (respiratória, fecal-oral, sexual ou sanguínea, por vetores como mosquitos) com um exemplo de doença para cada uma, e indique uma medida de prevenção específica para cada via.

Descreva o ciclo lítico e o ciclo lisogênico de um bacteriófago, indicando em que diferem e que consequência tem para a bactéria a entrada do fago em estado de latência.

Observe a estrutura do vírus da imagem. a) Explique a função das estruturas 1, 2 e 4 durante a infecção de uma célula. b) Justifique por que a estrutura 3 torna este tipo de vírus especialmente sensível ao sabão e às soluções alcoólicas. c) É possível saber apenas pela imagem se o seu genoma é DNA ou RNA? Justifique a sua resposta.

A abordagem «saúde única» (one health) compreende a saúde humana, a dos animais e a do ambiente como um único sistema interligado. Explique-a com base nas zoonoses virais: apresente dois exemplos (raiva, gripe aviária ou COVID-19) e justifique como o desmatamento, a pecuária intensiva e o comércio de espécies selvagens facilitam a transmissão de um vírus de uma espécie animal para o ser humano.

Ordene e descreva as fases do ciclo de replicação de um vírus (adsorção, penetração, replicação e síntese, montagem, liberação), e indique em que etapas podem atuar os fármacos antivirais (bloqueio da entrada, inibição da polimerase ou da protease).

O vírus da gripe sofre alterações por meio de dois processos. Diferencie a deriva antigênica (mutações pontuais anuais) da variação ou salto antigênico (recombinação entre vírus, na origem das pandemias), e justifique por que a gripe aviária e a gripe suína são monitoradas como potenciais fontes de novos vírus pandêmicos.

As vacinas de RNA mensageiro foram administradas em larga escala com a COVID-19. Explique o seu funcionamento (instrução transitória para as nossas células produzirem o antígeno), a vantagem de rapidez no seu desenvolvimento e por que motivo é incorreto afirmar que podem modificar o nosso DNA (onde atua o RNAm e qual a sua meia-vida?).

O vírus do papiloma humano (HPV) pode provocar câncer do colo do útero e outros tumores. Explique como um vírus pode potencializar o surgimento de câncer (alteração do controle do ciclo celular pelas suas proteínas), por que razão demora anos para se manifestar e por que motivo a vacinação de adolescentes — meninos e meninas — atua como uma vacina contra o câncer.

O HIV infecta os linfócitos T CD4. Explique por que razão a destruição dessas células desorganiza todo o sistema imunológico, o que é a aids (a fase terminal sem tratamento) e por que motivo os antirretrovirais transformam a infecção em uma doença crônica controlada, mas não a curam (reservatórios de vírus latente).

Em um laboratório analisam-se dois vírus emergentes que infectam linfócitos humanos: o vírus Alpha (com genoma de DNA de fita dupla de $150\text{ kb}$) e o vírus Beta (com genoma de RNA de fita simples de $15\text{ kb}$). Isolam-se partículas virais de pacientes após seis meses de infecção:

• No Alpha, a sequência do gene da glicoproteína de adesão apresenta uma divergência média de $0,001\,\%$ em relação à linhagem inoculada.

• No Beta, a divergência na proteína homóloga é de $4,2\,\%$, encontrando-se uma ampla nuvem de variantes em um mesmo hospedeiro.

1. a) Justifique em nível molecular e enzimático a causa dessa enorme disparidade nas taxas de mutação observadas entre os dois vírus.
2. b) Para combater ambos os agentes patogênicos, testa-se uma vacina de subunidades proteicas baseada em uma única variante da proteína de adesão e um fármaco inibidor dessa proteína. Preveja, de forma fundamentada, o prognóstico de eficácia a médio prazo dessas estratégias no Alpha e no Beta.
3. c) Que alvo viral ou estratégia farmacológica você proporia para o vírus Beta com o objetivo de reduzir a probabilidade de ele desenvolver variantes resistentes?

Uma equipe de pesquisa tenta determinar a natureza do agente infeccioso causador de uma nova encefalopatia espongiforme. Para isso, submete amostras de tecido cerebral infeccioso a diferentes tratamentos antes de inoculá-las em camundongos de laboratório saudáveis:

• Tratamento 1: Digestão exaustiva com DNAses e RNAses $\rightarrow$ $100\,\%$ dos camundongos adoece.

• Tratamento 2: Irradiação ultravioleta com doses letais para ácidos nucleicos $\rightarrow$ $100\,\%$ dos camundongos adoece.

• Tratamento 3: Autoclave a $121\text{ }^\circ\text{C}$ durante $20\text{ minutos}$ $\rightarrow$ $100\,\%$ dos camundongos adoece.

• Tratamento 4: Fervura prolongada em hidróxido de sódio ($1\text{ M}$) ou digestão com proteases enérgicas $\rightarrow$ Nenhum camundongo adoece.

• Tratamento 5: Inocula-se a amostra infecciosa intacta em camundongos Knock-Out nos quais foi suprimido o gene $PRNP$ (não expressam a proteína celular normal $\text{PrP}^\text{C}$) $\rightarrow$ Nenhum camundongo desenvolve a doença nem multiplica o agente patogênico.

1. a) Interprete os resultados dos tratamentos 1, 2 e 4: deduza a natureza bioquímica do agente patogênico e justifique por que sua descoberta representou uma aparente violação do dogma central da biologia molecular.
2. b) Explique no nível estrutural (conformação secundária e agregação) por que o tratamento 3 falhou, mas o tratamento 4 conseguiu neutralizar a infecciosidade.
3. c) Deduza a partir do tratamento 5 o mecanismo pelo qual este patógeno consegue «replicar-se» em um hospedeiro saudável e explique por que os camundongos sem o gene $PRNP$ se mostram imunes.

Você faz parte de um painel epidemiológico que deve avaliar a viabilidade biológica de erradicar três patógenos virais:

• Vírus A (Vírus da raiva): Vírus de RNA; letalidade próxima de $100\,\%$; infecta múltiplos mamíferos silvestres (morcegos, raposas) e domésticos; existe uma vacina inativada altamente eficaz.

• Vírus B (Poliovírus tipo 1): Vírus de RNA; reservatório exclusivamente humano; entre $90\,\%$ e $95\,\%$ dos infectados são completamente assintomáticos, mas excretam partículas virais viáveis nas fezes durante semanas; existe vacina oral e inativada eficaz.

• Vírus C (Vírus do sarampo): Vírus de RNA; reservatório exclusivamente humano; praticamente $100\,\%$ dos infectados desenvolve quadro clínico evidente característico (febre, exantema), sem casos assintomáticos que transmitam; $R_0 \approx 12\text{-}18$; existe vacina atenuada eficaz.

1. a) Com base no conceito de reservatório natural, justifique por que razão o Vírus A não é biologicamente erradicável em escala global, ao contrário do que se conseguiu com a varíola humana.
2. b) Compare as dificuldades epidemiológicas do Vírus B em relação ao Vírus C: qual dos dois coloca um obstáculo maior para a detecção e o isolamento precoce das cadeias de transmissão? Justifique sua resposta.
3. c) Elabore um método de vigilância epidemiológica não invasivo que permita detectar a circulação ativa do Vírus B em uma cidade sem necessidade de coletar amostras clínicas individuais de toda a população.

Em uma região de floresta tropical, derrubam-se $60.000\text{ hectares}$ de floresta primária para implantar monoculturas e criações intensivas de suínos. Dois anos depois, registra-se um surto de síndrome respiratória aguda e encefalite em trabalhadores das propriedades, causado por um novo vírus de RNA aparentado com patógenos de morcegos.

1. a) Formule uma hipótese ecológica que descreva a cadeia de transmissão do salto zoonótico (spillover), explicando o papel da perturbação do ecossistema, o morcego como reservatório silvestre e o gado suíno como hospedeiro amplificador.
2. b) A amostragem biológica revela que, nos fragmentos de floresta degradada, a riqueza de espécies de morcegos diminuiu $65\,\%$, mas a densidade de uma espécie oportunista reservatório do vírus triplicou. Relacione esse padrão com o conceito ecológico de «efeito de diluição» e argumente por que a perda de biodiversidade aumenta o risco de zoonoses.
3. c) A partir da abordagem multidisciplinar One Health («Saúde Única»), elabore duas medidas de prevenção aplicáveis ao meio ambiente ou ao manejo agropecuário que evitem futuros eventos de emergência viral na região.

O viroide do tubérculo fusiforme da batata (PSTVd) é constituído por uma única molécula circular de RNA monocatenar de 359 nucleotídeos. A análise da sua sequência revela que carece totalmente de códons de iniciação AUG e de qualquer fase de leitura aberta (ORF), de modo que não sintetiza nenhuma proteína.

1. a) Ao incubar o PSTVd com ribossomos e fatores de tradução em um tubo de ensaio, não se sintetiza nenhum peptídeo. No entanto, ao inoculá-lo em núcleos de células de batateira, o viroide se replica profusamente. Justifique como um ácido nucleico não codificante consegue se multiplicar dentro da célula vegetal e deduza qual enzima nuclear da planta é sequestrada para essa finalidade.
2. b) Se o viroide não produz toxinas nem proteínas do capsídeo, como ele causa necrose e malformações graves na planta? Explique o mecanismo patogênico em nível molecular, baseando-se no processamento celular do RNA exógeno por enzimas do tipo Dicer e na via do RNA de interferência (siRNA).
3. c) Certos viroides apresentam domínios com atividade de ribozima, capazes de catalisar o seu próprio corte e ligação durante a replicação. Justifique por que os viroides são considerados candidatos a «fósseis moleculares» das etapas iniciais da origem da vida celular.

Desafio do tema. Imagine que você presta consultoria à Secretaria de Saúde e Agricultura. A sua missão é avaliar a ameaça das formas acelulares no seu ambiente e desenhar um guia técnico de biossegurança.

1. Obtenção de dados reais: Acesse as publicações da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) ou do Ministério da Agricultura e Pecuária (MAPA). Registre a incidência ou prevalência recente de uma virose (por exemplo, gripe com uma taxa de $18,4$ casos por $100.000$ habitantes), de um viroide vegetal (como o do nanismo do tomateiro) e de uma prionopatia pecuária.

2. Análise comparativa: Elabore uma tabela em que você contraste os três agentes segundo a sua composição ($ARN$, $ADN$ ou isoforma proteica $PrP^{Sc}$), presença ou ausência de capsídeo/envelope e tamanho aproximado em nanômetros ($nm$).

3. Parecer fundamentado: Redija uma proposta de atuação ($1$ página) explicando quais tratamentos físicos ou químicos (autoclave, radiação UV, água sanitária) são eficazes contra cada um, justificando por que a resistência de um príon ou de um viroide difere drasticamente da de um vírus com envelope lipídico.

Será avaliado:

• Rigor conceitual ao diferenciar a estrutura molecular e a patogenia de vírus, viroides e príons.

• Obtenção precisa e citação adequada de dados epidemiológicos procedentes de fontes oficiais.

• Coerência científica na justificativa físico-química dos métodos de desinfecção propostos.