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Agência USP de Notícias

Pesquisa traz dados inéditos sobre organização das malhas metabólicas virais

Publicado em 06 novembro 2008

Por Valéria Dias / Agência USP

Pesquisa realizada pelo professor Paolo Zanotto, do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP, e por seu colega David C. Krakauer, do Santa Fe Institute (SFI), nos Estados Unidos, traz resultados inéditos no estudo de vírus de DNA no contexto integrado de evolução e desenvolvimento desses organismos. Os pesquisadores constataram que as malhas metabólicas virais se organizam e aumentam em complexidade ao redor de um núcleo (cerne) constituído pela DNA polimerase (responsável por replicar o DNA) e por algumas outras funções. Malha metabólica é conjunto de todas as funções regulatórias e metabólicas que definem um organismo. As malhas gênicas virais são representadas pelo cerne e uma órbita com funções satélites.

A pesquisa, realizada em colaboração entre a USP e o SFI, foi desenvolvida a partir do estudo e da comparação dos genomas de 99 vírus de DNA pertencentes a quatro famílias – adenovírus (20), baculovírus (25), herpesvírus (31) e poxvírus (22), além do nudivírus (1). “A escolha das quatro famílias virais deveu-se principalmente ao fato de que elas cobrem uma ordem de grandeza em tamanho de genomas (de 30 a 300 mil pares de bases)”, conta o professor Zanotto.

“Os vírus apresentam malhas metabólicas itinerantes, ou seja, perambulam de uma célula para outra, freqüentemente mudando de espécie de hospedeiros durante a evolução. Neste processo, eles acabam adquirindo genes desses hospedeiros. É a chamada acretação (crescimento ininterrupto e contínuo) de funções satélites, causadas, ao longo do tempo, pelas colisões das malhas metabólicas virais e celulares”, explica. “Por exemplo, se imaginarmos uma cebola, a parte central (cerne) pode ser considerada como sendo a DNA polimerase e as outras camadas periféricas são as funções satélite, adquiridas e perdidas de forma contextual.”

Ao analisar o genoma dos 99 vírus, os pesquisadores perceberam como ocorre a dinâmica de perda e ganho de genes resultante do processo de acretação. De acordo com o estudo, no caso do baculovírus e nos poxvírus, a taxa de ganho gênico cresce ao longo do tempo, enquanto que a perda de genes não aumenta.

Robustez

Zanotto também destaca que à medida que os genomas dos vírus vão aumentando, as malhas metabólicas começam a ficar mais robustas (resistentes à perturbação), o que foi mostrado pela redução de fluxo gênico e aumento de complexidade. Essa característica foi revelada pelo crescimento do numero de funções codificadas nos genomas virais, indicado por meio do aumento da concordância da história evolutiva entre o cerne e as funções satélites.

Outro achado interessante deste estudo é que quando vírus de famílias diferentes começam a explorar hospedeiros relacionados, eles começam a ficar semelhantes por um processo de acretação gênica convergente.

Os vírus, segundo Zanotto, são ferramentas muito importantes para se estudar a organização, a evolução e o desenvolvimento das malhas metabólicas gênicas no contexto da biologia de sistemas. “Este estudo abre caminhos para que possamos entender os mecanismos que malhas regulatórias gênicas utilizam para se tornarem mais resistentes a perturbações e como elas conseguem adquirir novas funções para maximizar as adaptações contextuais ligadas às mudanças de hospedeiros”, aponta o pesquisador.

Os adenovírus são responsáveis por infecções respiratórias, conjuntivites infecções urinárias e gastroenterites. Os baculovírus infectam e matam insetos como, por exemplo, a lagarta da soja Anticarsia gemmatalis; Já os herpesvírus, além de vários tipos de herpes, também estão envolvidos em outras doenças como catapora (zoster). Na família poxvírus está o vírus da varíola. “A inclusão dos nudivírus é interessante, pois eles apresentam um cerne replicativo distinto e possuem 13 funções gênicas em comum com os baculovirus, possivelmente, por infectarem os mesmos hospedeiros”, conta.

MIT Press

O artigo foi publicado no último dia 22 de setembro na Revista PloS ONE. Neste mês de novembro, será publicado um capítulo, de autoria de Zanotto e Krakauer, abordando aspectos fundamentais de evolução de malhas regulatórias virais, em uma monografia, editada pela MIT Press, nos Estados Unidos: “Protocells: Bridging Nonliving and Living Matter”.

O estudo levou cerca de dois anos e meio para ser concluído. A análise dos dados e as ferramentas de bioinformática utilizadas são do Laboratório de Evolução Molecular e Bioinformática do ICB, cuja a infra-estrutura computacional de alta performance foi proporcionada pela Rede de Diversidade Genética Viral (VGDN), com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Os aspectos teóricos e conceituais do trabalho foram realizados em conjunto com o Santa Fé Institute.