Pesquisadores propuseram um novo modelo evolutivo para a origem de um reino de vírus chamado Bamfordviraesugerindo uma corrida armamentista evolutiva de bilhões de anos entre dois grupos dentro deste reino e seus hospedeiros.
Seu estudo, publicado hoje como um Preprint revisado em eVida, fornece o que os editores dizem ser análises convincentes que avançam nossa compreensão da profunda história evolutiva dos vírus, a interação entre os vírus e os primeiros eucariotos (organismos com células que incluem um núcleo) e a diversificação das linhagens virais.
Vírus no reino Bamfordvirae constituem um dos mais diversos grupos que infectam organismos vivos. Eles incluem os vírus Nucleocitoplasmáticos de DNA Grande (NCLDVs; os maiores vírus caracterizados até o momento), virófagos (parasitas virais de outros vírus), adenovírus (vírus comuns que causam sintomas de resfriado e gripe) e Mavericks e vírus do tipo Polinton (ambos elementos genéticos móveis semelhantes a vírus que colonizam os genomas de seus hospedeiros).
Existem duas hipóteses principais para as origens desses vírus: as hipóteses de ‘escape nuclear’ e ‘primeiro virófago’. A hipótese do escape nuclear diz que um independente-like originado com hospedeiros (endógeno), escapou do núcleo da célula hospedeira e deu origem a adenovírus e NCLDVs. Em contraste, a primeira hipótese do virófago sugere que os NCLDVs co-evoluíram com os primeiros virófagos. Mavericks em seguida, evoluiu de virófagos que se tornaram endógenos, com adenovírus escapando do núcleo do hospedeiro em um estágio posterior.
“Apesar desses cenários propostos, a diversificação dos vírus no Bamfordvirae reino permanece uma grande questão em aberto na evolução do vírus. Para entender melhor sua história, queríamos testar as previsões feitas pelos modelos de escape nuclear e virophage-first e considerar cenários alternativos sobre a origem de diferentes linhagens”, diz José Gabriel Niño Barreat, assistente de pesquisa de pós-doutorado da da Universidade de Oxford, Reino Unido. Barreat é co-autor do estudo ao lado de Aris Katzourakis, professor de evolução e genômica no Departamento de Biologia da Universidade de Oxford.
Barreat e Katzourakis usaram dois métodos de teste de hipóteses (máxima verossimilhança e estruturas Bayesianas) para comparar a plausibilidade da fuga nuclear versus cenários evolutivos alternativos. Eles se concentraram em quatro proteínas-chave compartilhadas por vírus nesta linhagem que estão envolvidas na formação de capsídeos virais: proteínas de capsídeo principais e secundárias, ATPase de empacotamento de DNA e protease. Eles aplicaram outros dois métodos que usam dados genéticos para estimar filogenias enraizadas, para inferir a trajetória evolutiva das diferentes linhagens. Em seguida, eles avaliaram se os adenovírus e os NCLDVs descendiam de um ancestral comum, conforme previsto pelo cenário de escape nuclear.
Suas análises revelaram fortes evidências contra uma relação irmã entre adenovírus e NCLDVs, conforme sugerido pela hipótese de escape nuclear. Em vez disso, as descobertas sugerem que os adenovírus descendem de um ancestral comum com Mavericks, com exclusão de NCLDVs. Em desacordo com um cenário virophage-primeiro, os pesquisadores descobriram que o ancestral comum mais recente de Mavericks e adenovírus não era um virófago. No entanto, seu trabalho não descarta completamente a hipótese do primeiro virófago, tornando-a a mais bem apoiada pelas análises filogenéticas atuais.
Além disso, seu trabalho fornece suporte para o posicionamento do Bamfordvirae raiz ancestral entre os virófagos e as outras linhagens virais. Esse posicionamento apontou a equipe para um novo modelo para as origens evolutivas desses vírus.
“O modelo propõe que o Bamfordvirae ancestral não se originou de uma invasão do núcleo da célula eucariótica e que era um vírus de DNA não virófago com um genoma pequeno”, diz o co-autor Aris Katzourakis. “O estilo de vida dos virófagos teria evoluído em um estágio posterior, pois tornaram-se parasitas especializados dos NCLDVs ancestrais.” Katzourakis acrescenta que o tempo relativo dos eventos sugere o ancestral comum mais recente do Bamfordvirae reino existiu há mais de um bilhão de anos, estendendo-se aos estágios iniciais da vida eucariótica. No entanto, uma escala de tempo absoluta para a datação precisa desses eventos não está disponível atualmente.
Outra limitação do estudo é que o sinal filogenético nos dados de proteínas analisados pode ter sido obscurecido pelas profundas divergências e extrema diversidade nesta linhagem. No entanto, os autores conseguiram distinguir de forma robusta entre cenários alternativos, e o foco na origem e desenvolvimento do capsídeo viral fornece uma maneira simples de explicar os dados disponíveis.
“Este trabalho contribui para o nosso conhecimento sobre como os vírus evoluem diferentes estratégias evolutivas, por exemplo, para se tornarem parasitas de outros vírus como virófagos ou gigantes virais como os NCLDVs”, diz Barreat. “Além de desempenhar papéis importantes nos ecossistemas da Terra, está se tornando cada vez mais claro que os vírus podem ter contribuído para grandes transições evolutivas durante a história da vida. Portanto, entender a história evolutiva profunda dos vírus fornece mais contexto para essas interações antigas e os atores envolvidos.”
“Desvendar as interações entre os vírus e seus hospedeiros fornece uma janela para o passado evolutivo profundo que está iluminando as origens de ambas as entidades biológicas”, conclui Katzourakis.