Vírus como influenza A e Ebola invadem células humanas em várias etapas. Em uma abordagem interdisciplinar, as equipes de pesquisa da Universidade de Heidelberg e do Hospital da Universidade de Heidelberg investigaram os estágios finais da penetração viral usando tomografia eletrônica e simulações de computador. No caso da gripe A, eles conseguiram determinar como o sistema imunológico combate o vírus usando uma pequena proteína. Para os vírus Ebola, eles descobriram que uma estrutura de proteína específica deve ser desmontada para que uma infecção se instale. Os chamados poros de fusão, através dos quais o genoma viral é liberado na célula hospedeira, desempenham um papel central nesses processos. Se eles podem ser impedidos de se formar, o vírus também é bloqueado. Os cientistas de Heidelberg descrevem mecanismos previamente desconhecidos, que podem levar a novas abordagens para prevenir infecções.
Muitos vírus que infectam humanos são cobertos por uma membrana lipídica que possui glicoproteínas que podem se acoplar às células humanas. Em vírus como o influenza A, que entram pelo trato respiratório, essas são as proteínas spike que se ligam principalmente às células epiteliais do nariz e dos pulmões. Em contraste, o vírus Ebola altamente infeccioso se espalha através do contato direto com fluidos corporais infectados e pode penetrar em um amplo espectro de tipos de células. Depois de invadir as células humanas, esses vírus devem abrir um poro de fusão entre a membrana do vírus e a membrana do hospedeiro para liberar seu genoma na célula hospedeira e se propagar.
Para combater o vírus, o sistema imunológico humano tenta bloquear a formação do poro de fusão em um processo de vários estágios. As células infectadas detectam a presença do genoma estranho e enviam um sinal, na forma de uma molécula de interferon, para as células ainda não infectadas. Este sinal aciona as células não infectadas para produzir uma pequena proteína celular chamada proteína transmembrana induzida por interferon 3 (IFITM3). “Esta proteína especializada pode efetivamente impedir a penetração de vírus como influenza A, SARS-CoV-2 e Ebola, mas os mecanismos subjacentes eram desconhecidos”, afirma o virologista Dr. Petr Chlanda, cujo grupo de trabalho pertence ao Centro BioQuant da Universidade de Heidelberg e Centro de Pesquisa Integrativa de Doenças Infecciosas do Hospital Universitário de Heidelberg. Os pesquisadores agora foram capazes de demonstrar que, para os vírus influenza A, o IFITM3 classifica seletivamente os lipídios na membrana localmente. Isso evita a formação de poros de fusão. “Os vírus são literalmente capturados em uma armadilha lipídica. Nossa pesquisa indica que eles são finalmente destruídos”, explica o Dr. Chlanda.
Para analisar os detalhes estruturais dos vírus, o Dr. Chlanda e sua equipe aproveitaram os equipamentos da Rede de Microscopia Crio-Eletrônica de Ruperto Carola. Em uma abordagem interdisciplinar, os grupos de pesquisa liderados pelo Prof. Dr. Ulrich Schwarz do BioQuant-Center e do Institute for Theoretical Physics, juntamente com o Prof. Dr. Walter Nickel, do Centro de Bioquímica da Universidade de Heidelberg previram esse processo com o auxílio de simulações de computador. No contexto da terapia antiviral, os pesquisadores acreditam que é possível desenvolver peptídeos de classificação de lipídios que se inserem na membrana do vírus, tornando os vírus incapazes de se fundirem à membrana. “Esses peptídeos podem ser usados em um spray nasal, por exemplo”, afirma Petr Chlanda.
Em um segundo estudo, os pesquisadores de Heidelberg investigaram a penetração e fusão do vírus Ebola. A morfologia filamentosa do vírus é determinada por um envelope de proteína flexível conhecido como camada de proteína da matriz VP40. “Sempre nos intrigou como esse vírus longo poderia penetrar na célula, fundir-se com a membrana e liberar seu genoma”, afirma o Dr. Chlanda. Usando sua análise estrutural de células infectadas, mas inativas, fornecidas por colaboradores do Instituto Friedrich Loeffler em Greifswald, os pesquisadores descobriram que o envelope dessa proteína viral se desmonta em um pH baixo, ou seja, em um ambiente ácido. Esta etapa não é menos decisiva para a formação de poros de fusão, como mostraram outras simulações de computador do Prof. Schwarz e do Prof. Nickel. Durante este processo, as interações eletrostáticas da matriz VP40 com a membrana são enfraquecidas, reduzindo assim a barreira energética da formação de poros. Os resultados da pesquisa básica de Heidelberg sugerem que um bloqueio da desmontagem dessa camada seria uma forma de manter o vírus Ebola em um estado que não permite a formação de poros de fusão. Semelhante ao vírus influenza A, o vírus Ebola seria então atraído para uma armadilha da qual não poderia escapar.
Os estudos fizeram parte do Centro de Pesquisa Colaborativa “Análise Integrativa de Replicação e Espalhamento de Patógenos” (CRC 1129) financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa. Os resultados da pesquisa foram publicados tanto no “Cell Host & Microbe” quanto no Jornal EMBO.