Qual é o objetivo da taxonomia de vírus? - Conselho Internacional de Ciência

O compartilhamento de conhecimento e o engajamento público são essenciais para encontrar soluções para as crises em cascata causadas pela pandemia SARS-CoV-2. Este artigo é parte de uma série de blogs do ISC, que visa destacar algumas das últimas publicações, iniciativas e descobertas relacionadas ao COVID-19 dos membros do ISC.

“Freqüentemente, defende-se a visão de que as ciências devem se basear em conceitos básicos claros e bem definidos. Na verdade, nenhuma ciência, nem mesmo a mais exata, começa com tais definições. O verdadeiro início da atividade científica consiste antes em descrever fenômenos e, em seguida, proceder a agrupá-los, classificá-los e correlacioná-los. ”
Freud S. (1915). “Instintos e suas vicissitudes”, em: The Standard Edition of Complete Psychological Works of Sigmund Freud (Vol. 14), Strachey J., editor. (Londres: The Hogarth Press).

Taxonomia - a disciplina de classificar e nomear coisas - é o alicerce de todas as ciências. Isso foi reconhecido por Sigmund Freud (1856-1939) como um taxonomista psicológico, Dmitri Mendeleev (1834-1907) como um taxonomista químico e Victor Goldschmidt (1888-1947) como um taxonomista mineral, e é hoje reconhecido por cientistas do CERN como taxonomistas da física de partículas. No entanto, para a maioria das pessoas, a taxonomia está relacionada à biologia - aos organismos que se reproduzem e evoluem. Essa taxonomia geralmente envolve plantas, animais e bactérias, mas os vírus também estão nesta categoria. De fato, por causa de sua espetacular diversidade e abundância, os vírus são um desafio e uma oportunidade para os taxonomistas.

“Mecanismos evolutivos são responsáveis pela unidade e diversidade de todas as espécies na Terra.”
Reece JB, et al. (2014). Capítulo 1. Evolução, Temas de Biologia e Investigação Científica. Em Biologia Campbell (10^th ed.), Campbell N. et al., editores. (Boston: Pearson).

Por que a taxonomia do vírus é importante?

A taxonomia do vírus é importante porque permite que as características clínicas, biológicas e evolutivas de um vírus sejam colocadas em uma estrutura que acomoda e conecta todos os vírus. A compreensão que isso traz tem um valor prático imenso. Por exemplo, quando um vírus surge em humanos a partir de um reservatório animal, uma perspectiva taxonômica nos coloca em uma posição muito melhor para descobrir como ele se originou, de qual hospedeiro surgiu, como se replica, como causa doenças e como os humanos respondem estar infectado. Como resultado, estamos muito melhor posicionados para planejar tratamentos e produzir vacinas.

O novo coronavírus, síndrome respiratória aguda grave coronavírus 2 (SARS-CoV-2), que atualmente está causando a pandemia de COVID-19, é um caso em questão. A taxonomia nos ajudou a entender que o hospedeiro natural desse vírus é mais provavelmente morcegos e que seu material genético (genoma) evoluiu pela junção de diferentes genomas parentais (recombinação genética). Além disso, por saber que o novo coronavírus está intimamente relacionado ao coronavírus SARS que surgiu em 2003, foi possível redirecionar drogas antivirais como remdesivir para o tratamento de COVID-19¹ e seguir o exemplo de que os anticorpos monoclonais gerados a partir das células de um paciente infectado com o coronavírus de 2003 podem ser úteis no tratamento de pacientes com COVID-19 em 2020².

Em dezembro de 2019, um novo coronavírus surgiu em Wuhan, China. O vírus está intimamente relacionado ao coronavírus SARS de 2003 e foi, portanto, denominado coronavírus de síndrome respiratória aguda grave 2. O SARS-CoV-2 é o agente causador da doença infecciosa por coronavírus 2019 (COVID-19). No final de junho de 2020, o SARS-CoV-2 infectou mais de 10 milhões de pessoas em todo o mundo e houve mais de 500,000 mortes associadas ao COVID-19.

Como os vírus são classificados?

Como outros organismos, os vírus são classificados em grupos chamados táxons de acordo com suas semelhanças e dissimilaridades. A classificação mais baixa é a espécie. Estes são agrupados em gêneros, e assim por diante, em famílias, ordens, classes, filos, reinos e reinos. No geral, há uma estrutura hierárquica de 15 classificações que abrange todo o espectro da diversidade de vírus, estendendo-se por um período de tempo evolutivo desde o surgimento dos vírus até os dias atuais³.

A classificação de vírus é tradicionalmente um sistema descritivo baseado principalmente em caracteres externos (fenotípicos) - o tamanho e a forma de uma partícula de vírus, a gama de hospedeiros infectados e as doenças associadas à infecção. Com a invenção de tecnologias de sequenciamento de DNA cada vez mais poderosas, a classificação de vírus gradualmente se tornou um ramo da ciência evolucionária. Essa mudança se acelerou nos últimos anos por causa do sequenciamento de alto rendimento de amostras ambientais (metagenômica), que levou à detecção de uma gama surpreendente de vírus. Por causa desses avanços, e do fato de não sabermos nada sobre esses vírus, exceto seu genoma, agrupar vírus com base nas relações entre suas proteínas e as sequências de ácido nucléico (filogenética) tornou-se um meio-chave para definir táxons.

Ainda há muitas perguntas - por exemplo, como os taxa que criamos se relacionam com as populações de vírus que vemos na natureza, e podemos reconstruir com segurança a história evolutiva inicial dos vírus usando apenas informações de sequência? No entanto, está claro que estamos entrando em uma nova era que nos ajudará a obter uma compreensão muito mais completa da totalidade dos vírus, suas complexas interações com seus hospedeiros e seus papéis nos ecossistemas naturais.

“A taxonomia é descrita às vezes como uma ciência e às vezes como uma arte, mas na verdade é um campo de batalha.”
Bryson B. (2003). Em uma curta história de quase tudo (New York City, The Broadway Press).

Como os táxons de vírus são nomeados?

Quando combinada com um bom sistema de nomenclatura de táxons, a classificação de vírus fornece uma linguagem poderosa de comunicação - na sala de aula, no laboratório, no hospital, com as agências reguladoras e com o público. O Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV) é responsável pelo desenvolvimento deste sistema. Existem regras para nomear táxons, em particular as desinências usadas para denotar as diferentes classificações e o formato em que os nomes são escritos. Os nomes de táxons diferentes das espécies foram padronizados por um longo tempo, e o ICTV agora está ativamente visando padronizar os nomes das espécies para lidar com o grande número de vírus recém-descobertos que terão de ser classificados e nomeados no futuro. Essa nomenclatura provavelmente consistirá em duas palavras (um binômio) - o nome do gênero seguido por um epíteto de espécie - conforme descrito pela primeira vez por Carl Linnaeus (1707-1778) há quase 300 anos.

Uma coisa é certa - a taxonomia de vírus continuará estimulando paixões e debates intensos!

Como são nomeados os vírus e as doenças virais?

Em contraste com os táxons de vírus, que são nomeados pelo ICTV, os nomes dos vírus são escolhidos por especialistas que descobrem e pesquisam os vírus. Eles são válidos apenas na medida em que são aceitos e usados pela comunidade relevante. Não há regras para governar isso, mas geralmente, os vírus obtêm seus nomes de seus hospedeiros, o local em que foram isolados pela primeira vez, as manifestações das doenças que causam, seus caracteres fenotípicos ou combinações dessas coisas. É surpreendente que, apesar da falta de regulamentação, os virologistas parecem trabalhar intuitivamente dentro de um conjunto de regras não escritas, usando um número limitado de padrões de nomenclatura que permitem que o vírus, a espécie do vírus e a doença sejam distinguidos uns dos outros. Às vezes funciona bem - o vírus varicela-zóster pertence à espécie Alfaherpesvírus humano 3 e causa varicela (embora não seja um vírus da “varíola”). Às vezes, o sistema tem menos sucesso - o vírus da encefalite japonesa pertence à espécie Vírus da encefalite japonesa e causa encefalite japonesa.

A nomeação de novas doenças virais também é um processo bastante aleatório. Quando o vírus infecta humanos e causa doenças, a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda que os nomes das doenças sejam baseados nos sintomas da doença e, se o vírus que causa a doença for conhecido, deve fazer parte do nome. Por outro lado, o nome não deve incluir localizações geográficas, nomes de pessoas, referências culturais, populacionais, industriais ou ocupacionais, ou termos que possam incitar medo indevido. Se essas diretrizes não forem seguidas, a própria OMS pode emitir um nome provisório, que normalmente será confirmado posteriormente na Classificação Internacional de Doenças.

“Prevenido, armado, estar preparado é metade da vitória.”
Miguel de Cervantes Saavedra (1856). “Aventuras de Dom Quixote de la Mancha”. Em Penguin Classics; Edição Rev Ed, 2003, (Londres: Penguin Books).

perspectiva

Os vírus têm genomas pequenos, tempos de geração curtos e, pelo menos no caso dos vírus de RNA, enzimas de replicação que estão sujeitas a cometer erros. Conseqüentemente, eles evoluem muito mais rapidamente do que outros organismos. Isso oferece oportunidades únicas para estudar a evolução das populações de vírus circulantes (microevolução), bem como a evolução dos vírus em períodos muito mais longos (macroevolução). Assim como os vírus iluminaram amplos aspectos da biologia, por exemplo, permitindo-nos dissecar o funcionamento das células que infectam, eles também fornecem uma oportunidade de testar os métodos taxonômicos usados em toda a biologia, incluindo abordagens para alinhar sequências e prever as funções de proteínas altamente divergentes e avaliando a robustez dos programas de reconstrução filogenética envolvendo grandes conjuntos de dados. Desenvolvimentos futuros irão melhorar a integração do vírus e sistemas taxonômicos celulares e também terão impactos de longo alcance nas ciências microbianas, vegetais, veterinárias, médicas, computacionais e ambientais. Finalmente, é óbvio que não podemos mais minimizar os impactos sociais, econômicos e pessoais das epidemias e pandemias que foram, e continuarão a ser, causadas por vírus.

Stuart Siddel, Vice-presidente ICTV
André Davison, Presidente da ICTV
www.ictv.global

Referências

1. Pruijssers AJ, George AS, Schäfer A, et al. O remdesivir inibe potentemente o SARS-CoV-2 em células pulmonares humanas e o SARS-CoV quimérico que expressa a ARN polimerase SARS-CoV-2 em ratinhos. Pré-impressão. bioRxiv. 2020; 2020.04.27.064279.
2. Pinto, D., Park, Y., Beltramello, M. et ai. Neutralização cruzada de SARS-CoV-2 por um anticorpo monoclonal humano SARS-CoV. Natureza (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-y
3. Gorbalenya, AE, Krupovic, M., Mushegian, A. et ai. O novo escopo da taxonomia de vírus: particionando a virosfera em 15 níveis hierárquicos. Microbiol Nat 5, 668-674 (2020)

Agradecimentos

Fotografia de Sigmund Freud: Max Halberstadt, 1921, domínio público, Biblioteca do Congresso.
Ilustração de um coronavírus: 2020, Domínio Público, Centros para Controle e Prevenção de Doenças, EUA.
Exemplos de taxonomia de vírus. 2020, Copyright dos autores. Pode ser usado sob uma licença CC-BY-4.0, com reconhecimento à Referência 3.
Ilustração de David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank; doi: 10.2210 / rcsb_pdb / goodsell-gallery-019