Webinar COVID19 para o ensino médio

Setembro 13, 2020 § Deixe um comentário

Em abril de 2020, quando ainda achávamos que o distanciamento social duraria no máximo alguns meses, conversamos com o Dr. Ricardo Diaz para ajudar no entendimento da situação especial que estávamos vivendo e disponibilizamos o vídeo para os alunos do ensino médio (e também aqui neste post). Depois, a pandemia nossa de cada dia se tornou o estudo de caso que invadia muitas de nossas aulas e alguns dos posts que escrevi aqui no blog integraram os materiais didáticos que fui criando para o ensino remoto emergencial em que nos encontramos.

Mas terminamos o semestre com muita vontade de apresentar algo mais abrangente e que pudesse integrar diferentes aspectos da pandemia, além de ser um espaço mais aberto para abordar várias das dúvidas que os alunos vinham nos apresentando e que estávamos resolvendo pontualmente e individualmente. Assim, no início do segundo semestre deste ano pandêmico, a equipe de Biologia da escola em que eu trabalho organizou um webinar sobre a COVID19. Elaboramos um GForms para receber perguntas dos alunos e estruturamos o webinar um pouco a partir delas. Ainda assim, muitas outras questões apareceram durante o webinar e até estendemos a duração do evento para dar conta de todas elas.

Foi muito bacana ter todos os professores e alunos do ensino médio sintonizados juntos em uma manhã especial. Foi há quase um mês, mas só agora que conseguimos organizar os vídeos (afinal, esse é só um pedaço pequeno das diversas atividades didáticas que estamos aplicando, corrigindo e planejando neste período…). Naquele então, a vacina russa tinha acabado de ser aprovada (na Rússia) e a curiosidade dos alunos foi grande nessa direção…

Como ficou bem longo, dividimos em partes, assim cada um pode escolher a parte que interessar para ver (ou rever):

  • Parte 1- Surgimento do inimigo. Como o vírus chegou até as pessoas. Questões filogenéticas e epidemiológicas. – Prof. Ricardo Paiva
  • Parte 2- Dormindo com inimigo. Como se vive e se morre com o vírus no nosso corpo.  A produção da patologia e suas consequências. – Profa. Maria Cristina Sucupira
  • Parte 3- Convivendo com o inimigo. Como eu me curo e evito que eu me contagie. Os mecanismos celulares de interação com o vírus. O sistema imune e a terapia imunológica. – Profa. Tatiana Nahas
  • Parte 4- Perguntas e respostas: impactos ambientais, tipos de vacina, como os vírus “morrem”, testes de medicamentos – Coordenação Lucas Silva
  • Parte 5- Perguntas e respostas: políticas públicas, distanciamento social, retorno das aulas presenciais, outras pandemias, testagem, distribuição das vacinas – Coordenação Lucas Silva

COVID-19: há tanto que ainda não sabemos…

Abril 27, 2020 § 1 Comentário

Quem já foi infectado pelo novo coronavírus fica imune? É um vírus respiratório mas… como afeta também outros sistemas, por exemplo o nervoso e o digestório? Quando e se chegarmos a uma vacina, ela poderá abranger as diversas mutações do vírus que já conhecemos? E fala-se na testagem como uma via importante para a futura saída do isolamento social, mas os testes que temos já desenvolvidos serão eficazes para isso?

O questionário poderia se alongar muito. Enquanto o SARS-CoV-2 se alastra mais e mais, as pesquisas científicas também seguem em ritmo frenético, permitindo que muito já tenhamos aprendido ao longo da pandemia, o que garantiu mudanças nas orientações da Organização Mundial de Saúde para seu combate. Contudo, há bastante ainda por descobrirmos. É um pouco sobre isso que a professora Cris Sucupira e eu conversamos (no esquema à distância de tudo hoje em dia e com internet meio vagalume…) com o médico Ricardo Sohbie Diaz, diretor do Laboratório de Retrovirologia da Unifesp. Apesar de toda correria nos atendimentos e pesquisa no meio da pandemia, ele foi de uma simpatia e uma disponibilidade ímpares! Começamos com a intenção de que essa conversa se somasse a outras fontes que estamos oferecendo a nossos alunos e terminamos com um documento que é importante de ser divulgado mais amplamente. Então segue aí no fim do post, espero que gostem!

Um dos pontos que mais me chamou a atenção na fala dele foi a parte em que ressaltou que, para entendermos os efeitos do vírus, precisamos olhar não só para as características do vírus, mas também para as características dos pacientes (ele explica isso de um jeito mais bacana). Parece óbvio, né? Mas não é tão óbvio assim, dado o desconhecimento sobre a extensão das variabilidades genética e ambiental que são mais relevantes para a susceptibilidade à COVID-19. Também não parece óbvio se pensarmos no tanto de soluções apressadas que muitos ficam tentando arrancar dos médicos e dos cientistas, por exemplo querendo já dar o medicamento “x” antes de ter sido testado adequadamente (aliás, sobre isso, recomendo adicionalmente o episódio #7 do podcast Luz no fim da quarentena, como biólogo Fernando Reinach: a ciência virou BBB). Sobre a importância de olhar para o que ocorre nos pacientes – sempre, mas especificamente agora nesta pandemia -, recomendo muito este texto do maravilhoso Siddhartha Mukherjee: Como o coronavírus se comporta dentro de um paciente?

E numa tentativa de organizar o que sabemos, ainda que com algumas lacunas, montei uma sequência de 25 perguntas e respostas sobre esta pandemia (ainda em construção).

Aqui há outra conversa com o Ricardo Diaz em que são explorados esses e alguns outros temas relacionados à COVID19.

Lavar as mãos ou usar álcool em gel são mesmo medidas eficientes para evitar essa infecção?

Abril 10, 2020 § Deixe um comentário

Lavar as mãos é a principal recomendação para o combate ao novo coronavírus (SARS-CoV-2). Parece simples, não? Infelizmente não tanto… Nesta seção, vamos olhar para isso do ponto de vista histórico, bioquímico e social.

Começando com um pouco de história, você sabia não não faz muito tempo que começamos a lavar as mãos? Houve uma época, não muito distante, em que mesmo médicos realizavam procedimentos cirúrgicos sem lavar as mãos… mesmo depois de, algumas vezes, terem realizado autópsias em cadáveres! Isso começou a mudar a partir de um belo trabalho de pesquisa científica do médico húngaro Ignaz Semmelweis no século 19, em que ele conseguiu comprovar que lavar as mãos podia prevenir a transmissão de doenças. Infelizmente, seus resultados não foram bem recebidos de imediato, como podemos acompanhar no vídeo a seguir:

Não foi tão simples finalmente incorporarmos como um hábito os resultados da pesquisa de Semmelweis. Mesmo quando enfim o fizemos, depois identificamos que não é qualquer lavadinha de mão que tem boa eficácia. A segunda imagem que abre este post mostra a sequência correta para uma boa lavagem das mãos, tal como recomendado pela Organização Mundial da Saúde. É importante lembrar de partes geralmente esquecidas, como as pontas dos dedos, as costas das mãos e embaixo das unhas. Além disso, é preciso que o sabão fique tempo suficiente em contato com os patógenos que podem estar presentes nas mãos.

Mas por que lavar as mãos com água e sabão é uma medida tão enfaticamente recomendada para o combate ao novo coronavírus? Aí entramos um pouco na bioquímica a partir da primeira imagem que abre este post. Repare que esse vírus, além da cápsula proteica que protege seu material genético, tem um envelope lipídico. Os sabões também têm uma base lipídica… e aí a ação é mais ou menos a mesma de quando usamos o xampu para tirar a gordura (um tipo de lipídio) do couro cabeludo: os lipídios dos sabões e xampus atraem os lipídios do couro cabeludo ou da membrana do vírus, desintegrando-os. E depois a água “empurra” tudo para longe. Mas como a “mágica” acontece? Aí é que entra a química, já que lipídios são hidrofóbicos. As animações do vídeo abaixo (tem legendas em português) ajudam a entender a ação química dos sabões e também mostram a diferença entre lavar rapidinho e lavar da forma mencionada acima:

No caso do novo coronavírus, a perda de seu envelope lipídico expõe seu material genético, além de desagregar as proteínas que são usadas na entrada nas nossas células, levando à perda de sua eficácia química. Então lavar as mãos (e o resto do corpo e a roupa e as máscaras caseiras…) impede que essas superfícies tenham vírus viáveis para penetrar nas suas células e o que escorre pelo ralo abaixo não está íntegro o suficiente para infectar outras pessoas ou objetos. Viva Semmelweis!

Mas… e o álcool em gel? Em vírus envelopados como esse, o álcool promove a solubilização da camada lipídica e também pode danificar a estrutura proteica. Contudo, é fundamental que a a concentração de álcool seja em torno de 70%, pois os que são mais diluídos não se mostraram tão eficazes no combate ao vírus, já que há menor probabilidade de interação entre o etanol e a membrana lipídica. Há que se destacar ainda que concentrações alcoólicas muito elevadas, como superiores a 95%, além de serem altamente inflamáveis, não são recomendadas pelos danos na pele humana.

É por essas razões que, para passar nas mãos, recomenda-se o uso do álcool 70% EM GEL, que garante que o álcool fique atuando na superfície por mais tempo (lembremos que o álcool é volátil) e sem ressecar muito a pele. Além do fator tempo de contato com a superfície, há que se cuidar da quantidade: só um pouquinho não basta, é preciso realmente cobrir as mãos com o álcool em gel e deixá-lo chegar em todos os cantinhos (incluindo aquelas partes geralmente esquecidas, como as pontas dos dedos, as costas das mãos e embaixo das unhas). Mas muita atenção: esse produto ainda é bastante inflamável e, pior, pode não formar uma chama facilmente visível em contato com o fogo. Veja abaixo um vídeo de alerta feito por uma perita criminal e nem pense em cozinhar depois de limpar as mãos com álcool em gel. Nesse caso, o melhor mesmo é lavar as mãos com água e sabão.

O esquema abaixo, do ótimo site Compoud Chemistry, organiza um pouco essas informações (e lá também tem um outro esquema que compara quatro formas possíveis de limpeza do corpo e da casa no combate ao SARS-Cov-2):

Com o consumo do álcool em gel em ascensão em todo o mundo por conta da pandemia, uma história interessante e pouco conhecida sobre ele veio à tona: o produto foi desenvolvido por uma estudante de enfermagem na década de 1960. Preocupada com a higienização das mãos na impossibilidade de lavagem com água e sabão, Lupe Hernandez teve a ideia para essa solução prática e portátil. Ligado a isso, é preciso incluir duas ressalvas muito importantes. A primeira é que as soluções caseiras para elaboração de álcool em gel são perigosas e, portanto, não devem ser implementadas, como alertado nesta nota do Conselho Federal de Química.

A segunda entra no último aspecto que me propus a abordar neste post: o social. Quando pensou no uso do álcool em gel em situações em que não fosse possível lavar as mãos, Lupe estava buscando algo prático para o cotidiano do atendimento médico. Porém, uma realidade mais complexa nos preocupa no meio da pandemia que estamos vivendo: o álcool em gel é financeiramente proibitivo para famílias de baixa renda e o simples lavar de mãos com água e sabão também é incessível para muitos! O abastecimento regular de água potável, o tratamento do esgoto e a coleta de resíduos sólidos ainda não chegaram a milhões de brasileiros.

Esta matéria do Nexo apresenta alguns dados interessantes para termos um panorama do mínimo que falta para muitos brasileiros: além da dificuldade para lavagem frequente das mãos, entra em questão a precariedade das condições de moradia que inviabiliza o isolamento social em alguns locais, o acesso limitado aos serviços de saúde e tantas mais que tornam o enfrentamento da pandemia no Brasil um desafio que demanda ações enfáticas com a maior seriedade e urgência.

_ Agradeço muito a contribuição da química e querida amiga Ana Luiza Nery para este post!

Sequenciaram o genoma do vírus… e daí?

Abril 10, 2020 § Deixe um comentário

Genoma é o conjunto de informações genéticas que caraterizam um organismo. No caso do ser humano (e da maior parte dos seres vivos), essa informação genética está armazenada em DNA. Conhecer o genoma é importante para conhecer a coordenação do metabolismo celular a partir dele, como explicado na sequência abaixo:

As proteínas são moléculas que atuam numa ampla diversidade de processos biológicos. Alguns exemplos no organismos humano: a hemoglobina é uma proteína de transporte presente nos glóbulos vermelhos do sangue que leva o gás oxigênio obtido na inspiração para todas as células do corpo; a insulina é um hormônio produzido pelo pâncreas que atua no controle da quantidade de glicose no sangue (glicemia); os anticorpos são proteínas de defesa produzidos pelos glóbulos brancos do sangue; as aquaporinas são canais que permitem a passagem de água de uma lado a outro das membranas celulares; as enzimas são catalisadores, ou seja, atuam acelerando reações químicas.

Voltando ao SARS-Cov2, dentre a diversidade de vírus, alguns têm a informação genética armazenada em DNA e outros, como é o caso dos coronavírus, têm a informação genética armazenada em RNA – essa distinção é, inclusive, um dos critérios usados na classificação dos vírus. O RNA é mais simples que o DNA, principalmente por conter uma quantidade muito menor de nucleotídeos, os blocos constituintes dessas duas moléculas. No caso do RNA, esses blocos são dos quatro tipos indicados na imagem de abertura do post: A, C, G e U – as letras são as inicias da parte variável em cada um dos nucleotídeos.

Sequenciar o genoma envolve ordenar todas as letras constituintes do genoma e identificar as instruções que contém, ou seja, relacionar as letras ao seu significado em termos de quais proteínas codifica. O texto resultante não é muito longo: são cerca de 30 mil letras, bem distante dos 3 bilhões que constituem o genoma humano. Ainda assim, o sequenciamento do genoma viral é um passo crucial para se ter um retrato detalhado do vírus, permitindo:

1- entender seu funcionamento => compreender quais instruções usa para adentrar uma célula e utilizar seus recursos para produzir milhares de cópias virais. Aqui tem um belo compilado de cada uma das proteínas ilustradas abaixo associadas a cada sequência específica do genoma viral que as codifica.

O genoma viral está destacado em vermelho (RNA). Dentre as diversas proteínas virais, algumas estão sendo mais investigadas pelo papel central que desempenham no processo de infecção (p. ex., a proteína S – spike glicoprotein – que se liga ao receptor ACE2 da membrana das células humanas) ou de multiplicação viral (p. ex., a RdRP, RNA polimerase dependente de RNA). Fonte: DOI: 10.1056/NEJMcibr2007042

O conhecimento da sequência genética relacionada à produção de proteínas envolvidas no mecanismo de infeção e/ou replicação viral é fundamental para o desenvolvimento de vacinas genéticas e antivirais. Um exemplo é o que está neste artigo publicado na Nature, em que os pesquisadores descreveram a estrutura tridimensional da proteína Mpro, envolvida na replicação do SARSCoV2, e depois usaram essa informação para rastrear, dentre compostos conhecidos, alguns que inibem essa proteína. Com isso, foram identificadas duas possíveis drogas que podem vir a ser testadas para identificar sua segurança e eficácia no bloqueio a multiplicação viral em pacientes. 

2- contar sua história => saber de onde veio, há quanto tempo está circulando, como está se distribuindo, se está sofrendo alterações e, caso esteja, se a taxa de mutação é elevada.

Apenas dois dias após o primeiro caso de coronavírus da América Latina ter sido confirmado na capital paulista, foi publicada a sequência completa do genoma do SARS-CoV-2 isolado do paciente brasileiro. Trata-se de um trabalho do Cadde (Centro Conjunto Brasil-Reino Unido para Descoberta, Diagnóstico, Genômica e Epidemiologia de Arbovírus), coordenado pela médica Ester Sabino. Um dos grandes objetivos do grupo é mapear o desenrolar de epidemias, o que é facilitado pela técnica de sequenciamento por eles desenvolvida, que é muito menos custosa. Isso, aliado a estudos subsequentes, permitiu identificar que os primeiros casos brasileiros foram decorrentes de vírus mais semelhantes com os encontrados na Inglaterra e na Alemanha.

Já em relação ao primeiro sequenciamento genético do novo tipo de coronavírus, feito em janeiro por pesquisadores na China, o material analisado pelos brasileiros tem três mutações — duas em comum com o encontrado na Alemanha. O sequenciamento realizado em São Paulo foi comparado com 127 genomas completos do coronavírus sequenciados em 17 países diferentes.

“A terceira mutação é uma mutação única, não encontrada na sequência mais próxima, que é a sequência da Alemanha. Então, provavelmente é uma mutação que já aconteceu na transmissão para o paciente brasileiro”, explica Jaqueline Goes de Jesus, bolsista da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) em nível de pós-doutorado no IMT-USP.

É normal que, quando o vírus está se “instalando” no corpo de um novo hospedeiro (como um paciente infectado), haja erros no processo de replicação de seu material genético. São mutações que, ao acaso, podem causar tanto uma vantagem adaptativa quanto deixar o patógeno menos infeccioso.

Pela mesma lógica de comparação de alterações genéticas, é possível identificar a origem e monitorar a dispersão do vírus. O site Nextstrain.org é atualizado frequentemente com novos genomas sequenciados a partir de dados advindos de grupos de pesquisa de diversos locais do mundo. Ali é possível visualizar a filogenia em construção e um mapa com a sequência migratória das diversas cepas virais.

Dentre as muitas lives científicas que estão rolando durante esta pandemia, houve uma interessante discussão em 6 de maio diretamente relacionada ao tema deste post, pois os pesquisadores apresentam a importância do estudo do genoma viral para traçar a dispersão do vírus, fazer estudos de filogenética e embasar o desenvolvimento de medicamentos a partir de exemplos de seus trabalhos de pesquisa. Recomendo!

 

Como o coronavírus SARS-CoV2 infecta uma célula e se multiplica?

Abril 10, 2020 § Deixe um comentário

A diversidade viral é vasta, como mostra essa deliciosa matéria na Revista Piauí: uma biografia improvável. Essa diversidade é organizada segundo alguns critérios de classificação, sendo o tipo de genoma um deles. Embora vírus sejam todos diminutos, o novo coronavírus não está entre os menores; ainda assim, é muito pequeno em relação a uma célula humana, como ilustrado na figura a seguir:

Essa proporção de tamanho nos permite identificar duas relações que serão cruciais para a compreensão do processo de infecção viral: a) o vírus é quase do tamanho de moléculas da membrana de nossas células e com as quais interage e b) uma mesma célula humana pode conter muitas cópias do vírus.

A bonita animação a seguir mostra um vírus adentrando uma célula genérica e nos permite identificar três passos que caracterizam essa infecção: 1- ligação de proteína do vírus com proteína da membrana da célula; 2- internalização do vírus pela célula após essa ligação química; 3- uso da maquinaria celular para multiplicação viral.

Vejamos cada um desses passos em mais detalhes, o que permitirá também entender como estão sendo planejados alguns antivirais para combater essa infecção.

1- No caso específico do novo coronavírus, a proteína principal envolvida na ligação química com a célula é a proteína S (do inglês, spike), que é justamente a que lhe confere o aspecto de coroa relacionado ao seu nome. A configuração espacial dessa proteína propicia a ligação química com um receptor celular chamado ACE2, que é uma enzima conversora de angiotensina. Ou seja, o formato tridimensional característico da proteína viral e do receptor celular é essencial para que essa ligação química ocorra, permitindo a entrada do vírus na célula.

ACE2 e angiotensina participam de um complexo sistema de retroalimentação que regula a pressão arterial, denominado sistema renina-angiotensina-aldosterona. Há receptores ACE2 em células de diversos órgãos humanos, como pulmões, rins, fígado, trato gastrointestinal, vasos sanguíneos e outras, como ilustrado na figura a seguir:

Essa ampla distribuição dos receptores que acabam funcionando como porta de entrada do vírus nas células explica parte do seu poder de contágio. Além disso, estudos indicam que as mais diversas populações humanas compartilham a mesma informação genética que resulta na síntese do receptor ACE2 com os mesmos pontos de contato com a proteína S do SARS-CoV2. Ou seja, todos da nossa espécie estão vulneráveis à invasão do coronavírus (até porque ele acabou de ter contato com os seres humanos; não daria tempo de a seleção natural favorecer a resistência a ele). Essa informação genética parece ainda ser compartilhada com grandes macacos, como chimpanzés e gorilas (vídeo curioso sobre outros animais no final do post).

Há, porém, uma distribuição diferencial desses receptores entre as diferentes pessoas, o que pode ser um dos fatores relacionados ao desenvolvimento de sintomas mais brandos ou mais intensos. Por exemplo, crianças costumam ser assintomáticas ou apresentar sintomas mais suaves (embora uma pequena parcela possa desenvolver graves inflamações nos vasos sanguíneos) e recentemente alguns estudos associaram isso à menor presença de receptores ACE2 nas células nasais. De maneira oposta, parece que há maior presença desses receptores em hipertensos e diabéticos, por exemplo, explicando sua inclusão no grupo de risco para COVID19.

Mas o número de “portas de entrada” para o vírus é apenas um dos fatores que estão relacionados à maior possibilidade de infecção das células. Há outros ainda, como a carga viral (a quantidade de partículas virais com a qual a pessoa entrou em contato), o tempo de exposição a partículas virais e a integridade do sistema imunitário da pessoa.

2- Uma vez dentro da célula, há a liberação do material genético do vírus. Esse é um vírus com genoma baseado em RNA. Esse RNA viral é do tipo polaridade positiva, o que significa que uma vez dentro das células pode ser imediatamente traduzido nos ribossomos celulares, o que leva às síntese das proteínas virais.

3- As estruturas celulares de síntese, empacotamento e exportação de proteínas atuam normalmente a partir de uma fita de RNA que foi transcrita a partir da informação genética contida no DNA da célula (RNA mensageiro – RNAm). O RNA viral que adentra o citoplasma atua como se fosse o RNAm da célula. Assim, o mesmo processo de formação de proteínas a partir da junção de aminoácidos de acordo com a informação genética ocorre, só que agora usando a informação genética viral, ou seja, resultando na síntese de suas proteínas.

Uma dessas proteínas (RNA polimerase) é uma enzima que propicia a cópia de mais moléculas de RNA viral, as quais vão se somar às proteínas recém produzidas na composição de novas partículas virais. Partes do RNA do vírus também codificam proteínas que permanecem na célula hospedeira desempenham duas funções principais: atrapalham a comunicação da célula com o sistema de defesa do organismo e incentivam a célula hospedeira a liberar as partículas virais recém-criadas.

Esse ciclo de replicação viral está resumido no esquema abaixo (e também nesta muito mais bonita sequência de ilustrações no NYT):

Desvendar o ciclo viral não é trivial. É preciso primeiro realizar o sequenciamento do genoma viral e então relacionar a informação genética às funções desempenhadas pelas proteínas que compõem o vírus. Isso pode levar meses, às vezes anos. No presente caso, porém, os processos correram mais rapidamente devido aos esforços concomitantes de diversos grupos de pesquisa no mundo e também porque muitas proteínas do novo coronavírus são similares às do coronavírus causador da epidemia SARS de 2003.

Isso abriu a possibilidade dos estudos de busca por antivirais e de desenvolvimento de vacinas. No caso dos antivirais, por exemplo, tem-se buscado moléculas que possam barrar alguma das etapas do ciclo viral, como nos exemplos abaixo:Curiosidade final: outras espécies têm receptores ACE2 razoavelmente similares aos nossos, podendo ser susceptíveis à infecção pelo novo coronavírus, como explicado no vídeo a seguir:

 

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