Contra-ataque ao Vírus da Gripe

A febre surge do nada e  começa por ter arrepios e dores em todo o corpo… Parece que foi infetado pelo vírus Influenza. Com a ajuda de supercomputadores, uma equipa de investigação está a fazer planos para um contra-ataque à doença.

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A gripe sazonal, para além de incómoda, é também uma potencial assassina. Durante a Primeira Guerra Mundial, a Gripe Espanhola causou mais vítimas do que a guerra em si e, nos anos seguintes, surgiram epidemias globais de gripe em intervalos regulares (uma na década de 50, outra em 1968 e a mais recente, a gripe suína, ou H1N1) marcadas por mortes em todo o mundo.

Apesar de dispormos de vacinas, o vírus da gripe pode facilmente tornar-se numa ameaça global. Para além do facto de nunca viajámos tanto como nos dias de hoje, o que potencia a sua propagação, o grande desafio em relação ao vírus Influenza é que este torna-se rapidamente resistente e todos os anos tem de ser desenvolvida uma nova vacina para o combater. Face à possibilidade de ocorrer uma pandemia – que surgirá mais tarde ou mais cedo – há que desenvolver uma solução o mais rápido possível: é extremamente importante saber mais sobre este vírus persistente e potencialmente mortal.

 

FUSÃO DE MEMBRANAS EM ANÁLISE

Vamos voltar às dores por todo o corpo que surgiram do nada e que nos forçaram a ficar de cama: nesta fase, podemos já ter o vírus a circular no nosso corpo há algum tempo.

No momento em que o vírus infeta a célula, este é envolto por uma bicapa lipídica para formar as chamadas vesículas, que são essencialmente, pequenas membranas da célula que estão à volta do vírus. Existem proteínas na superfície das vesículas que, quando se ligam à membrana da célula como uma âncora, fazem com que a vesícula se funda com outras membranas e transmita o seu conteúdo. Se um vírus ARN como o Influenza (com material genético composto por Ácido Ribonucleico) consegue instalar-se nas nossas células, este reproduz-se rapidamente e ficamos doentes.

O processo de união de uma vesícula com a membrana de uma célula normal é designado fusão de membranas e é um processo crucial para compreender o vírus da gripe. Porque é que algumas pessoas ficam doentes? Porque é que a proteína consegue fundir-se com as células de algumas pessoas e outras conseguiram escapar? O que podemos fazer para impedir a fusão das membranas?

Estas são as questões que preocupam Peter Kasson, agora na Universidade de Virgínia, e Erik Lindahl, professor de Biofísica na Universidade de Estocolmo. Eles estão a liderar um projeto de investigação que pretende desvendar o que acontece exatamente com o vírus Influenza imediatamente antes e durante a fusão de membranas. Se forem bem sucedidos, saberemos muito mais sobre os processos físicos subjacentes ao facto de se ficar engripado e assim, conseguiremos combater a doença com agentes anti-virais mais eficazes (por exemplo, vacinas).

No entanto, de acordo com Lindahl, a fusão de membranas tem sido bastante difícil de simular a nível molecular. O vírus Influenza é formado por milhões de átomos, tornando impossível para o cérebro humano calcular um modelo, pois implica o tratamento de demasiados dados.

“Não sabemos muito sobre como funciona a infeção pelo vírus, mas estamos interessados em descobrir exatamente o que acontece quando duas membranas se fundem e como se desenvolve o processo de ancoragem. No entanto, é muito difícil simular uma fusão de membranas a nível molecular quando as partículas estão constantemente a mover-se, como se estivessem em óleo. É quase impossível ser feito em laboratório”, explica Lindahl.

 

SIMULAÇÃO DE ALTA PERFORMANCE

“Ao usar supercomputadores, conseguimos realizar várias simulações nas quais fomos capazes de demonstrar o que acontece quando duas partículas se encontram e se fundem, numa escala atómica”
Erik Lindahl
Professor de Biofísica na Universidade de Estocolmo, Suécia

Graças aos supercomputadores, hoje podemos tratar dados num computador capaz de processar 10 mil vezes mais informação do que os computadores vulgares de secretária: com a simulação em supercomputadores, a fusão de membranas pode ser estudada detalhadamente.

Até agora, a equipa de Kasson e Lindahl foi capaz de simular um modelo do vírus Influenza a interagir com uma membrana, desde o início até ao fim, numa resolução equivalente à escala atómica. Por vezes, duas partículas ficam muito próximas durante algum tempo, mas nunca se fundem.

“A fusão de membranas concretiza-se ou não dependendo das partículas de gordura, ou lípidos, que formam a membrana e o que parece ser a ‘âncora’ que as poderá unir”, diz Lindahl.

 

ATACAR A ÂNCORA

Através das simulações, Lindahl espera descobrir como é que o processo de ancoragem funciona e quais as partes da estrutura da vesícula que fazem a fusão com a membrana da célula.

A maneira mais eficaz de evitar a fusão de membranas é atingir a estrutura que funciona como âncora, impedindo que a partícula infetada se funda com uma célula saudável. Esta âncora é uma proteína chamada hemaglutinina.

 

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Figura 1. As proteínas do vírus Influenza deslocam-se entre as membranas. A hemaglutinina do Influenza uniu as duas membranas, criando uma ligação entre estas com uma dinâmica lenta.

 

“O problema é que as proteínas do vírus estão em constante mudança, o que faz com que seja difícil para os compostos dos medicamentos ou vacinas atingir as partículas certas. Se conseguirmos descobrir o coração da âncora, vamos conseguir criar moléculas que se anexem a essas partes, tornando impossível a fusão”, diz Lindahl.

A próxima etapa na investigação passa por simular uma fusão direta da hemaglutinina do Influenza com uma vesícula.

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Figura 2. Representação do volume da tensão lateral em duas vesículas antes da fusão. As camadas de lípidos definiam a superfície da membrana; estas são representadas separadamente.

 

PARTILHA DE RECURSOS

A equipa de Lindahl usou um supercomputador do PRACE, situado em Edimburgo, na Escócia. O investigador está muito grato pelo apoio que teve dos administradores de sistemas.

“O software precisa de ser adaptado para cada projeto de investigação, de forma a otimizar o seu uso. Os supercomputadores são muito importantes, mas obviamente precisamos da intervenção humana para aproveitar o máximo das suas potencialidades. Penso que é fundamental ter em mente que, quando se investe nestes supercomputadores, também é necessário um desenvolvimento contínuo das competências de quem os utiliza”, enfatiza Lindahl.

Lindahl e os seus colegas desenvolveram o programa GROMACS, um dos maiores softwares biomoleculares na Europa.

“Na verdade, foi uma espécie de simbiose entre o PRACE e a nossa equipa de investigação. Nós, investigadores, precisamos de estar muito bem informados relativamente ao que queremos analisar, enquanto que o PRACE ajuda-nos ao fornecer os recursos necessários.”

Um dos desafios principais prende-se com a velocidade à qual os supercomputadores se desenvolvem. O poder computacional de um supercomputador está a aumentar rapidamente, sendo impossível desenvolver software que acompanhe este crescimento. É por isso que é importante que os códigos possam ser transferidos para diferentes arquiteturas.

Partilhar os resultados de uma pesquisa é um princípio básico no mundo académico. A partilha de conhecimento e a troca de recursos é igualmente importante para maximizar o potencial dos supercomputadores.

“É como um jantar partilhado, onde cada país traz o seu know-how para a mesa e os recursos são partilhados de acordo com as necessidades de cada projeto”, diz Lindahl. E um dia, todos seremos beneficiados.

 

Para mais informações:

http://www.scilifelab.se/index.php?content=research_groups&id=16
http://www.scilifelab.se
http://www.su.se
http://www.kth.se
http://bme.virginia.edu/people/kasson.html

 

Artigo apoiado pelo PRACE (www.prace-ri.eu)

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