Muitas pessoas – cerca de metade da população adulta – estão infectadas com um tipo de herpesvírus chamado citomegalovírus humano ou HCMV. Embora principalmente assintomático, o vírus pode ser perigoso para pessoas imunocomprometidas e bebês em gestação. Como o HCMV é tão disseminado, a chance de um bebê ser infectado no útero é de cerca de uma em 200, e essa infecção pode causar problemas no cérebro, pulmões e crescimento do bebê.
Em um novo artigo do Whitehead Institute Member Jonathan Weissman publicado em 25 de outubro na Nature Biotechnology, Weissman e seus colegas transformam CRISPR e tecnologias de sequenciamento de célula única neste vírus, fornecendo a imagem mais detalhada de como os genes virais e humanos interagem para criar uma infecção por HCMV – e revelando novas maneiras de potencialmente atrapalhar a progressão do vírus por meio da manipulação de genes virais e do hospedeiro.
A pesquisa pode fornecer um roteiro importante para estudos futuros de interações patógeno-hospedeiro, bem como informar o projeto de drogas antivirais. Ao longo do projeto, os pesquisadores geraram uma lista de genes virais e do hospedeiro que eram essenciais para a replicação do vírus ou que poderiam ser manipulados para conferir alguma imunidade à célula hospedeira. “Agora que temos essa lista, temos uma lista de alvos potenciais contra os quais alguém pode ir em frente e desenvolver drogas”, disse Marco Hein, o primeiro autor e ex-pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Weissman.
Vendo os dois lados
Milhões de anos de evolução criaram uma rede complexa de interações entre vírus e hospedeiro. Por exemplo, os vírus têm seu próprio conjunto de genes, mas também dependem de alguns genes humanos, chamados de fatores do hospedeiro. O sequestro desses fatores do hospedeiro permite que os vírus invadam as células do corpo e replicem seu próprio material genético.
Hein, que agora é pesquisador do Chan Zuckerberg Biohub em San Francisco, e o membro do Whitehead Institute Jonathan Weissman, que também é professor de biologia no Massachusetts Institute of Technology e Koch Institute e investigador do Howard Hughes Medical Institute, procuraram para obter uma compreensão mais completa da rede de interações hospedeiro-viral que surge durante o curso de uma infecção. “[Queríamos saber] o que realmente acontece quando [eliminamos ou enfraquecemos] esses fatores críticos”, disse Hein. “Podemos prevenir a infecção? Em caso afirmativo, o que ‘dá errado’ do ponto de vista do vírus?”
Eles escolheram o HCMV como cobaia porque, por um lado, o vírus tem um genoma de DNA de fita dupla, como o humano. Isso significa que as tecnologias CRISPR que funcionam cortando DNA poderiam teoricamente funcionar tanto para o vírus quanto para o hospedeiro. “E porque o CMV é um importante patógeno humano e é um vírus tão complexo e intrincado, pensamos que teríamos a chance de realmente descobrir algo novo”, disse Weissman.
Uma série de telas
Os pesquisadores começaram, usando uma técnica molecular chamada triagem CRISPR, para determinar se alguma região do genoma viral ou do hospedeiro em particular tinha um impacto no destino das células hospedeiras infectadas. Ao eliminar sistematicamente genes individuais em uma grande população de vírus e células hospedeiras, os pesquisadores puderam avaliar o quão essencial cada gene era para a infecção.
O projeto ganhou uma nova dimensão em 2016 com o desenvolvimento de sequenciamento de células únicas em grande escala acessível. “Tivemos a ideia de reunir a triagem CRISPR e o sequenciamento de célula única e [um método de triagem chamado PerturbSeq]”, disse Hein. “Basicamente, você perturba genes em uma população de células e então lê o que acontece com as células, não apenas medindo a sobrevivência, mas realmente observando o padrão de expressão gênica nessas células ao longo do tempo.”
A combinação desses métodos gerou um enorme conjunto de dados, que proporcionou aos pesquisadores uma visão mais clara de quais genes eram importantes e quando. “O sequenciamento de uma única célula nos permite observar as etapas do ciclo de vida viral com muito mais precisão e, em seguida, a perturbação nos permite entender como o hospedeiro e os fatores virais permitem que o vírus manipule o hospedeiro e complete seu ciclo de vida”, disse Weissman.
Os dados resultantes mostraram como a trajetória típica do vírus – das ondas iniciais de expressão do gene viral, à replicação do genoma viral completo, à etapa final de florescimento em vírions recém-formados – poderia ser prejudicada pela alteração de genes virais específicos. Também indicou aos pesquisadores de quais genes do hospedeiro o vírus dependia e em que estágios para uma infecção ‘bem-sucedida’.
“O curso da infecção é pré-programado no genoma viral”, disse Hein. “Se você deseja interferir no curso da infecção, pode fazer isso visando um fator viral ou indiretamente, visando o fator do hospedeiro. E os resultados são conceitualmente diferentes. Se você visar um fator de vírus, você inviabiliza o programa que o vírus normalmente seguiria. Se você visar um fator de host, o programa em si não é alterado, mas você altera o quão longe o vírus chega ao executar o programa. ”
Essas descobertas serão ferramentas úteis para o desenvolvimento de medicamentos que podem ser usados como parte de um “coquetel” antiviral. Como os vírus e outros patógenos são criaturas vivas que podem sofrer mutações e se adaptar às mudanças nas condições, um traço comum entre os tratamentos antivirais envolve a combinação de vários medicamentos com diferentes alvos virais. Isso garante a erradicação mais completa possível dos vírus, reduzindo a chance de que alguns sobrevivam e criem uma nova população resistente.
Enquanto a lista dos pesquisadores de genes virais essenciais fornece partes do HCMV para serem alvejadas com coquetéis de drogas, a lista de genes humanos contribuintes pode abrir a porta para uma terapia mais indireta. “Se você direcionar um fator do hospedeiro para afetar o vírus, é muito mais difícil para o vírus escapar porque ele não pode simplesmente sofrer mutação para que a droga não se ligue mais – ele teria que sofrer mutação para evitar a dependência de uma proteína do hospedeiro, o que é muito mais complicado “, disse Hein.
Claro, existem desvantagens em potencialmente alvejar um gene ou proteína humana para tratar uma infecção, e muito mais trabalho precisa ser feito para que um tratamento viável surja por meio dessa via de pesquisa. ?Se você almeja um fator hospedeiro, você está, por definição, almejando uma proteína que está em nosso corpo, fazendo seu trabalho normal, então o risco de efeitos colaterais é muito maior?, disse Hein.
Poucos medicamentos como esse passaram por testes clínicos; um exemplo famoso é a hidroxicloroquina, que tem sido usada com sucesso para tratar a malária e sem sucesso para tratar COVID-19.
No futuro, Hein e Weissman esperam transformar sua abordagem multinível para estudar a infecção em outros vírus, como o SARS-CoV-2. Embora o novo coronavírus não tenha DNA de fita dupla que pode ser alterado via CRISPR, os pesquisadores ainda podem investigar quais genes do hospedeiro são essenciais em qual estágio da infecção e usar sua abordagem orientada por métodos para colher achados inesperados de um poço. vírus estudado.
“Sempre sou movido pelo que a tecnologia pode fazer”, disse Hein. “Gosto de conduzir um estudo de maneira sistêmica e, em seguida, chegar a algumas descobertas que você não teria encontrado se apenas olhasse para um gene ou proteína de cada vez ou olhasse as coisas de maneira mais convencional. tipo de conclusão de alto nível é o que eu pessoalmente sempre acho mais empolgante. ”
Publicado em 27/10/2021 10h42
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