domingo, 5 de abril de 2015

Por que entender a evolução pode salvar sua vida?

Por que entender a evolução pode salvar sua vida?
Autor: Mario Arthur Favretto

Publicado originalmente na Revista Eletrônica de Biologia, volume 7, número 1, páginas 71-80. 2014. Link: http://revistas.pucsp.br/index.php/reb/article/view/17095/14685



Ao longo de inúmeras gerações médicos receitaram antibióticos tanto para tratar doenças causadas por bactérias quanto para tratar doenças causadas por vírus, que não são afetados por estas drogas (RICE, 2007). A este fato alia-se a livre comercialização destes medicamentos e seu uso indiscriminado pela população, assim como, a não realização de tratamentos com os prazos prescritos. Como resultado, há a dispersão destes medicamentos por diversos ambientes e pessoas, possibilitando o surgimento de bactérias cada vez mais resistentes.
Juntamente a esta situação, a população também é alertada todos os anos sobre o surgimento de novas formas de vírus, especialmente sobre o risco de gripes pandêmicas. Constata-se também o fato de diversas pessoas serem infectadas com gripe anualmente e também terem de tomar vacina contra estes vírus com a mesma frequência, sem entenderem o motivo de esta vacina precisar ser tão constante.
Muitos podem não imaginar, mas as situações acima mencionadas tratam da mesma questão, evolução. Entender os processos evolutivos por detrás de bactérias e vírus é de especial importância para a criação de ações que busquem evitar uma intensificação das pressões da seleção natural sobre estes seres, de forma que os humanos não sejam continuamente prejudicados, devido ao combate a estes ser realizado de forma inadequada. No presente trabalho é abordada a seleção natural e como estender este processo permite uma melhor compreensão da evolução de vírus e bactérias, fato que pode salvar vidas, impedindo o surgimento de populações cada vez mais resistentes destes seres.

Seleção Natural
A evolução pode ser definida como a mudança na distribuição dos genes dos indivíduos que uma população sofre de uma geração para outra. E um dos principais meios pelo qual a evolução ocorre é a seleção natural, que possui duas etapas uma aleatória e outra direcional. A aleatória em geral ocorre ao acaso, tratando-se do surgimento de variações genéticas por meio de mutações (erros na replicação de DNA ou RNA), reestruturação cromossômica, ocorrente durante a produção de novos indivíduos. No caso de organismo com reprodução sexuada esta variação também é gerada durante a reprodução pela mistura dos genes dos progenitores no momento da fecundação (MAYR, 2009).
A segunda etapa é de eliminação, ou seja, trata-se da pressão do ambiente exercida sobre os indivíduos. Devendo ser compreendido que em uma população de uma espécie os indivíduos não são iguais uns aos outros, há variações, assim sendo nem todos responderão da mesma forma diante das pressões ambientais. Eles não terão a mesma aptidão e capacidade de sobreviverem e se reproduzirem em determinados ambientes e isto resultará na eliminação dos menos aptos. Desta forma, a quantidade de indivíduos eliminados de uma população vai variar conforme os níveis de adversidade do ambiente onde se encontram (MAYR, 2009). No caso de vírus e bactérias, a eliminação dos indivíduos menos aptos dependerá das capacidades do sistema imunológico do organismo infectado ou da presença de determinadas substâncias no ambiente (e.g. antibióticos).
Deve-se ainda considerar que os microorganismos produzem uma enorme quantidade de indivíduos, e este elevado número de exemplares provoca um aumento da probabilidade de surgimento das mais variadas mutações, até mesmo com uma frequência representativa. Desta forma, a ação da seleção natural é facilitada sobre estas populações (NESSE; WILLIAMS, 1997).

Bactérias
Alguns dos grandes problemas atuais em relação à saúde são a evolução bacteriana e o aumento de sua resistência a antibióticos. Diversas políticas públicas têm sido desenvolvidas para tentar minimizar os efeitos dessa rápida evolução, inclusive o controle na venda de antibióticos. Pequenas mutações em plasmídeos permitem que bactérias adquiram de forma rápida a resistência a antibióticos, porém ao surgir estas mutações, os primeiros espécimes a as apresentarem têm um custo por este benefício. A mutação em geral tem efeitos colaterais que dificultam a proliferação destas bactérias em ambientes normais. Assim, as suas aptidões ficam reduzidas diante da população bacteriana que tem sensibilidade a antibióticos. Porém, quando em um ambiente com antibiótico, estas bactérias resistentes estão mais aptas a sobreviverem e com a morte dos espécimes sensíveis elas conseguem aumentar suas populações. Assim, era de se esperar que na ausência de medicamentos por períodos prolongados as gerações resistentes desaparecessem, devido à sua menor capacidade de expansão populacional em relação às sensíveis no ambiente normal (LENSKI, 1998).
No entanto, isto não ocorre, e em apenas 200 gerações, com a continuidade de mutações aleatórias, a seleção natural acaba por favorecer as variedades de bactérias que possuem resistência, mas que possuem uma mutação a mais que as torne mais aptas a proliferarem de forma mais eficiente. Os antibióticos eliminam as bactérias não resistentes, e as variedades resistentes antes pouco numerosas conseguem aumentar sua população e com a retirada do medicamento, em poucas gerações são selecionadas novas mutações propiciando rápida proliferação, virulência e resistência a medicamentos (LENSKI, 1998).
Ressalta-se ainda que os ambientes que causam stress sobre as bactérias, ou seja, reduzem suas aptidões de reprodução, crescimento populacional e/ou capacidades competitivas, como locais com temperatura e pH desfavoráveis ou com presença de toxinas (e.g. antibióticos), originam defeitos nos processo de replicação do DNA ou no próprio funcionamento da DNA polimerase, criando um aumento no número de mutações. Apesar de em sua grande maioria estas mutações serem deletérias, sua maior incidência aumenta a probabilidade de aparecimento de uma que em um ambiente comum seria prejudicial, mas no ambiente estressante ocasiona um benefício para a sobrevivência e reprodução do indivíduo, propiciando o surgimento de indivíduos adaptados a este ambiente (MACLEAN et al., 2013).
Nestes ambientes estressantes até mesmo pequenas concentrações de antibióticos têm um papel muito importante em fortalecer a seleção de bactérias resistentes a estes produtos, pois criam ambientes competitivos que favorecem a reprodução destas variedades. Um fato de especial interesse devido à presença de antibióticos em baixa concentração no meio ambiente, eliminados pelos humanos ou usado nas criações de animais, e baixas concentrações no corpo humano ocasionadas por tratamentos realizados de forma inadequada (GULLBERG et al., 2011).
Outra ferramenta que as bactérias podem usar para a rápida evolução é a troca de genes (transferência horizontal de genes) que pode ocorrer até mesmo entre bactérias de espécies diferentes, acelerando ainda mais a aquisição de resistência a medicamentos e a outras adversidades do ambiente onde elas vivem. Cita-se, o caso da bactéria Neisseria gonorrhoeae, identificada com genes originários de uma bactéria entérica resistente à ampicilina. As variedades de N. gonorrhoeae ao serem identificadas com este gene de resistência tivessem sido tratadas com outro antibiótico logo em seu surgimento poderiam ter sido facilmente eliminadas. Pois o novo plasmídeo com este gene de outra bactéria era muito instável, dificultando a sobrevivência desta na ausência de ampicilina devido à competição com bactérias não resistentes onde as resistentes tinham menor aptidão. Entretanto, com a continuidade deste tratamento a resistência foi apenas sendo beneficiada e em poucas gerações com novas mutações, não tardou para variedades com o plasmídeo mais estável aparecerem e serem favorecidas com maior sobrevivência e reprodução (LENSKI, 1998).
Em um experimento, genes de bactérias que vivem no intestino de insetos foram transferidos para Escherichia coli, a bactéria que vive nos intestinos humanos, e esta passou a apresentar resistência a antibióticos, fato que provavelmente ocorreu devido a muitos insetos se alimentarem de plantas que produzem diversas substâncias tóxicas (KADAVY et al., 2000; ALLEN et al., 2009; ALLEN et al., 2010). Da mesma forma, esta transferência de genes pode eventualmente ocorrer entre diferentes bactérias no ambiente, criando novas cepas infectantes que poderão trazer danos à saúde humana.
Em Mycobacterium tuberculosis a troca de genes tem um papel fundamental na quebra da interferência clonal (ou seja, erros e igualdades geradas pela divisão celular), permitindo uma maior eficiência na eliminação de mutações deletérias. Inclusive uma influência significativa da seleção natural foi detectada na estrutura da parede e membrana celular destas bactérias que não poderia ter se desenvolvido apenas por deriva gênica, havendo a necessidade de uma pressão ambiental que as selecionassem (NAMOUCHI et al., 2012).
Esta pressão ambiental sendo a seleção natural provavelmente ocorrendo devido à uma “corrida armamentista” entre M. tuberculosis e seus hospedeiros, pois esta bactéria produz uma demorada colonização crônica de seus hospedeiros (NAMOUCHI et al., 2012). Ressalta-se ainda que as mutações nesta bactéria possam ocorrer mesmo em uma única infecção de um paciente ou durante sua transmissão (PÉREZ-LAGO et al., 2013).
Outro exemplo, a peste causada pela bactéria Yersinia pestis que gerou três grandes pandemias registradas ao longo da história humana também foi ocasionada por processos evolutivos nestes microorganismos, gerando três variedades diferentes da bactéria (WAGNERS et al., 2004), ou seja, não há como evitar a evolução

Vírus
No caso dos vírus, a melhor forma de demonstrar a seleção natural é iniciar com um exemplo que muito tem preocupado a população nos últimos anos, os vírus da influenza. Os vírus de influenza possuem sequências de RNA e quando eles utilizam as organelas de células que infectaram para produzir cópias desses RNAs são originadas cópias com uma alta taxa de erros, não sendo idênticos ao original. Estas mutações aleatórias são rapidamente selecionadas, dependendo do ambiente onde estão ou do hospedeiro em que estão presentes, assim algumas mutações são eliminadas pelo sistema imunológico do hospedeiro, enquanto outras podem ser mais resistentes e conseguir manter a infecção (TAUBENBERGER; KASH, 2010). Este fato é responsável por ocorrer, nos EUA, em uma estação endêmica típica 200.000 hospitalizações por influenza e 36.000 mortes (TAUBENBERGER; KASH, op cit.).
Nos vírus de RNA, como influenza, a taxa de mutações é de um nucleotídeo incorreto a cada replicação; em retrovírus um nucleotídeo é alterado em média a cada dez mutações, enquanto em vírus e microorganismos com DNA é um erro a cada 300 replicações (DRAKE et al., 1998). Isso demonstra o quão rápida são as alterações sobre vírus de RNA e o quão rapidamente a seleção natural pode agir sobre estes seres, caso eles estejam em um ambiente com constantes alterações. Assim, diferentes aptidões genéticas serão selecionadas.
Mesmo com a elevada taxa mutacional que vírus de RNA possuem, eles ainda se utilizam de mecanismos para evitar que esta taxa não seja ainda maior, pois em uma determinada quantidade a alta taxa mutacional é beneficiada pela seleção natural, favorecendo o surgimento de indivíduos que podem estar aptos a viver em um determinado ambiente modificado. Mas se estas taxas forem muito elevadas, a população viral pode rumar para a extinção, pois nenhum gene que produza uma característica benéfica será mantido nos novos indivíduos (LAURING et al., 2013).
No caso do enterovirus humano 71 (EV-71), os surtos de doença causados por este vírus estão correlacionados com o aumento de sua diversidade genética, assim, o aumento de diversas mutações cria indivíduos com diferentes características dificultando o reconhecimento e eliminação destes patógenos pelo organismo hospedeiro (TEE et al., 2010). No vírus Puumala hantavirus, um causador de hantavirose na Europa, também foram encontradas diversas variedades do vírus no ambiente natural em espécies de roedores. Muitas destas variedades surgiram recentemente, mas apenas algumas se mantiveram, demonstrando também os efeitos da seleção natural sobre a variabilidade gênica gerada pelas mutações aleatórias (RAZZAUTI et al., 2013).
Outra forma de os vírus evoluírem é por meio de uma recombinação genética, talvez sendo mais comum em vírus de RNA, em que eventualmente quando diferentes vírus infectam uma mesma célula os novos indivíduos gerados possuem características de ambos os vírus infectantes. Fato constatado no vírus da influenza H1N1 que possuía genes de vírus de influenza humana, suína e aviária (FRANÇA; CHAVES, 2009).

Considerações finais
Os riscos do surgimento de bactérias cada vez mais resistentes a antibióticos são constantes, por culpa da seleção natural, que em um ambiente onde há a presença destes medicamentos age sobre as populações bacterianas selecionando cepas que tenham maiores aptidões para sobreviver e se reproduzir na presença dos mesmos. Atualmente já foram identificadas bactérias resistentes à quase todos os antibióticos usados clinicamente, entre elas citam-se cepas de Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter baumanii, algumas inclusive surgindo e sendo transmitidas dentro de hospitais (e.g. Staphylococcus aureus resistente à meticilina) (WALSH; FISCHBACH, 2009; TAN et al., 2013). 
Até mesmo a produção de vacinas de vírus atenuados não escapa dos efeitos da seleção natural, sendo que estes podem eventualmente produzir mutações que de certa forma aumentam sua virulência, ocasionando leves incômodos em pacientes imunossuprimidos, as populares reações às vacinas e manifestações leves dos sintomas da doença, fato observado em vacinas de varicela (QUINLIVAN et al., 2007).
Nesta guerra contra os patógenos, em geral, os humanos estão em desvantagem, pois a seleção natural age de tal forma sobre bactérias e vírus que a evolução de alguns deles em um dia pode ser considerada como o equivalente há quase mil anos em Homo sapiens. E como H. sapiens não consegue evoluir tão rapidamente, como os microorganismos, seu corpo deve estar constantemente alterando as proporções de determinadas células para produzir diferentes anticorpos (NESSE; WILLIAMS, 1997).
Por mais que a humanidade desenvolva novos medicamentos não é possível parar a seleção natural, pode-se tentar reduzir a velocidade com que ela afeta os microorganismos, sendo que o entendimento deste processo pode salvar vidas, ao menos temporariamente. Se novos medicamentos mais fortes não conseguirem parar os microorganismos só restará à humanidade aceitar a evolução e esperar que seus organismos e a variabilidade genética de sua espécie sejam a chave para enfrentar bactérias e vírus, voltando para a corrida “armamentista” entre diferentes organismos.


Referências
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