Vírus da Influenza: Histórico, Variabilidade Genética e Desafios para o ControleDesafios para o Controle
HELIO JOSÉ MONTASSIER
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O que é Influenza-Influenza é uma doença respiratória causada pelo vírus da influenza, que pode provocar desde infecções mais benignas até as mais severas, as quais, às vezes podem provocar elevada mortalidade.
-As epidemias sazonais de Influenza-As epidemias sazonais de Influenzasão anualmente responsáveis por 3 a 5 milhões de casos de doença severa e entre 250 mil a 500 mil mortesem todo o mundo.
- Os idosos e as crianças e pessoas com determinados problemas de saúde são os principais grupos de risco para desenvolver as complicações mais sérias da infecção pelo vírus da influenza. Source: CDC http://www.cdc.gov/flu/about/disease/index.htm
*http://www.medscape.com/resource/influenza
Transmissão do Vírus da Influenza-Os virus da influenza se disseminam principalmente de pessoa para pessoa através de secreções liberadas na tosse ou espirrosde pessoas já infectadas com esses vírus.
- Algumas pessoas podem se infectar por contato diretoespecialmente das mãos com superfícies contaminadas com o vírus da influenza e em seguida com as mucosas oral e nasal.
- A maioria dos adultos saudáveis, após ter sido infectada com o vírus da influenza, pode ser capaz de transmitir a infecção 1 dia antes que os sintomas se desenvolvam e até 5 dias depois de os sintomas terem aparecido
Importância do Vírus da Influenza
VI está presente em todo o Mundo
Todo o Ano nos EUA:-
-Uma média de 5 a 20% da população é infectada com o vírus da influenza (VI).
-Dentre essas, > 200 mil pessoas são hospitalizadas -Dentre essas, > 200 mil pessoas são hospitalizadas em conseqüência de complicações da infecção pelo vírus da influenza.
- Cerca de 36 mil pessoas morrem em conseqüência da infecção pelo VI.
Influenza – Histórico - Mundo•Padrões históricos indicam que ocorre uma média de 3a 4 pandemias de influenza entre seres humanos emcada século.
•No século XIX, 3 pandemias principais de influenzaocorreram principalmente na Europa em 1830-33 e 1847e, posteriormente na Rússia entre 1889-90.e, posteriormente na Rússia entre 1889-90.
•No século XX, as pandemias aconteceram 3 vezes, em1918-19, 1957-58 e 1968-69.
•Dez pandemias de influenza ocorreram nos últimos 300anos; sendo que a última grande pandemia foi em HongKong em 1968.
Influenza Humana – BrasilInfluenza Humana – Brasil
O “ABC” dos Vírus da Influenza
-Os vírus da Influenza A, B e C são gêneros da Família Orthomyxoviridae.
-Os vírus da Influenza A, B e C são identificados com base em suas proteínas de nucleocapsídeo (N) e de matriz (M),
Influenza - ETIOLOGIA
em suas proteínas de nucleocapsídeo (N) e de matriz (M), que são específicas para cada tipo viral.
- Os vírus da Influenza A são naturalmente capazes de infectar uma ampla gama de espécies hospedeiras, incluindo humanos, suínos, aves, mamíferos marinhos e cavalos.
Fonte: CDC
Eco-epidemiologia do Vírus da Influenza - I
Eco-epidemiologia do Vírus da Influenza - II
Mallards
Blue Wing Teal Herring Gulls
• O AIV é naturalmente encontrado em aves silvestres• Raramente o AIV causa doença nessas sps. De hospedeiros naturais (as estirpes são de baixa patogenicidade)• Pesquisas demonstraram que certas espécies de patos silvestres e outras aves costeiras são comumente infectadas em diferentes épocas do ano com o AIV• Há indícios fortes de que todos os tipos do AIV tenham sido originados de aves silvestres
Variabilidade Fenotípica (Patogenicidade, Antigenicidade) dos Vírus da Influenza
- Estirpes de todos os subtipos do vírus da influenza A têm sido isoladas de aves silvestres, embora seja raro o desenvolvimento de lesões nessas aves.
- Alguns isolados do vírus da influenza A causam doença severa em aves domésticas e raramente em humanos.severa em aves domésticas e raramente em humanos.
- Ocasionalmente os vírus da influenza são transmitidos de aves aquáticas silvestres para as aves domésticas, podendo causar um surto de infecção.
- Os vírus da influenza A são adicionalmente classificados em subtipos com base na antigenicidade das glicoproteínas de superfície; Hemaglutinina (H) e Neuraminidase (N).
Influenza - ETIOLOGIA• Genoma - RNA segmentado de cadeia
única e sentido negativo
• Família Orthomyxoviridae
• Gênero Influenzavirus.
• Envelope: neuraminidase +
hemaglutinina = Ag de superfície –
variabilidade antigênica.
http://www.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/fluvirus.html
variabilidade antigênica.
• Sensível ao calor, dessecação, luz solar e
desinfetantes.
• 3 Tipos Principais;- A, B e C.
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HELIO JOSÉ MONTASSIER
A/Chicken/Pennsylvania/1370/83 (H5N2)
1 2 3 4 5 6 7
1) Tipo antigênico 2) Hospedeiro de origem
Nomenclatura – Vírus da Influenza
1) Tipo antigênico 2) Hospedeiro de origem
do isolado
3) Localização Geográfica 4) Referência do Isolado
5) Ano do isolamento 6) Subtipo de Hemaglutinina
7) Subtipo de Neuraminidase
Diferentes Tipos e Espectros de Hospedeiros dos Vírus da Influenza
Influenzavirus A
humanos
cavalos
porcos
cães ?
Influenzavirus B
Influenzavirus C
porcos
aves
mamíferos
humanos
humanos
porcos
gatos, porcos, humanos
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HELIO JOSÉ MONTASSIER
Partículas do Vírus da Influenza – VIE
nucleocapsídeoFragmentos de RNAEmpacotados no Capsídeo Proteíco
envelope
hemaglutinina eneuraminidase “espículas”Na superfície do Envelope
100 nm
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HELIO JOSÉ MONTASSIER
ORTHOMYXOVIRUS – Esquema da Estrutura da Partícula do Vírus da Influenza
tipo A, B, C : NP, M1 proteína sub-tipos: HA or NA proteína
PB1
M2
Hemagglutinin
Neuraminidase
Influenza A VirusRNA de sentido negativo
Cadeia única
Segmentado
NP
HA
PB1PB2PA
NPNAMANS
M1
16 subtipos de Hemaglutinina
9 Subtipos de Neuraminidase
NP
Bases Moleculares da Virulência das Estirpes do Vírus da Influenza
Haemaglutinina e Neuraminidase
Sítio de ligação no receptor
Sítio ativoHA N
Ácido siálicono receptor cel.
no receptor
Alças variáveis
Alças variáveis
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HELIO JOSÉ MONTASSIER
HA é clivada por proteases
Ligação ao Receptor da Célula
Hospedeira
NA cliva a ligação
Vírus Receptor
Importância e Implicações da Variabilidade Genética e Fenotípica entre as Estirpes do Vírus da e Fenotípica entre as Estirpes do Vírus da
Influenza
VARIABILIDADE GENÉTICA ↑
MUTAÇÃO
REARRANJO GÊNICO
PROPRIEDADES DO VÍRUS DA INFLUENZA
VARIABILIDADE FENOTÍPICA ↑
VI
- ↑ Nº Subtipos (H e N)
- ↑ Nº variantes antigênicas
Diferentes sinais clínicos e patologias da infecção pelo VI em seres humanos, mamíferos e aves, ou aves silvestres.
→ VARIAÇÃO DE PATOTIPO- Tropismos diferentes por Tecidos / Órgãos
- > / < Virulência / Atenuação
→VARIAÇÃO ANTIGÊNICA
(Ag “Drift” / Ag “Shift”)
Distribuição de sorotipos de de Hemaglutinina (H) do VI na Natureza
H16
Distribuição de Sorotipos de Neuraminidase (N) na Natureza
Variabilidade Genética e Fenotípica e Geração de
Estirpes Pandêmicas do Vírus da Influenzada Influenza
- + UM POUCO DE HISTÓRIA
“Asian Flu” A(H2N2) 1957-58
-Mais de 1 milhão de pessoas morreram em todo o mundo e cerca de 70 mil nos EUA.
- Rearranjo genético em suínos foi considerado - Rearranjo genético em suínos foi considerado como responsável pela geração das estirpes do vírus da influenza que causaram as pandemias de 1957 e a de 1968.
Hong Kong Flu A(H3N2), 1968-69
-A pandemia de influenza em 1968 surgiu quando o gene da hemaglutinina H3 e um outro gene interno proveniente de um vírus da influenza aviário sofreram rearranjo com a Neuraminidase N2 e 5 outros genesda estirpe humana H2N2 que tinham estado em circulação.circulação.
- Nessa pandemia houve a morte de 1 milhão de pessoas no mundo todo e 34 mil somente nos EUA.
Evolução de Variantes do Vírus da Influenza Aviária
Influenza Aviária em Seres Humanos
-A estirpe H5N1 do vírus da influenza foi detectada em Maio de 1997, em uma criança de 3 anos em Hong Kong que morreu em uma unidade de terapia intensiva no 5º dia de sua hospitalização, com um diagnóstico clínico de Síndrome de Reye, pneumonia por influenza aguda.Reye, pneumonia por influenza aguda.
- Foram detectados + 8 casos na região de Hong Kong e 6 mortes.
• H9N2 – Hong Kong, 1999• H7N7 – The Netherlands, 2003• H5N1 – Hong Kong, 2003• H5N1 – Vietnam, 2003-2005
Surgimento e Evolução de Variantes do Vírus da Influenza
MUTAÇÃO REARRANJO GÊNICO
ESTIRPE PARENTAL DO VI
PRESSÕES SELETIVAS -
GENOMA / FENÓTIPO PREDOMINANTE–ESTIRPE VARIANTE DO VI
SELETIVAS -Sistema Imune≠s Cels. Tecidos, Espécies Hospedeitras
ESTIRPES VARIANT ES (Quasi-species)
Drift Antigênico
-Os genes da hemaglutinina (H) e da Neuraminidase (N) do vírus da
influenza sofrem constantes mutações em ponto que resultam em trocas
dos resíduos de aminoácidos que compõem estas proteínas, tornando-as
menos acessíveis para serem reconhecidas pelo sistema imune e de
interagirem com elementos efetores das respostas imunes (Anticorpos
Vírus-Neutralizantes e CTLs), favorecendo a evasão dos mecanismos de Vírus-Neutralizantes e CTLs), favorecendo a evasão dos mecanismos de
defesa e facilitando a propagação viral.
- O monitoramento dessas mutações nos diversos isolados do vírus da
influenza permite conhecer melhor a epidemiologia molecular da influenza
e determinar ou atualizar as estirpes mais prevalentes que devem entrar na
composição das novas vacinas contra a influenza e que terão um maior
potencial de conferir imunidade protetora aos organismos hospedeiros.
Rearranjo Gênico e Shift Antigênico
-Co-infecção de uma única célula de um hospedeiro com 2 estirpes do vírus da influenza resulta na geração de partículas virais contendo partes dos segmentos gênicos de cada uma das 2 estirpes → REARRANJO GÊNICO (“REASSORTMENT”).
- Os Rearranjos Gênicos a partir de estirpes de suínos ocorreram na geração das estirpes pandêmicas do vírus da influenza de de 1957 e 1968, ou a partir de estirpes aviárias, como ocorreu na geração da estirpe pandêmica de 1918.
-A conseqüência disso são mudanças repentinas e de maior magnitude nos principais Antígenos do vírus da influenza, como a hemaglutinina (H) e a neuraminidase (N), o que acarreta a ausência de proteção que seria conferida pelas vacinas contra influenza compostas pelas estirpes que não sofreram o “Shift”.
-Além disso, o REARRANJO gênico pode gerar estirpes com alterações de genes envolvidos na Patogenicidade em conferir maior virulência, ou inversamente maior atenuação, o que acarreta mudanças drásticas nos Patotipos desses vírus.
H1N1 suíno
Eurásia
H1N1 suíno
América do Norte
Influenza A Aviário Mistura de Genes
Triplo Rearranjo H1N2 suíno H1N1 Pandêmico
H1HA, NP, M
e NS doados230 casos humanos
Fort Dix
Relação Genética H1N1 humano
Gripe Espanhola 1918
H2N2 humano
H3N2 humanoH3N2 Sazonal
H1N1 Sazonal
Relação Genética entre os Vírus da Influenza Humana, Suína e Aviária e os Mecanismos de Evolução e Emergência do Novos Vírus. Ex.-H1N1 Pandêmico - I
Relação Genética entre os Vírus da Influenza Humana, Influenza Humana, Suína e Aviária e os Mecanismos de Evolução e Emergência do Novos Vírus H1N1 Pandêmico - II
Goose/Guangdong/1/96 H5N1 H6N1 Quail/Hong Kong/G1/97 H9N2
Origins of Virulent H5N1 Influenza in Hong Kong
H5N1
NP, MA, NS, PB1, PB2, PA
CK/Hong Kong/220/97 Hong Kong/156/97
????????
Epidemiologia Molecular e Evolução de Variantes do Vírus da Influenza no BrasilVariantes do Vírus da Influenza no Brasil
Epidemiologia Molecular de RNA – VÍRUS
Epidemiologia Molecular
Genética Molecular
Clínica e Patologia
Pesquisa Epidemiológica Tradicional
Definir melhor os problemas de
sanidade animal etrazer soluções
para determinada Tradicional para determinada regiãoFundamenta-se
ppalte. na análise das sequências
gênicas
From gene sequence to protein function
Structure
Function
In other words, theoretically, you can surmise the function of proteins from their genetic sequence!
Gene sequence
Amino acid sequence
Adaptado de:- Computational Aspects in Dengue Vaccine Research, Celia Aurora T. Torres
1. Tipificação Genética (Genotipagem) de diferentes estirpes ouisolados virais.
2. Determinar as relações entre Genotipos e Imunotipos (Sorotipos;Protectotipos) Virais
3. Determinar as relações entre Genotipos e Patotipos Virais.
Epidemiologia Molecular de RNA – VÍRUS
4. Detectar a ocorrência de processos de recombinação gênica
5. Determinar a origem de novos isolados virais.
6. Caracterizar a ocorrência de processos de seleção purificadora, oude seleção positiva, nos genes, ou regiões gênicas importantes deum patógeno viral.
7. Predizer e/ou determinar a evolução viral.
8. Conhecer a geo-epidemiologia e a eco-epidemiolgia de genótipos ede fenótipos de isolados virais.
Inferências da Epidemiologia
Molecular
Síntese em Árvores ou
Dendrogramas
Árvore Filogenética –Analisa a história
evolutiva de uma dada espécie de vírus
Epidemiologia Molecular de RNA – VÍRUS
Molecular DendrogramasGenealogia – revela a
história da segregação do polimorfismo genético em
populações(graficamente representada tb. por
árvores)
Identificação da ocorrência de Seleção Purificadora ou de Seleção Positiva
•A variação nas taxas de substituição de nucleotídeos aolongo do genoma viral pode trazer respostas a uma sériede questões epidemiológicas:-
Epidemiologia Molecular de RNA – VÍRUS
• Regiões Hipervariáveis estão evoluindo mais rapidamente e são maisinformativas para estudar a evolução viral no contexto de um isolado /estirpe, ou então para identificar a fonte de um patógeno viral que estácausando ou causou um surto de uma doença infecciosa.
•Regiões do genoma viral mais conservadas são mais apropriadas parase fazer inferências filogenéticas, ao analisar melhor os genotipos viraisdentro de cada espécie ou família viral.
Vacinado / Imune Não Vacinado / Não Imune
Epítopos VN da HA
Fig. 1. Crystal structure, phylogeny, and antigenic variation in influenza A 2009 H1N1 HA. (A) Phylogenetic tree of selected H1 HAs in swine and human. (B) Antigenic structure of CA04 HA from the 2009 H1N1 pandemic virus. A trimer complex is shown in surface representation with the antigenic sites highlighted: Sa site in magenta, Sb site, cyan; Ca site, orange; and Cb site, blue. Sa and Sb sites are located near the receptorbinding site. The Ca site traddlesthe subunit interface in the trimer. (C) Sequence alignment of membrane-distal domains from representative H1 HAs (38). Antigenic epitopes are color-coded as in (B).
Estrutura Cristalográfica e Localização dos Principais Sítios Antigênicos Neutralizantes da Hemaglutinina do Vírus da Influenza
A importância e a utilidade de se estudar a epidemiologia molecular
do vírus da inlfuenza fica evidente quando se leva em conta que as
estirpes desse vírus estão em um processo constante de evolução,
nas relações com os organismos hospedeiros e que interfere na
dinâmica da epidemiologia desse vírus, principalmente no sentido de
COMENTÁRIOS FINAIS
determinar quais são as estirpes que se tornarão mais adaptadas e
predominantes e que oferecerão maiores riscos para a geração de
pandemias, as quais somente poderão ser controladas com vacinas
mais efetivas, em cuja composição estejam incluídas aquelas
estirpes com composição dos antígenos H e N capazes de
conferirem proteção mais efetiva.
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HELIO JOSÉ MONTASSIER