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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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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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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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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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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

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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.


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


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:-


• 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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