Publicado por: Pedro Junger | setembro 14, 2017

Agentes infecciosos desejáveis: a função ecológica dos vírus em ecossistemas aquáticos

A palavra vírus remete normalmente à algo negativo. Experimente buscar por “vírus” no Google e os primeiros resultados obtidos serão basicamente associadas à dois tópicos: doenças graves, como HPV, HIV e Zika, ou os indesejáveis vírus de computador (programas malware), que obviamente não são biológicos e foram batizados com o termo vírus, emprestado da biologia, devido ao seu caráter infeccioso. De fato, em ambos contextos os vírus causam sérios danos e essas são questões que devemos estar frequentemente preocupados, mas será que os vírus representam sempre um problema e por isso deveriam ser eliminados da face da terra?

google

A resposta é não. Primeiramente porque seria uma tarefa impossível uma vez que em toda biosfera estima-se que existam cerca de 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (10³¹) partículas de vírus (ufa!), que podem ser encontrados nos quatro cantos do planeta Terra, inclusive em ambientes extremos! Para se ter uma ideia da dimensão desse número, ele é impressionantemente comparável ao número de estrelas (4×10²²) em todo o Universo! O leitor há de concordar que todos esses vírus no mundo não poderiam existir infectando apenas uma população humana de 7,5 bilhões (109) de indivíduos.

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Os vírus e as estrelas: números e imagens semelhantes. À esquerda imagem de vírus e bactérias sob microscopia de epifluorescência (por Nathan Barros) e à direita imagem de um céu estrelado (fonte: https://wallpapersafari.com)

Na realidade, os vírus infectam células dos mais diversos tipos de organismos, desde bactérias até baleias. Mas por qual motivo os vírus infectam células hospedeiras? Simplesmente porque dependem do aparato celular dos seus hospedeiros para se replicarem. Quando encontrados fora de células hospedeiras, os vírus são apenas pacotes de material genético (DNA ou RNA) envolvido por uma capa proteica e por isso não são capazes de se locomover ativamente, dependendo de encontros aleatórios com seus hospedeiros para que ocorra a infecção. Devido à essa característica infecciosa, os vírus podem desempenhar funções ecológicas importantes tanto em ambientes terrestres como em aquáticos, mas aqui focarei nos ambientes aquáticos.

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Ciclo lítico e ciclo lisogênico da replicação viral. No ciclo lisogênico os vírus infectam a célula hospedeira e controlam o processo de divisão celular. Com a divisão, uma célula bacteriana infectada dá origem a duas células bacterianas também infectadas. No ciclo lítico os vírus se multiplicam no interior da célula hospedeira e rompem a membrana celular. Após esse rompimento os vírus são liberados para o ambiente para então infectar outras células. Com a ruptura celular também são liberados compostos orgânicos para o ambiente (por Nathan Barros).

Desde meados da década de 1960, sabe-se que bactérias e algas são infectadas por vírus, porém, apenas no final dos anos 1980 cientistas descobriram que vírus são extremamente numerosos em ambientes como lagos, rios e oceanos. Este fato atraiu a atenção de pesquisadores a estudar os vírus sob uma perspectiva ecológica.

Uma das principais funções ecológicas dos vírus é o controle de populações. Da mesma forma que os vírus podem controlar a população humana por meio de algumas doenças potencialmente fatais, eles são muito eficientes no controle de populações microscópicas dos ecossistemas aquáticos. Em média, 10% da mortalidade de algas e 40% da mortalidade de bactérias são causadas pela infecção viral. Desta forma, os vírus exercem um importante controle das bactérias dominantes, facilitando uma alternância de espécies e promovendo a diversidade. No caso das comunidades fitoplanctônicas, estudos apontam que os vírus podem também controlar o desenvolvimento de florações de algas potencialmente tóxicas.

Mas não é só isso! O rompimento da parede celular dos seus hospedeiros acarreta também na liberação de todo o conteúdo que antes estava no citoplasma (material interno) da bactéria. Desta forma, a ação viral redisponibiliza nutrientes essenciais para vida como carbono, nitrogênio e fósforo para a coluna d’água. Esse curto-circuito causado pela ação viral é chamado na literatura científica de “alça viral” e atua desviando nutrientes de níveis tróficos superiores para a base da teia trófica microbiana.

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Esquema simplificado mostrando como a “alça viral” causa impactos no fluxo de nutrientes em teias tróficas de ecossistemas aquáticos. Os vírus (A) causam a ruptura celular de seus hospedeiros, principalmente bactérias (B) e fitoplâncton (C), liberando carbono, nitrogênio e fósforo (CNP) de fácil assimilação na coluna d’água. Desta forma, a alça viral desvia uma parcela do carbono que alcançaria níveis tróficos superiores, como microzooplâncton (flagelados e ciliados – D), macrozooplâncton (rotíferos, cladóceros e copépodos – E) e predadores (ex.: peixes – F) e o redisponibiliza para a base das teias tróficas aquáticas representadas por bactérias e fitoplâncton (B e C). As setas pretas indicam o fluxo regular de carbono nas teias tróficas, enquanto que as setas vermelhas indicam os fluxos mediados por vírus. A largura das setas vermelhas representa grosseiramente a magnitude destes fluxos (adaptado de André Amado).

O conhecimento sobre a ecologia dos vírus em ecossistemas aquáticos avançou muito ao longo das últimas duas décadas. Sabemos por exemplo que fatores ambientais como substâncias húmicas, salinidade, concentração de nutrientes, entre outros, podem afetar a densidade de vírus. No entanto, ecossistemas aquáticos continentais, como rios, lagos e lagoas, ainda são relativamente pouco estudados, em especial aqueles localizados em regiões tropicais. Os ambientes tropicais são, sob diversos aspectos, muito diferentes dos ambientes temperados. A maior parte dessas diferenças está relacionada à maior irradiação solar incidente nos trópicos, o que afeta diretamente as variáveis ambientais, que por sua vez afetam a atividade bacteriana e acabam afetando indiretamente os vírus. Então, quais e de que maneira as variáveis ambientais estariam impactando a abundância e atividade viral em ecossistemas tropicais?

Meu trabalho de mestrado, conduzido no Laboratório de Limnologia (UFRJ) e em colaboração com o Laboratório de Hidrobiologia (UFRJ), teve como objetivo principal cobrir esta lacuna no conhecimento científico. Nós utilizamos 20 lagoas costeiras localizadas no estado do Rio de Janeiro como ecossistemas modelo para testar quais fatores ambientais eram mais determinantes para abundância e produtividade viral em sistemas tropicais. Dentre várias variáveis ambientais, descobrimos que a salinidade é o mais forte dos fatores ambientais determinando positivamente a abundância viral e bacteriana. Em outras palavras, quanto mais salino o ambiente, maior a abundância dos microrganismos. Contudo, não encontramos maior produção viral (quantidade de vírus produzido por unidade de tempo) em ambientes mais salinos. Diante deste aparente paradoxo, nossa hipótese é que este padrão ocorreu por dois motivos principais relacionados com as condições estressantes de ambientes hipersalinos:

1) vírus e bactérias estão livres da pressão de predação pois a alta concentração de sal impede a presença dos seus predadores;

2) a diversidade bacteriana é muito menor pois a alta salinidade dificulta a vida da maior parte das bactérias, assim, os poucos grupos adaptados a estas condições dominam o ambiente. Com o aumento da abundânca bacteriana, também há um aumento dos seus vírus específicos.

Fig.3_sal

Quanto maior a salinidade, maior a abundância de vírus na coluna d’água.

Muitos ambientes aquáticos estão atualmente sofrendo processo de salinização devido à alterações nos padrões de chuvas ligadas às mudanças climáticas, além de outras atividades humanas (ex.: irrigação). Neste contexto, os resultados deste estudo indicam que ambientes aquáticos suscetíveis ao aumento da salinidade tenderiam a ter redes tróficas mais simplificadas com maior abundância de vírus e bactérias.

Além destas descobertas, com a ajuda de metodologias modernas, também pudemos encontrar uma alta atividade viral, confirmando sua importante contribuição para os ciclos biogeoquímicos nestas lagoas. Este e outros resultados deste trabalho foram publicados recentemente na revista científica Microbial Ecology sob o título “Salinity Drives the Virioplankton Abundance but not Production in Tropical Coastal Lagoons”.

meu artigo

Quem se interessar mais sobre a ecologia dos vírus em águas tropicais, além deste trabalho pode também checar mais dois trabalhos (este e este) conduzidos por pesquisadores da UFJF e UFRJ em ambientes amazônicos. Boa leitura!

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Responses

  1. Excelente post. Parabéns e obrigada por compartilhar. Rosélia

    Maria Rosélia Marques Lopes Professora Titular Universidade Federal do Acre Centro de Ciências Biológicas e da Natureza BR 364 – Km 05 – Rio Branco – Acre CEP: 69915-900 Fones: (68)3901-2582/98111-1269


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