Loss of replication and transcription systems accompanying transition to nucleus-dependent replication in Ariadnavirales, a proposed new order in nucleocytoviricot class Megaviricetes

Os vírus são frequentemente vistos como parasitas simples que sequestram a maquinaria de uma célula para fazer cópias de si mesmos. Para os maiores vírus conhecidos, que carregam material genético feito de DNA, a história padrão tem sido a de que eles constroem suas próprias fábricas dentro do citoplasma da célula hospedeira, o fluido gelatinoso que preenche o espaço ao redor do núcleo. Essas fábricas virais permitem que eles repliquem seu código genético e construam novas partículas virais sem a necessidade de entrar no centro de comando da célula, o núcleo, onde o próprio DNA da célula é mantido. Essa independência é uma característica definidora do grupo conhecido como nucleocytoviricotas, uma vasta família de vírus de DNA de fita dupla que inclui algumas das entidades biológicas mais massivas da Terra. Cientistas há muito assumem que esses vírus carregam o conjunto completo de instruções necessárias para operar seus próprios processos de replicação e transcrição, agindo essencialmente como máquinas independentes uma vez que infectam um hospedeiro.

No entanto, um novo estudo descobriu um grupo desses vírus gigantes que parece ter abandonado essa estratégia inteiramente. Ao vasculhar vastas coleções de dados genéticos de oceanos e ambientes de água doce, pesquisadores identificaram uma ordem de vírus anteriormente desconhecida que perdeu quase todos os genes necessários para copiar seu próprio DNA ou ler suas instruções genéticas. Em vez de construir suas próprias fábricas, esses vírus parecem depender inteiramente do núcleo da célula hospedeira para realizar o trabalho por eles. Essa descoberta desafia a visão de longa data de que os grandes vírus são autossuficientes e sugere uma história evolutiva mais complexa, onde alguns gigantes escolheram tornar-se dependentes do próprio centro de comando que pensavam evitar.

Os pesquisadores, liderados por uma equipe da National Institutes of Health e do Institut Pasteur, começaram sua investigação com um vírus chamado Sicyoidochytrium minutum DNA virus, ou SmDNAV para abreviar. Este vírus foi originalmente isolado de um organismo unicelular chamado traustocitrídeo, que pertence a um grupo de protistas encontrados em ambientes marinhos. Na época de sua descoberta, o SmDNAV era uma anomalia; ele parecia um vírus gigante, mas compartilhava pouquíssimas semelhanças genéticas com qualquer outro vírus conhecido. Para entender onde ele se encaixava na árvore da vida, a equipe usou programas de computador para vasculhar bancos de dados genômicos, procurando por outras sequências genéticas que coincidissem com as proteínas encontradas no SmDNAV. Eles encontraram inúmeras correspondências escondidas nos dados genéticos de outros organismos unicelulares, incluindo algas e vários protistas de habitats tanto de água salgada quanto de água doce.

Ao reunir esses fragmentos genéticos, a equipe reconstruiu os genomas de vários novos vírus relacionados ao SmDNAV. Eles nomearam este novo grupo como "Ariadnavirales", uma referência à lendária princesa Ariadne, que ajudou o herói Teseu a escapar de um labirinto, refletindo a natureza complexa e sinuosa dos hospedeiros protistas que esses vírus infectam. Os genomas desses vírus são substanciais, medindo cerca de 200.000 pares de bases de comprimento, o que é grande o suficiente para codificar centenas de proteínas. No entanto, quando os pesquisadores examinaram as instruções específicas dentro desses genomas, encontraram uma ausência surpreendente. Os vírus perderam os genes para a maquinaria central que quase todos os outros vírus gigantes usam para replicar seu DNA e transcrevê-lo em RNA. Especificamente, lhes faltavam as enzimas que atuam como as principais máquinas de cópia e as ferramentas de leitura de informações genéticas.

As únicas ferramentas de processamento de informações que esses vírus retiveram foram algumas proteínas especializadas que ajudam a organizar e reparar o DNA, mas o trabalho pesado de replicação e transcrição havia desaparecido. Essa perda sugere que os Ariadnavirales evoluíram para depender completamente do núcleo da célula hospedeira para replicar seu material genético. Em uma reviravolta que adiciona mistério, observações anteriores de células infectadas pelo SmDNAV mostraram que o vírus faz o núcleo do hospedeiro desaparecer, embora o vírus ainda consiga se replicar. Isso implica uma estratégia única onde o vírus pode quebrar a barreira nuclear para acessar a maquinaria do hospedeiro diretamente, ou talvez recrute as ferramentas necessárias do núcleo antes que a estrutura colapse. Esse comportamento é distinto de outros vírus conhecidos que ou permanecem no citoplasma com suas próprias ferramentas ou entram no núcleo para se replicar mantendo o núcleo intacto.

O estudo também posicionou esses vírus no mapa evolutivo. Ao comparar as proteínas que todos os vírus gigantes compartilham, como os blocos de construção de suas carapaças externas, os pesquisadores determinaram que os Ariadnavirales são intimamente relacionados a outro grupo de vírus que também carece de alguns genes de replicação. Juntos, eles formam um ramo profundo na árvore genealógica dos vírus gigantes, sugerindo que a perda desses genes essenciais ocorreu cedo em sua história compartilhada. Os pesquisadores observaram que, embora outros vírus pequenos também tenham perdido esses genes, eles tendem a ter genomas muito menores. Os Ariadnavirales são únicos porque mantiveram um tamanho de genoma grande enquanto descartavam as partes mais críticas de seu kit de ferramentas operacionais. Essa perda seletiva indica um caminho evolutivo sofisticado, em vez de uma simples degradação do vírus.

As descobertas também destacam o quanto o mundo viral permanece oculto. Os novos vírus não foram encontrados em uma cultura de laboratório, mas foram descobertos através da mineração de dados genéticos de amostras ambientais, uma técnica que revelou uma diversidade oculta de vida nos oceanos. O estudo sugere que a estratégia de depender do núcleo do hospedeiro é mais comum entre os vírus gigantes do que se pensava anteriormente, aparecendo em múltiplas linhagens independentes. Embora a mecânica exata de como esses vírus interagem com o núcleo do hospedeiro permaneça incerta, as evidências apontam para uma mudança fundamental em como essas entidades biológicas sobrevivem. Eles trocaram independência por eficiência, dependendo dos sistemas internos do hospedeiro para fazer o trabalho que seus ancestrais outrora faziam por conta própria. Esta descoberta abre novas questões sobre a flexibilidade da evolução viral e as fronteções entre formas de vida independentes e aquelas que são inteiramente dependentes de seus hospedeiros.