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segunda-feira, 17 de junho de 2024

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Os casos mais antigos de malária revelam como os humanos espalham a doença pelo mundo

DNA antigo sugere que parasitas chegaram às Américas através da colonização

Células sanguíneas e Plasmodium sp.  parasitas (na fase esquizonte) que causam malária, ilustração computacional.
Ancient DNA shows people and the Plasmodium parasite, which infects blood cells and causes malaria, share a long history.KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY

A malária é um inimigo antigo. Relatos históricos sobre o patógeno datam de vários milênios, e evidências genéticas sugerem que os humanos lutam contra a doença há dezenas de milhares de anos, pelo menos.

Mas, arqueologicamente falando, a malária é uma doença fantasma. Os dois parasitas que a causam – Plasmodium vivax e seu primo mais letal, P. falciparum – não deixam vestígios óbvios no esqueleto, por isso os pesquisadores não conseguiram rastrear infecções ao longo do tempo. “A malária é muito importante para a história humana, mas é invisível arqueologicamente”, diz a arqueogeneticista da Universidade de Harvard, Christina Warinner.

Um novo estudo de DNA antigo realizado por Warinner e colegas muda isso. Geneticistas e arqueólogos identificaram 36 casos de malária, desde um homem que morreu há 5.600 anos na Alemanha até soldados enterrados na Bélgica no início do século XVIII. A equipa também encontrou o primeiro caso conhecido na América do Sul, datado de cerca de 1600 d.C., sugerindo que os colonos europeus introduziram a malária no Novo Mundo, com uma segunda variedade introduzida de África juntamente com o comércio de pessoas escravizadas.

Os resultados, publicados hoje na revista Nature , sugerem que os povos antigos espalharam a malária pelo mundo muito antes das viagens aéreas e dos automóveis. “As conclusões são muito convincentes”, afirma Virginie Rougeron, bióloga evolucionista da agência nacional de investigação francesa CNRS. “[Os pesquisadores] realmente mostram que podemos detectar patógenos em restos humanos antigos e que as doenças migram com os humanos.”

Todos os anos, a malária adoece 250 milhões de pessoas em todo o mundo e mata 600 mil delas. Até ao início do século XX, quando as pessoas descobriram que os mosquitos espalhavam a doença e aprenderam como erradicá-la, a malária era endémica em grande parte da Europa e da América do Norte; atingiu meia dúzia de presidentes dos EUA, incluindo George Washington e Abraham Lincoln. Mas a evidência direta mais antiga do parasita remonta apenas a uma amostra de sangue de 1944, retirada de um hospital no delta do Ebro, em Espanha.

O novo artigo retrocede 100 vezes e “dá-nos uma visão recuada no tempo”, diz Megan Michel, geneticista do Centro de Investigação Max Planck-Harvard para a Arqueociência do Mediterrâneo Antigo, que liderou o novo estudo.

Pesquisando um enorme banco de dados de mais de 10.000 genomas humanos antigos coletados para outras pesquisas, Michel e colegas descobriram dezenas de casos em que pedaços de DNA do Plasmodium podem ter sido preservados – principalmente de dentes, que muitas vezes prendem patógenos transmitidos pelo sangue em seu interior polpudo. .

A equipe retirou as amostras de DNA mais promissoras de freezers e as sequenciou usando uma técnica que replica fragmentos de DNA milhares de vezes. Utilizando “iscas” especialmente concebidas com base nos genomas modernos do Plasmodium , eles pescaram cadeias fragmentadas de ADN do parasita a partir de uma sopa de genes humanos e de bactérias do solo, que ao longo do tempo tinham permeado os dentes. “Uma pequena percentagem de ADN nestas amostras pode ser proveniente da malária – um ou dois fragmentos em um milhão”, diz Michel.

A equipe encontrou P. vivax , uma cepa menos letal que pode sobreviver em climas mais frios, e P. falciparum , uma variedade mais mortal, comum em latitudes tropicais. O P. vivax esteve presente em toda a Europa, de Espanha à Rússia, numa faixa de 5.000 quilómetros de largura, desde a Idade da Pedra até 1700, confirmando que a doença não estava restrita às áreas tropicais na pré-história.

tropical Até mesmo o P. falciparum se espalhou amplamente: apareceu nos restos mortais de um homem que viveu há 2.800 anos no que hoje é o Nepal, em um local chamado Chokhopani, 2.800 metros acima do nível do mar, no Himalaia, livre de mosquitos. “Achamos que deveria ser um falso positivo”, diz Michel. “Está muito frio e muito seco, e é o último lugar onde esperávamos encontrar malária.”

Mas os artigos de cobre produzidos em altitudes mais baixas mostraram que a antiga aldeia estava situada numa rota comercial que ligava essas terras altas às planícies infestadas de mosquitos da Índia. Os investigadores concluem que o homem foi infetado enquanto viajava, regressou à sua aldeia pouco tempo depois e provavelmente morreu da doença.

“Com este enorme conjunto de dados podemos ampliar e ver a longa história evolutiva, e também ampliar e estudar o destino de um único indivíduo”, diz Alexander Herbig, genomicista de patógenos do Instituto Max Planck de Antropologia Evolutiva. “Este é realmente o futuro do campo da patogenia antiga e das doenças genéticas.”

O estudo também aborda um debate de longa data sobre como e quando a malária se espalhou pelas Américas. Os investigadores sugeriram uma variedade de cenários para a sua chegada: com os primeiros humanos a entrar no continente há mais de 15.000 anos, através de viagens através do Pacífico por marinheiros polinésios, ou com os primeiros navios espanhóis em 1492 d.C.

Os novos dados apoiam a última hipótese. Antes de 1500, a equipe não encontrou nenhum sinal de malária nas Américas nem adaptações do sistema imunológico para resistir à doença nos indígenas norte-americanos e sul-americanos. O primeiro caso nas Américas, de um esqueleto de 400 anos do Peru, continha ADN de P. vivax que se assemelhava fortemente a amostras contemporâneas da Europa, apoiando uma fonte europeia.

Em contraste, a variante do P. falciparum que circula hoje nas Américas assemelha-se à da África, mas é distinta da estirpe agora quase erradicada, outrora difundida na Europa, sugerindo que a malária foi trazida de África com pessoas escravizadas. Os mosquitos locais espalharam então o P. falciparum por todo o continente. “Isto mostra realmente o papel de eventos humanos específicos na propagação de doenças infecciosas”, diz Warinner. “O colonialismo trouxe claramente dois tipos diferentes de malária para as Américas.”

Os colegas alertam que o estudo encontrou apenas um caso de malária nas Américas. Portanto, é possível que o Plasmodium estivesse presente antes da chegada dos europeus, mas essas estirpes não foram capturadas nos dados e desde então foram extintas. “Eles mostram… um P. vivax europeu que chegou e colonizou”, diz Rougeron. “Mas ainda não sabemos se também houve algum que entrou antes.”

O método tem limitações, dizem Herbig e Michel: como o “isco” utilizado para capturar pedaços de ADN antigo da malária se baseia em estirpes modernas de Plasmodium , poderá não capturar estirpes mais antigas com muitas diferenças genéticas. E encontrar o ADN da doença depende da sua presença no sangue (e nos dentes) no momento da morte, o que pode não acontecer numa infecção latente.

Ainda assim, o crescimento exponencial de amostras de ADN antigas, incluindo mais amostras de latitudes meridionais, permitirá aos cientistas procurar outras doenças. “A grande conclusão é que há muito espaço para fazer mais com amostras antigas”, diz o biólogo evolucionista da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, Omar Cornejo, que não esteve envolvido na investigação. “É emocionante saber que agora podemos testar modelos de evolução de doenças com DNA antigo.”


doi: 10.1126/science.zfsvwsw

terça-feira, 6 de setembro de 2016

Um parasita com muitas identidades

Variedade de Plasmodium vivax encontrada nas Américas acumulou alterações genéticas que a diferenciam das cepas da África e da Ásia
RODRIGO DE OLIVEIRA ANDRADE | ED. 246 | AGOSTO 2016
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© EDUARDO CESAR
Lâminas com sangue de pacientes infectados com malária causada por Plasmodium vivax
Lâminas com sangue de pacientes infectados com malária causada por Plasmodium vivax.

As variedades de Plasmodium vivax que hoje circulam nas Américas são muito distintas daquelas encontradas na África e na Ásia, segundo um grupo internacional de pesquisadores, entre eles o parasitologista Marcelo Urbano Ferreira, do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP). Em um estudo publicado em junho na revista Nature Genetics, eles sugerem que, desde que chegou às Américas, o parasita causador da forma mais comum de malária fora da África acumulou mutações genéticas que podem tê-lo ajudado a se adaptar ao novo ambiente e a driblar os mecanismos de defesa de seus hospedeiros e principais vetores, os mosquitos do gênero Anopheles.

Os pesquisadores, coordenados pela bióloga Jane Carlton, da Universidade de Nova York, nos Estados Unidos, analisaram o material genético de 182 amostras do parasita obtidas em 11 países da África, da Ásia e da América Latina. O Brasil contribuiu com 20 amostras, coletadas no município de Acrelândia, no Acre, próximo da fronteira com a Bolívia. Por meio de uma técnica chamada seleção híbrida, os pesquisadores isolaram o material genético do protozoário a partir do sangue de indivíduos infectados. As amostras foram sequenciadas e, em seguida, comparadas entre si. Os pesquisadores verificaram que, do ponto de vista genético, as cepas de P. vivax provenientes de países da África e da Ásia eram bem diferentes das dos países da América Latina.

O P. vivax causa cerca de 16 milhões, de um total de 214 milhões, de casos de malária no mundo todos os anos. Só no Brasil, estima-se que a espécie responda por 85% dos 300 mil casos da doença notificados anualmente na região da Amazônia. Apesar de a malária ser considerada um grave problema de saúde pública em muitos países, pelo menos um dos parasitas que a causam, o P. vivax, ainda é pouco estudado. Isso ocorre, em parte, porque é quase impossível cultivar essa espécie de Plasmodium em laboratório para investigar a sua biologia.

O P. vivax não causa mortalidade, e supostamente não é resistente às drogas. Nos últimos anos, no entanto, começaram a surgir casos de pessoas diagnosticadas com malária causada por P. vivax que apresentavam complicações de saúde e, em alguns casos, morriam. Também a partir dos anos 1990 foram verificados cada vez mais relatos em várias regiões da América Latina de resistência desse parasita ao fármaco cloroquina, o antimalárico mais usado no mundo.

© ALESSANDRA FRATUS
Em Acrelândia, no Acre, pesquisadores coletam sangue de moradores com sintomas de malária para diagnóstico
Em Acrelândia, no Acre, pesquisadores coletam sangue de moradores com sintomas de malária para diagnóstico

Os resultados divulgados na Nature Genetics ajudam a explicar esses fenômenos, de acordo com Ferreira, que há alguns anos se dedica ao estudo de possíveis mecanismos de resistência aos medicamentos antimaláricos na Amazônia. “Esse repertório mais amplo de variantes genéticas confere ao P. vivax maior capacidade de se adaptar ao meio em que vive, o que inclui aprender a driblar as defesas do organismo hospedeiro e a desenvolver resistência às drogas usadas no tratamento da doença”, explica. Isso significa que, por ora, nenhuma vacina ou medicamento antimalárico seria completamente efetivo no controle do parasita.

Processo de adaptação
 
No estudo, os pesquisadores também verificaram que os genes com mais versões alternativas (polimorfismos) eram aqueles responsáveis pela produção de proteínas que são reconhecidas pelo sistema imunológico do hospedeiro, seja o mosquito ou o ser humano. Desse modo, ao chegar às Américas, é provável que tenham sobrevivido apenas os parasitas com uma variedade de genes que lhe permitissem escapar da resposta imune dos mosquitos da região, os quais são bastante diferentes dos que circulam em países da África e da Ásia.

Outra conclusão importante é que a variabilidade genômica do P. vivax é muito maior do que a do P. falciparum, espécie predominante no continente africano e responsável pela forma mais agressiva e fatal de malária. “Há muito mais polimorfismos em uma população de P. vivax na Amazônia do que em toda a população global de P. falciparum”, diz o parasitologista. Os pesquisadores ainda não sabem por que isso aconteceu, mas têm algumas hipóteses. Uma delas é que o genoma de P. vivax teria mecanismos de reparo de mutações menos eficazes. Outra possibilidade é que P. vivax e P. falciparum acumulem mutações de maneira semelhante e que o primeiro tenha agregado mais alterações ao longo do tempo por ser uma espécie mais antiga.
© ALESSANDRA FRATUS
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Também não é possível dizer quando exatamente o P. vivax chegou às Américas. Segundo Ferreira, é provável que o protozoário tenha vindo com os colonizadores europeus e os escravos. Nesse caso, ele explica, o ciclo de vida do parasita pode ter sido crucial para sua sobrevivência durante a viagem. No organismo humano, o protozoário se instala inicialmente nas células do fígado, nas quais amadurece e se multiplica, antes de ganhar a corrente sanguínea. Ainda no fígado, alguns exemplares do P. vivax entram em estágio de dormência, com baixa atividade metabólica. “O parasita pode permanecer nesse estágio por meses, até despertar, multiplicar-se e se espalhar no sangue.” Isso daria tempo suficiente para fazer a travessia do Atlântico e chegar em plena atividade ao novo continente. Outra hipótese aventada pelos pesquisadores é que parte dos parasitas que circulam nas Américas seja descendente de exemplares vindos há mais de 10 mil anos, a partir do leste asiático, com as primeiras migrações humanas.

Ferreira e sua orientanda de mestrado Thaís Crippa de Oliveira trabalham agora no sequenciamento de outras nove amostras do P. vivax obtidas no Acre. A partir delas, o pesquisador quer verificar diferenças e semelhanças com as cepas de outras regiões das Américas, como Colômbia, Peru e México. “Pretendemos desenvolver marcadores genéticos de resistência à cloroquina e comparar os dados obtidos em nosso laboratório com informações colhidas em outras regiões sobre relatos de resistência do parasita ao medicamento”, conclui.

Projeto
 
Resistência à cloroquina em Plasmodium vivax: avaliação fenotípica e molecular na Amazônia Ocidental brasileira (nº 2010/51835-7); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisador responsável Marcelo Urbano Ferreira (ICB-USP); Investimento R$ 103.417,00.

Artigo científico
 
HUPALO, D. N. et al. Population genomics studies identify signatures of global dispersal and drug resistance in Plasmodium vivax. Nature Genetics. 27 jun. 2016.