Mecanismos de Emergência de Patógenos

Rafael Brandão VarellaProf. Adjunto de Virologia

Departamento de Microbiologia e ParasitologiaUFF

Conceitos do emergência e reemergência de patógenos; tipos, origens e consequencias

Histórico

• Patógenos apresentando uma interação mais benigna puderam se perpetuar nas comunidades (ex. Herpesvírus, Papilomavírus)

• Alteração do modo de vida humano de caçador/coletor para agricultor/criador (~ 11.000 anos) favoreceu o contato entre homem-homem e homem-animal

• Este modelo permitiu a adaptação de viroses animais em humanos e a persistência de viroses humanas na população.

• Este processo tem moldado a genética humana e permitido a conquista de novas áreas geográficas

• Avanços:

Descoberta da penicilina em 1929

Desenvolvimento de antimicrobianos

Desenvolvimento de vacinas

Erradicação da varíola e outras doenças em andamento

Controle de vetores

Vigilância epidemiológica em tempo real

• Tais avanços foram tão significativos que se pensou que a luta contra as doenças infecciosas iria ser vencida de uma vez

• Entretanto...

Inúmeras doenças ainda sem vacina ou tratamentoEspalhamento de vetores resistentesFalha no controle de vetoresResistência a antimicrobianosAlterações ambientaisRápida disseminação de agentes infecciososInfecções em indivíduos imunossuprimidos

Panorama

• Epidemias e pandemias sempre estiveram intrinsecamente ligados à história humana

• Doenças como a peste (1300´s), Influenza (1918), e AIDS (1981) são exemplos clássicos

• As doenças infecciosas respondem por >25% das mortes humanas e cerca de 63% entre crianças

• Doenças tropicais atingem cerca de ½ bilhão de pessoas por ano.

• Doenças como aids, tuberculose estão em expansão.

• Das 1415 doenças que afetam o homem, 868 (61%) são zoonoses

• Conceito de doença emergente:

• Surgimento de um patógeno pela primeira vez em uma população humana (OMS, 1997);

• Aumento de casos ou espalhamento geográfico de um patógeno (OMS, 1997);

• Considera-se emergente patógenos < 20 anos (Institute of Medicine, 1992).

•A emergência de um patógeno é complexa, multifatorial, e depende dos seguintes fatores:

Conceito de R0

• Taxa reprodutiva básica:

“número esperado de casos secundários produzidos por uma infecção única em uma população susceptível”

• Onde é a probabilidade de infecção após o contato entre o indivíduo susceptível e infectado, é a taxa média de contato entre os indivíduos e é duração da infecciosidade.

• Tais fatores, por sua vez, são dependentes de:

• Capacidade adaptativa do patógeno

• Comportamento humano/animal

• Fatores ambientais

• Diferença no perfil de emergência entre países de clima temperado e tropical

- Tropicais

- transmissão por vetores (p<0,005)

- Presença de reservatórios (p<0,005)

- Perfil de doenças de caráter crônico, lento ou latente (p=0,01)

- Temperados

- Doenças que conferem imunidade duradoura (p=0.009)

- Perfil de doenças mais agudo

- Predomínio de doenças no estágio 5

- Doenças relacionadas à aglomeração de pessoas

Origem das doenças emergentes

• Das doenças de caráter emergente que afetam o homem, 78% são zoonoses.

• Geralmente estão classificadas em risco 3 ou 4• São originárias ou se mantém em reservatórios

naturais• Na maioria dos casos, o homem é o hospedeiro

terminal destas doenças• Estes fatos indicam a importância de ambientes

silvestres sobre a evolução genética do patógeno• Praticamente todas são oriundas dos velhos

continentes (África, Asia e Europa)

• Origens:

- Animais de criação: difteria, influenza, sarampo, caxumba, coqueluche, rotavírus, varíola, tuberculose (especialmente em países temperados)

- Animais selvagens (especialmente em países tropicais)

- Macacos: hepatites B e C, HIV, FA, dengue, P. vivax

- Roedores: peste bubônica, tifo

- Morcegos: ebola

• Países tropicais: alta frequencia de primatas não-humanos e barreira genética fraca

(0,5% das espécies de vertebrados mas geram 20% das doenças humanas)

• Países temperados: maior tempo de convívio com animais domésticos

Fatores de risco para emergência de patógenos

Características dos MOsRelacionadas a emergência:

Mutação e Recombinação genética

• Conceito de mutação: alteração genética súbita, não prevista

• Conseqüências: positivas

negativas

nulas

AGENTES DE SELEÇÃO:

- SIST. IMUNE

- FATORES AMBIENTAIS

- TRATAMENTO

Quanto maior a população viral, maior a variabilidade

Ex: HBV, HIV, HCV, EEV

“GARGALO GENÉTICO”

• Todos os agentes infecciosos estão sujeitos a mutações, entretanto:

• Vírus RNA são muito mais susceptíveis: ausência de mecanismo de reparo (“proofreading”)

• Taxa de erro da RNApol: 10-3 a -4 erros/nt

• Taxa de erro da DNApol: 10-9 a -10erros/nt

• Este fenômeno provoca diversas substituições, adições e deleções genéticas

• Conceito de “quasispecies”: distribuição complexa de vírus mutantes e recombinantes em uma população.

• Vantagens evolutivas:

- Manutenção de infecção permanente (retrovírus)

- Resistência a drogas e vacinas (Influenza)

- Quebra de barreiras inter-espécies (Parvovírus, Influenza, Sarampo, Doença Vesicular Suína...)

- Emergência ou re-emergência de viroses

• Conceito de “quasispecies”: distribuição complexa de vírus mutantes e recombinantes em uma população.

• Vantagens evolutivas:

- Manutenção de infecção permanente (retrovírus)

- Resistência a drogas e vacinas (Influenza)

- Quebra de barreiras inter-espécies (Parvovírus, Influenza, Sarampo, Doença Vesicular Suína...)

- Emergência ou re-emergência de viroses

Comportamento humano/animal

- Processo migratório de aves selvagens;

- Deslocamento de animais de criação;

- Modelos de criação animal;

- Adaptabilidade de vetores a novos ambientes;

- Alterações de temperatura e condições climáticas;

- Facilidade de deslocamento humano;

- Problemas de recurso em vigilância epidemiológica;

- Condições sócio-econômicas precárias (hospitalização, acesso, vacinação, saneamento...)

• Portanto:Mais do que um processo natural, A ATUAÇÃO HUMANA É FUNDAMENTAL PARA O FENÔMENO!

Destruição de áreas silvestres

• Espécies adaptadas a ambientes mais pobres, estão mais sujeitas a carrearem patógenos e vetores.

www.lib.utexas.edu

Papel aves migratórias na disseminação do vírus Influenza A

Exemplos bem-sucedidos de introdução de patógenos em

humanos

• Transmissão principalmente através das fezes.

• Aves selvagens: Patos, gansos, gaivotas, aves costeiras

• Aves domésticas: galinha

peru

galinha-d´angola

codorna

faisão

mais

vulneráveis à

infecção

Papel das aves na transmissão do Vírus Influenza

Subtipos dos Vírus Influenza A

Classificação em subtipos diferenças antigênicas na HA e NAHemaglutinina = 16Neuraminidase = 9

Exemplo: Vírus Influenza A H1N1, H2N2, H3N2, H7N7

Prof. Edimilson Migowski IPPMG/UFRJ

50

Drift antigênico

Variante antigênica de cepa

pré-existente

Alterações dirigidas às

espículas HA e NA

Manutenção da circulação do

vírus nos períodos

interpandêmicos

Mecanismos de variabilidade do Influenza A

Shift antigênico

www.bcm.edu

• Mecanismo de rearranjo genético que resulta na formação de novossubtipos virais.

• Pode ocorrer entre vírus da mesma espécie ou de espéciesdiferentes.

• Associado a ocorrência de epidemias e pandemias.

H1N1Segmentosde RNA

H3N2

H1N2

Especificidade de receptor dos Vírus Influenza restringem o

espectro de hospedeiro

Influenza humano: HA

reconhece ácido siálico

ligado a galactose com

ligações -2,6

Influenza aviário: HA

reconhece ácido siálico

ligado a galactose com

ligações -2,3

porco hospedeiro intermediário

Células do epitélio respiratório com ácido siálico ligado a galactose com

ligações -2,3 e -2,6

www.hsph.harvard.edu

H5N1

2009: Origem do vírus Influenza A H1N1 de origem suína

www.science.com

• Vírus da Imunodeficiência Humana

• Origem: desconhecida

- indicações: origem de macacos africanos devido às similaridades entre o HIV e o vírus natural

- HIV-2: indicações de origem do Cercocebus atys

- Similaridade com o SIV

- HIV-1: indicações de origem do Pan troglodytes

- Estudos sorológicos indicam que o HIV já circulava na África nas décadas de 40 e 50

SIVcpz and HIV-1

Pan troglodytes (chimpanzee)

SIVsm and HIV-2

Cercobrus atys (sooty mangabey)

• Para saber mais:

http://www.cdc.gov/ncidod/EID/index.htm