Viroma: medicina de precisão para doenças infecciosas virais

Um retrospecto da epidemia de HIV/AIDS

Doenças infecciosas e de rápida dispersão causadas por vírus (epidemias) têm sido companheiras constantes da humanidade ao longo de toda a nossa história. Desde as mais comuns e frequentes, como as gripes e resfriados, até as grandes e pontuais pandemias mundiais, por exemplo, a peste negra no século XIV, gripe espanhola em 1920 e Influenza H1N1 em 2009.

Para nos atermos em doenças que afligem a humanidade mais recentemente, vamos falar da pandemia mundial de HIV/AIDS. É interessante discutir o seu início, e a reação da comunidade médica ao se deparar com este novo tipo de doença. Talvez o caso documentado mais antigo do que seria a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (AIDS em inglês) seja de um paciente no Congo, datado de 1959. 

Após este, casos também foram documentados na Noruega em 1966, por toda a década de 1970 e 1980 nos EUA e finalmente com a resolução do enigma e identificação do vírus causador da síndrome na década de 1980. Dois grupos de pesquisadores  independentemente identificaram um novo retrovírus em 1983, publicando seus achados em uma mesma edição da revista Science. 

Esta retrospectiva sobre a história do HIV serve para nos mostrar o tempo que passou entre os primeiros relatos da doença até a identificação do vírus: Mais de 20 anos. E como o sequenciamento de genomas virais era algo demorado e pouco comum naquela época, houve muita confusão sobre a identificação e origem do vírus por pelo menos mais 5 anos.

Enquanto isso, o vírus se espalhava pelo mundo, sem que os pesquisadores e autoridades de saúde pudessem fazer algo significativo para controlar sua replicação e dispersão.

Com o sequenciamento e disponibilização de centenas a milhares de genomas de HIV em banco de dados públicos, pesquisadores foram capazes de caracterizar:

• os mecanismos de infecção do vírus,
• seu tropismo (quais células eles infectam),
• sua provável origem zoonótica (de macacos símios na África), e
• quais proteínas eles codificam com seus respectivos papéis na infecção.

Mais do que isso, eles foram capazes de desenvolver medicamentos que atingem proteínas específicas do ciclo viral e impedem sua replicação. Isso é fantástico e deve-se, sobretudo, ao avanço das técnicas moleculares de sequenciamento de nova geração e à bioinformática.

Epidemias continuam a surgir, o que mudou é o tempo de resposta

O vírus da Zika (ZIKV), foi isolado pela primeira vez de macacos rhesus na floresta de Zika, Uganda, em 1947. Desde então, pesquisadores vêm estudando o vírus e o caracterizando, sem muitas urgências pois o vírus aparentemente mantém-se restrito a surtos pequenos e localizados.

Em 2015, quando os primeiros casos febris com resultado negativo para dengue surgiram no Brasil, os pesquisadores foram capazes de montar testagem moleculares baseadas nas sequências completas já disponíveis em banco de dados públicos e identificar os primeiros casos de transmissão de ZIKV no Brasil [4]. 

Entretanto, criar um novo teste molecular não é trivial, exigindo equipamentos de alto custo e conhecimentos altamente específicos por parte dos laboratórios. A consequência é que estes tipos de testagem ficam muitas vezes restritos aos grandes centros de pesquisa de excelência no país.

Talvez este tenha sido um dos motivos que contribuíram para a demora em associar os diversos casos de microcefalia eclodindo no nordeste com o vírus da Zika que já era sabido circular na região.

O ponto crucial deste texto é ilustrado pelo cenário acima, onde foi necessário que uma médica brilhante, Dra. Adriana Melo, tivesse a iluminação de testar os pacientes para o vírus da Zika e testar sua hipótese de associação do vírus com os casos de microcefalia observados por ela no sertão da Paraíba. O que afinal, mostrou-se correta.

Entendemos que as equipes médicas trabalharam com as ferramentas disponíveis em seu contexto e foram extremamente competentes em atrair a atenção das autoridades sanitárias para o problema e em fornecer uma resposta rápida para frear os casos de microcefalia na região. Mas, sem dúvida, ainda há espaço para encurtar este tempo de resposta em surtos futuros.

Testes de PCR em tempo real: padrão-ouro para diagnóstico de infecções virais

Os testes moleculares padrão para diagnóstico de vírus hoje no Brasil e no mundo são os chamados PCR em tempo real (RT-PCR da sigla em inglês). Estes são exames desenvolvidos com o conhecimento prévio da sequência genômica do vírus e funcionam especificamente para o vírus-alvo.

Se a região escolhida para o teste for muito mutável, o teste pode ser específico para uma cepa do vírus, por exemplo, sendo capaz de reconhecer um genótipo de vírus circulante, mas não o vacinal. Os resultados da PCR podem ser qualitativos (positivo ou negativo para a presença do vírus) e em alguns casos quantitativo (carga viral). 

Entretanto, existe um problema com estas técnicas: Elas são altamente específicas e direcionadas. Ou seja, se um paciente apresenta sintoma febris, manchas vermelhas na pele e dor de cabeça, existe dezenas de possibilidades para o profissional clínico testar.

O profissional teria então que pedir diversos exames de PCR ou sorologias (apresentam sensibilidades e preços diferentes) para ir descartando cada uma das suas ditas hipóteses diagnósticas.

Esse processo pode ser demorado e custoso para o sistema único de saúde ou para o próprio paciente. Também pode ser falho, porque é dependente da capacidade do médico em lembrar todas as possíveis hipóteses diagnósticas que os seus anos de estudo e profissão propiciam.

Viroma para diagnóstico preciso e inequívoco

É neste ponto que entra a bioinformática e o sequenciamento de genomas, juntos na medicina de precisão capaz de trazer informações valiosas.

A metagenômica por sequenciamento de nova geração, ou mNGS da sigla em inglês é uma ferramenta capaz de fornecer uma ferramenta-coringa para auxiliar o clínico infectologista a chegar ao seu diagnóstico de forma precisa e inequívoca.

E é aqui que as coisas ficam interessantes, pois um exame de Viroma seria capaz de identificar qualquer vírus presente em uma amostra clínica (urina, saliva, plasma, etc.) sem a necessidade de múltiplos testes de PCR direcionado.

Melhor do que isso, sem a necessidade de conhecimentos prévios da sequência de um determinado vírus ou genótipo, pois os fragmentos genômicos são sequenciados pelos equipamentos e geram sequências independentemente disso. 

Ainda existem desafios, dos quais podemos citar: A padronização experimental de um teste com sensibilidade análoga à dos testes de RT-PCR e as análises de bioinformática, que são responsáveis pela identificação precisa do patógeno viral e validação do achado. Mas muitos clínicos e pesquisadores acreditam que o exame de viroma é o futuro do diagnóstico de infecciosas.

Viroma no Einstein e em outras instituições

Alguns grupos de pesquisa clínica nos EUA, na Alemanha e na Inglaterra têm apresentados resultados muito interessantes na identificação de agentes causadores de neuro encefalites, em diagnóstico de arboviroses e nos vários tipos de hepatites.

Já no início de 2020, o Hospital Albert Einstein, através de pesquisa e desenvolvimento interno, disponibilizou um exame de Viroma de vírus de RNA como um de seus exames de rotina.

O exame de viroma foi validado internamento seguindo as convenções do Colégio Americano de Patologistas (CAP da sigla em inglês), do qual o laboratório é creditado. A acurácia em amostras previamente testadas com RT-PCR foi de 100%.

Demonstrando sua acurácia, algumas amostras tidas como negativas para RT-qPCR foram demonstradas pelo teste de viroma como contendo vírus. Posteriormente, os respectivos testes de RT-PCR foram executados nas amostras tidas como positivas pelo viroma e o resultado foi confirmado. 

Nos processos de validação, o teste de viroma se mostrou muito mais abrangente do que as técnicas convencionais. Além da validação de acurácia, a equipe do hospital também realizou validações de reprodutibilidade e sensibilidade para o teste. Todas com resultados análogos aos dos testes padrão de RT-PCR.

E talvez o mais interessante, é que o teste de viroma é capaz de recuperar fragmentos ou genomas completos dos patógenos virais nas amostras.

Com o genoma em mãos, o hospital juntamente com agências de vigilância passa a ser capaz de:

• Mapear o surgimento de agentes etiológicos diversos,
• Mapear as variações genética dos agentes etiológicos e de
• Realizar estudos de epidemiologia molecular altamente sofisticados.

Vale lembrar, que como trata-se de um exame totalmente novo, todos os resultados são cuidadosamente analisados por um painel de analistas de laboratório, bioinformatas e médicos infectologistas antes da liberação do laudo ao paciente.

Além do teste desenvolvido pelo Hospital Albert Einstein, outras companhias de diagnóstico também estão aplicando esforços para entrar no mercado e oferecer boas ferramentas na medicina de precisão de infecciosas.

Medicina de Precisão para análise de infecciosas

O Varsmetagen é a solução de bioinformática do Hospital Israelita Albert Einstein para análise e identificação de microrganismos por Sequenciamento de Nova Geração.

A plataforma de bioinformática realiza a identificação de patógenos associados à doenças infecciosas e análises de microbiomas de forma rápida e eficiente.

Conheça o portfólio de análises atendidas:

• Viroma: Diagnóstico preciso de vírus conhecidos e emergentes com ampla abrangência
• Microbioma: Detecção direcionada da comunidade microbiana de determinado local, como intestino com alta precisão e estimativas de abundância
• Metagenômica: Detecção ampla de patógenos (vírus, bactérias e eucariotos) e informações genômicas adicionais

Quais são os próximos passos? 

As possibilidades são muitas, mas só teremos mesmo um bom panorama do que há por vir após a realização em rotina de muitos destes testes.

É razoável prever que as informações genômicas e epidemiológicas geradas pelos dados destes exames permitirão às executoras fornecer resultados cada vez mais precisos e personalizados para cada amostra, paciente ou conjunto de sintomas.

O mundo do aprendizado de máquina é um universo todo a ser explorado, e que poderá fornecer ainda mais ferramentas para auxiliar o clínico a emitir os seus diagnósticos de maneira precisa e inequívoca. 

E já que estamos aqui, a visualização dos resultados de forma amigável para os analistas e médicos infectologistas em ferramentas como o Varsmetagen é essencial e de suma importância para o desenvolvimento e amplo uso dos testes metagenômicos.

Outro ponto a considerar são os preços, cuja tendência é diminuir acentuadamente nos próximos meses ou anos. O teste desenvolvido pelo Hospital Albert Einstein, por exemplo, já apresenta preços comparáveis ao das técnicas de RT-PCR. Além disso, a instituição adquiriu recentemente equipamentos de sequenciamento de última geração, cuja as expectativas são de que o preço caia para valores ainda menores.

Conclusão

A medicina de precisão de fato chegou para o diagnóstico de doenças infecciosas. Mais do que isso, chegou de vez para as áreas da microbiologia clínica, para a epidemiologia molecular e para muitas outras áreas.

Epidemias dos vírus mais diversos vão continuar a ocorrer devido a fatores que não somos completamente capazes de controlar. A diferença agora é que dispomos de ferramentas realmente poderosas nesta luta.

Desta forma, esperamos que histórias como a do HIV e do ZIKV não se repitam mais na nossa história. Esperamos que elas sejam prontamente identificadas e combatidas para nunca deixarem de ser pequenos surtos auto-contidos.

Sobre o autor:

Deyvid Amgarten é bioinformata especializado em genômica viral com graduação e mestrado pela Universidade de São Paulo. Atualmente é vinculado ao laboratório clínico do Hospital
Albert Einstein e escreve em parceria com a Varstation.

Referências:

[1] An African HIV-1 sequence from 1959 and implications for the origin of the epidemic. Nature. 1998 Feb 5;391(6667):594-7

[2] Isolation of human T-cell leukemia virus in acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science. 1983 May 20;220(4599):865-7.

[3] Isolation of a T-lymphotropic retrovirus from a patient at risk for acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science. 1983 May 20;220(4599):868-71.

[4] Zanluca, Camila et al. “First report of autochthonous transmission of Zika virus in Brazil.” Memórias do Instituto Oswaldo Cruz vol. 110,4 (2015): 569-72. doi:10.1590/0074-02760150192.

[5] Pesquisa de Vírus de RNA e Genotipagem – PLASMA (EDTA- GEL). Disponível em: <https://www.einstein.br/exames/info/#!6811>.