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AIDS: como um supercomputador pode ter descoberto como vencer a doença

Por Natasha Romanzoti, em 3.06.2013

Graças a um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, cientistas agora podem estudar a melhor maneira de combater – e vencer – o HIV.

A AIDS é uma doença que tem causado muito sofrimento no mundo todo. A busca por sua cura não tem sido bem-sucedida, exceto por alguns avanços que não deixam de ser importantes.

O maior problema é que não há uma resposta fácil para o HIV, o vírus que usa nossas próprias células do sistema imunológico para sua vantagem, e se transforma rapidamente rodada após rodada de remédios antirretrovirais.

No entanto, médicos e pesquisadores não param de tentar combatê-lo, e um novo estudo trouxe exatamente o tipo de descoberta que pode levar ao impedimento do vírus logo no seu desenvolvimento – resultado que os cientistas têm buscado há muito tempo.

Capsídeos

A melhor linha de ataque contra o HIV exige atingir seu invólucro viral (ou capsídeo). Capsídeos situam-se entre o revestimento esférico exterior do vírus, uma camada de 0,1 mícron de diâmetro à base de lípidos conhecida como envelope viral, e um revestimento interior em forma de bala conhecido como o núcleo do vírus, que contém as cadeias de RNA do HIV.

Capsídeos carregam 2.000 cópias da proteína viral p24, organizadas em uma estrutura de rede. Os pesquisadores têm uma vaga ideia dessa estrutura, adquirida através de anos de crio-microscopia eletrônica, espectroscopia de ressonância magnética nuclear, tomografia e cristalografia de raios-X.

Mas é importante saber mais sobre os capsídeos. Eles são responsáveis pela proteção da carga de RNA, pela desativação do sistema imunitário do hospedeiro, e pela entrega de RNA em novas células. Em outras palavras, são a “mente” do vírus.

“O capsídeo é criticamente importante para a replicação do HIV. Saber a sua estrutura em detalhes poderia nos levar a novas drogas que podem tratar ou prevenir a infecção”, explica o Dr. Peijun Zhang, pesquisador e professor associado de biologia estrutural da Faculdade de Medicina da Universidade de Pittsburgh (EUA).

O capsídeo tem que permanecer intacto para proteger o genoma do HIV e levá-lo para dentro da célula humana. Uma vez lá dentro, ele tem que liberar seu conteúdo para que o vírus possa replicar. “O desenvolvimento de medicamentos que causem a disfunção do capsídeo podem impedir que o vírus se reproduza”, diz Zhang.

Até muito recentemente, a estrutura precisa do capsídeo – como as milhares de cópias de p24 realmente eram interlaçadas – permaneceu um mistério. Seu tamanho relativamente grande e sua forma não simétrica têm desafiado as tentativas dos pesquisadores de modelá-lo de forma eficaz.

Pesquisas anteriores haviam revelado que a p24 era disposta em forma de pentágono ou hexágono como parte da estrutura do capsídeo, mas saber como as peças se encaixavam ainda estava fora do nosso alcance porque a ciência simplesmente não tinha um modelo computacional eficaz para ilustrar esta estrutura subatômica incrivelmente complexa em detalhes.

Blue Waters, o salvador

Resolver esse problema exige um supercomputador de nível petaflop, uma classe de máquina que só recentemente se tornou facilmente disponível.

A equipe de pesquisa buscou a ajuda do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (EUA) e seu supercomputador residente, Blue Waters.

Os pesquisadores alimentaram o Blue Waters com dados de microscopia eletrônica coletados em experimentos de laboratório realizados na Universidade de Pittsburgh e na Universidade Vanderbilt (EUA) e deixaram o computador de US$ 108 milhões (cerca de R$ 216 mi) fazer seu trabalho: analisar grandes quantidades de informação com seus 49.000 microprocessadores.

Blue Waters pode lidar com um quatrilhão de operações de ponto flutuante por segundo, portanto, costurar 1.300 proteínas em uma estrutura molecular não seria problema. Para que ele fizesse isso, a equipe desenvolveu um novo algoritmo de modelagem, apelidado de “montagem flexível dinâmica molecular”.

“Ele basicamente simula as características físicas e o comportamento de grandes moléculas biológicas, mas também incorpora os dados à simulação de modo que o modelo realmente entra em acordo com os dados”, explica o professor Klaus Schulten, da Universidade de Illinois.

A estrutura

A equipe revelou o resultado da estrutura do capsídeo em um relatório na revista Nature.

Eles concluíram que o capsídeo do vírus é melhor descrito por um modelo de “cone de fulereno”, em que as proteínas se ligam para formar uma estrutura de superfície hexagonal fechada, incorporando 12 pentâmeros.

Ao todo, o capsídeo do HIV requer 216 hexágonos e 12 pentágonos dispostos exatamente como os modelos preditivos supunham.

A nova descoberta revela uma proteína surpreendentemente versátil. p24, em si, é idêntica se moldada em um pentágono ou um hexágono – apenas os pontos de ligação entre as proteínas variam de forma.

Como isso funciona ainda é um mistério. “Como pode um único tipo de proteína se formar de maneira tão variada? A proteína tem de ser inerentemente flexível”, disse Schulten.

Novas questões à parte, a descoberta mostra precisamente como o capsídeo funciona e como os cientistas podem melhor atacá-lo para interromper a capacidade do vírus de se replicar.

Ao explorar a estrutura do capsídeo, os pesquisadores poderiam, teoricamente, proporcionar uma solução a nível molecular para impedir o núcleo do vírus de propagá-lo, levando a um conjunto inteiramente novo de alternativas de tratamento.

Hoje, o HIV evolui tão rapidamente que qualquer droga a base de enzimas usada logo pode se tornar menos eficaz, graças a resistência adquirida pelo vírus. Agora, os cientistas ganharam um novo alvo para focar seus esforços contra a doença.

Graças ao Blue Waters, o HIV pode um dia traçar o mesmo caminho da poliomielite – o da erradicação.[Gizmodo]

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