Compreender as leis físicas que governam os vírus pode levar ao desenvolvimento de novos tratamentos
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Compreender as leis físicas que governam os vírus pode levar ao desenvolvimento de novos tratamentos

Os vírus obedecem às leis da física, e a compreensão desses princípios abre caminho para a criação de novas abordagens terapêuticas. Este texto, escrito em colaboração com Karin Wuertz-Kozak e Maureen Ferran, foi originalmente publicado no site The Conversation, que reúne materiais de pesquisadores.

A atração de engenheiros biomédicos e biólogos pela mecano-biologia — o estudo do efeito das forças físicas na biologia — é parcialmente devida à beleza da física em escala celular. A física está presente em toda parte: desde como as células das paredes das artérias reagem ao fluxo sanguíneo, até como as células vertebrais suportam peso ou como as células pulmonares se expandem ciclicamente a cada inspiração.

Como cada elemento estrutural do corpo está sujeito a certas combinações de forças físicas, os vírus que o infectam também são forçados a interagir com essas forças. A maneira como os vírus interagem com essas forças afeta sua capacidade de infectar células e causar doenças graves.

Quando partículas virais microscópicas entram no organismo, elas dependem do mecanismo das células hospedeiras para continuar seu ciclo de vida. Muitos vírus primeiro se ligam a receptores na superfície da célula. O movimento da membrana celular, fornecido pelo citoesqueleto interno, causa sua deformação e englobamento da partícula invasora, formando uma pequena bolha que a transporta para dentro. Este processo, chamado endocitose, leva à absorção do vírus pela célula.

Após a penetração, o vírus move-se pela estrutura interna da célula, libera seu material genético e utiliza o aparato celular para produzir suas cópias. Em seguida, novas partículas virais deixam a célula para infectar células vizinhas.

Cada uma dessas etapas é, essencialmente, um processo físico. A tensão da membrana celular pode promover ou impedir a incorporação do vírus. O citoesqueleto, que transporta essas partículas virais, é a mesma estrutura que as células usam para detectar e aplicar pressão no ambiente. Além disso, a rigidez do meio celular determina como a célula se espalha e se organiza, o que pode alterar sua suscetibilidade ao invasor.

Um indivíduo saudável geralmente se recupera rapidamente de uma infecção. No entanto, pessoas com condições preexistentes, como fibrose pulmonar — na qual o tecido pulmonar endurece e não consegue mais expandir completamente —, podem ter uma infecção viral agravada. Essa predisposição mecânica dos tecidos à infecção é uma das razões pelas quais os profissionais de saúde aconselham evitar contato com idosos e pessoas com sistema imunológico enfraquecido durante a doença.

Nosso laboratório estuda a mecano-biologia de diferentes tipos de tecidos para entender como as cargas físicas diárias podem exacerbar doenças. Por exemplo, levantar e carregar pesos repetidamente pode desgastar os discos intervertebrais, e a ventilação mecânica pode esticar e danificar excessivamente os pulmões.

No entanto, cultivar células em uma placa de Petri de plástico — um método padrão na maioria dos laboratórios de virologia — mostra apenas parte do quadro. O plástico usado para cultivar tecidos é significativamente mais rígido do que os tecidos vivos, assemelhando-se mais a uma superfície de trabalho do que a um pulmão. As células percebem essa diferença durante os experimentos; a rigidez do ambiente pode afetar tanto seu comportamento quanto sua resposta à infecção.

Para transferir a mecânica do corpo humano para o laboratório, cultivamos células pulmonares em finas camadas de polímero de silicone flexível chamado PDMS, que ajustamos para corresponder à maciez do tecido pulmonar real. Essas camadas são colocadas em pequenas câmaras que se esticam e relaxam ciclicamente sob comando de um computador que determina o grau e a duração do alongamento. Isso nos permite imitar os movimentos físicos da respiração.

Podemos usar um vírus geneticamente modificado para fazer com que as células infectadas brilhem em vermelho sob o microscópio, rastreando como ele se espalha entre as células. Mas como rastrear a mudança na mecânica celular durante a infecção? Nossa equipe monitora a atividade de duas proteínas importantes chamadas YAP e TAZ, que atuam como sensores de força celular. Quando o tecido experimenta rigidez ou tensão, esses sensores migram para o núcleo e ativam genes relacionados ao crescimento e reparo. Na ausência de tais forças, como geralmente ocorre em tecidos mais macios, YAP e TAZ permanecem inativos e fora do núcleo.

Sabe-se que alguns vírus utilizam esse mesmo caminho de sinalização; portanto, estudar YAP e TAZ pode fornecer informações sobre como as forças mecânicas e a infecção interagem. Usando a ferramenta de edição genética CRISPR, podemos anexar uma marca fluorescente ao YAP ou TAZ e observar sua ativação em tempo real sob o microscópio, quando eles respondem não apenas a forças mecânicas, mas potencialmente também à infecção.

Com esta plataforma, podemos responder melhor a perguntas como: as células pulmonares reagirão à infecção de maneira diferente sob diferentes forças? Ou essas forças mudarão a eficácia da infecção viral? Atualmente, nossos resultados preliminares mostram que a rigidez do meio celular afeta o grau de infecção das células: células pulmonares cultivadas em superfícies mais rígidas, semelhantes a fibrose, parecem ser mais fortemente infectadas.

A compreensão da mecânica da infecção viral é de grande interesse para pesquisadores e médicos, dada a prevalência constante de infecções respiratórias em todo o mundo. Um resfriado comum, COVID-19 e gripe são apenas uma pequena parte das infecções virais: sabe-se que mais de 200 tipos de vírus infectam os humanos.

A mecano-biologia pode ser tão importante para o ciclo de infecção quanto seus aspectos bioquímicos ou imunológicos. Sob o microscópio, as diferenças são evidentes entre um pulmão rígido e sobrecarregado e um pulmão macio e saudável, e os vírus podem se mover nesses ambientes de forma adaptativa.

À medida que os cientistas mapeiam esses sinais mecânicos, surgem novas oportunidades para a prevenção e tratamento de infecções. Entre elas, terapias que podem reduzir a tensão física nos tecidos ou até mesmo biomarcadores que podem informar aos pacientes se estão sujeitos ao endurecimento dos tecidos ou a certos caminhos de infecção e danos potenciais que podem causar. O corpo humano é tão mecânico quanto químico, e isso se aplica às infecções com as quais ele enfrenta.

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Vírus Shamond, antes considerado apenas animal, infectou e matou um homem na França
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Vírus Shamond, antes considerado apenas animal, infectou e matou um homem na França

De acordo com dados de órgãos europeus de saúde, um homem com sistema imunológico enfraquecido foi infectado pelo vírus Shamond e faleceu como resultado dessa infecção na França. Este caso é significativo porque anteriormente se acreditava que o patógeno afetasse exclusivamente animais, em particular gado bovino, e este foi o primeiro caso registrado em humanos.

Apesar deste incidente, especialistas e autoridades de saúde observam que a probabilidade de surto ou epidemia deste vírus permanece baixa.

O vírus Shamond foi descoberto na Nigéria em 1965. Ele infeta predominantemente ruminantes, como vacas, ovelhas e cabras, causando febre, diarreia e redução na produção de leite. Em adultos, raramente é fatal.

A transmissão do vírus ocorre através de picadas de mosquitos do gênero Culicoides, conhecidos como marúins ou mosquitos de pólvora. Este vírus é parente do vírus Oropuche, que nos últimos anos afetou milhares de brasileiros.

Em julho de 2026, houve um surto na Europa, inicialmente na Suíça e Alemanha, causado por duas novas variantes de Shamond em rebanhos de gado. A doença se espalhou para fazendas na França, Espanha, Portugal e outros países.

A morte do homem ocorreu em 9 de outubro. Ele tinha mais de 60 anos, vivia em uma área rural da região dos Alpes do Ródano, onde o vírus já circulava entre os animais, e lutava contra o câncer. Os sintomas que ele apresentava incluíam diarreia, perda de visão, confusão mental e outros problemas neurológicos. Seu estado progrediu para encefalite, o que se mostrou fatal.

De acordo com um relatório publicado no periódico Eurosurveillance, é mais provável que o homem tenha sido infectado após uma picada de marúin. Hipóteses menos prováveis incluem infecção através do consumo de alimentos contaminados ou após transfusão de sangue.

O paciente sofria de leucemia grave e tinha o sistema imunológico enfraquecido, o que, segundo os cientistas, provavelmente agravou seu estado. Um sistema imunológico fraco pode permitir que o vírus permaneça no corpo por mais tempo e atinja um maior número de órgãos. A autópsia revelou níveis elevados do vírus no cérebro, fígado e baço do homem.

O vírus Shamond não é detectado em exames de sangue padrão; os médicos tiveram que sequenciar o RNA presente nas amostras do paciente. O genoma do vírus encontrado no corpo do homem era muito semelhante ao que circula em animais, com foco em cinco mutações. Os pesquisadores ainda não sabem se essas alterações tornam o vírus mais transmissível aos humanos.

Inteligência artificial é capaz de criar vírus que infectam eletrodomésticos conectados à internet
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Inteligência artificial é capaz de criar vírus que infectam eletrodomésticos conectados à internet

Com o desenvolvimento da inteligência artificial (IA), dispositivos conectados à internet e que trocam dados na chamada 'Internet das Coisas' (IoT) podem se tornar uma fonte de problemas. De acordo com um relatório da Anthropic, publicado em outubro, software malicioso baseado em IA pode ser instalado nesses dispositivos e se propagar autonomamente.

Vírus de computador que se movem sozinhos de um dispositivo para outro são conhecidos como 'worms'. Eles seguem um plano predefinido, explorando vulnerabilidades de segurança conhecidas ou pontos de acesso com proteção insuficiente. Geralmente, a solução para este problema reside na correção de erros e no fechamento de brechas na segurança. No entanto, no caso dos 'worms' baseados em IA, a situação se torna significativamente mais complexa e perigosa.

Isso ocorre porque esse tipo mais avançado de 'worm' é capaz de resolver problemas e se adaptar a diferentes tipos de dispositivos por conta própria. Pesquisadores da Anthropic, desenvolvedora do Claude, demonstraram que os aplicativos de IA podem funcionar sem a necessidade de usar um grande centro de processamento de dados.

Em um ambiente de teste controlado, os pesquisadores criaram simulações de oito dispositivos Android. O modelo de IA testado foi instalado em um desses dispositivos, depois copiado dele e infectou os outros. Em quatro de cinco tentativas, o modelo atingiu todos os oito alvos, e em uma, infectou sete.

Se tal modelo de IA fosse combinado com software malicioso, o 'worm' poderia aprender a contornar as medidas de segurança. Estima-se que isso levaria de um a dois dias, segundo os desenvolvedores da Anthropic. Além disso, a IA pode potencialmente agrupar dispositivos infectados em uma rede de bots.

Embora um dispositivo infectado tenha capacidades computacionais limitadas, quanto mais dispositivos forem infectados, mais rápido o 'worm' poderá se espalhar. Os dispositivos conectados podem teoricamente ser desconectados da rede e as vulnerabilidades de segurança podem ser corrigidas. No entanto, a estrutura descentralizada desse software malicioso dificultará muito sua localização.

A Anthropic descreve este tipo de infecção como um 'mofo digital', que cresce lentamente. A empresa acredita que modelos de IA menores poderão atingir esse nível de capacidade de propagação ainda em 2026.

Cientistas brasileiros investigam o uso de ondas sonoras para inativar vírus da Covid-19 e Influenza A
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Cientistas brasileiros investigam o uso de ondas sonoras para inativar vírus da Covid-19 e Influenza A

No contexto do combate à pandemia de covid-19, embora vacinas e medicamentos tenham sido cruciais, a possibilidade de novas emergências estimula a continuidade da pesquisa científica. Uma iniciativa envolvendo pesquisadores da Unesp e da USP está explorando o potencial das ondas sonoras para destruir microrganismos.

Os achados foram divulgados na revista científica Scientific Reports. Enquanto vacinas e fármacos atuam por vias químicas e biológicas, a investigação recente foca em terapias baseadas em propriedades físicas, como o uso de ultrassom para romper a estrutura de vírus respiratórios e controlar a carga viral.

Em experimentos realizados in vitro, os cientistas brasileiros demonstraram que as ondas de ultrassom conseguiram desestabilizar tanto o vírus da covid-19 (SARS-CoV-2) quanto o da influenza A (H1N1). Este processo levou à ruptura do invólucro viral, à fragmentação das partículas e à diminuição da capacidade desses vírus de infectar células.

A aplicação dessas técnicas físicas no tratamento humano apresenta desafios, pois muitos métodos de desinfecção in vitro ou ambiental exigem intensidades elevadas, o que os torna inadequados para tecidos vivos. Por exemplo, a radiação ultravioleta inativa vírus rapidamente, mas também carrega alto risco de dano tecidual, assim como outras formas de radiação não ionizante.

Nos testes preliminares, os pesquisadores notaram que a exposição ao ultrassom foi eficaz sem registrar mudanças significativas na temperatura ou no pH das amostras. Isso abre caminho para uma estratégia de inativação viral puramente física, que aproveita as características mecânicas das partículas, como seu formato, em vez de depender de agentes químicos ou altas doses de radiação.

A equipe multidisciplinar inclui especialistas em física, virologia e caracterização de materiais. Entre os membros estão o professor Odemir M. Bruno, do Instituto de Física da USP em São Carlos; o professor Carlos José Leopoldo Constantino e a pós-doutoranda Gilia Cristine Marques Ruiz, ambos da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Unesp, no campus de Presidente Prudente.

A investigação teve início durante a pandemia de covid-19, quando o grupo de Bruno estava desenvolvendo sensores para detecção viral. Foi nesse período que surgiu um modelo teórico indicando que partículas virais poderiam entrar em ressonância com certas ondas acústicas, o que impulsionou a pesquisa a partir de 2021.

O conceito central é a ressonância. Quando uma onda sonora encontra um objeto capaz de vibrar em uma frequência correspondente, a energia transferida pode se acumular e amplificar a oscilação, podendo culminar no colapso do objeto. Bruno ilustra isso comparando com o ato de quebrar uma taça de cristal com um violino, enfatizando que a abordagem com ultrassom utiliza uma estratégia suave e harmônica.

O formato esférico do vírus é crucial, pois permite que a vibração se distribua uniformemente por toda a estrutura, otimizando o efeito de ressonância. Ao se aproximar da frequência natural de vibração da partícula, o ultrassom transfere energia de forma mais eficiente, gerando deformações repetidas no invólucro viral. Se a vibração for intensa o suficiente, as tensões mecânicas superam a resistência estrutural, levando a deformações, rupturas e fragmentação da partícula.

Essa alteração morfológica resulta na inativação do vírus, fazendo com que ele perca a capacidade de se replicar e infectar. A equipe empregou ultrassom de alta frequência, na faixa de 3 a 20 megahertz (MHz), utilizando equipamentos de diagnóstico por imagem. Em um teste específico, 7,5 MHz foi aplicado por cinco minutos para analisar as alterações estruturais.

Para descartar aquecimento ou alterações químicas, os pesquisadores monitoraram temperatura e pH, constatando que ambos permaneceram estáveis sob as condições de ressonância. Este dado é vital, pois distingue o mecanismo estudado da cavitação, um efeito do ultrassom em frequências mais baixas (quilohertz) que gera calor e ondas de choque, sendo útil apenas em assepsia, mas não em terapia.

Bruno compara o ultrassom utilizado com o de exames pré-natais, descrevendo-o como inofensivo. Contudo, ele ressalta que a aplicação terapêutica ainda requer mais estudos e compreensão do fenômeno antes de avançar para testes em seres vivos.

Técnicas como microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica revelaram mudanças na superfície do SARS-CoV-2: partículas esféricas passaram a ter contornos irregulares, menor diâmetro e rupturas do invólucro. Houve também uma redução no diâmetro médio; enquanto amostras não tratadas de SARS-CoV-2 tinham cerca de 107 nanômetros, após o ultrassom surgiram componentes menores.

No caso do H1N1, o efeito foi ainda mais drástico, não sendo detectado sinal de partículas na faixa de tamanho analisada. Neste ponto, a colaboração da Unesp em Presidente Prudente foi fundamental para caracterizar partículas nanométricas, que são difíceis de observar com microscopia óptica convencional.

Gilia explicou que a equipe utilizou a técnica de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS). Este método mede o tamanho médio de partículas dispersas em um líquido analisando as flutuações da luz espalhada por elas. O DLS permitiu medir os tamanhos das amostras de vírus antes e depois da exposição ao ultrassom, confirmando a fragmentação do SARS-CoV-2 e a ausência de H1N1.

A adaptação do DLS para amostras virais reais exigiu otimização do equipamento, ajuste de algoritmos e atenção a fatores como solvente e descongelamento.

Além da destruição física, os cientistas avaliaram os impactos biológicos. Amostras de SARS-CoV-2 tratadas e não tratadas foram usadas para infectar células Vero E6. Após 24 horas, a análise da replicação viral demonstrou uma redução da infecção após a exposição ao ultrassom, sendo o efeito mais forte próximo a 7,5 MHz.

O estudo também incluiu as variantes Gamma e Delta. Embora o ultrassom tenha diminuído a infectividade dessas variantes, elas demonstraram maior resistência, e a eficácia variou conforme a frequência e o equipamento usado.

Bruno aponta que a frequência ideal de ressonância pode depender das características físicas do vírus (tamanho, geometria e propriedades mecânicas), e não diretamente de sua sequência genética. Ele afirma que, em princípio, vírus esféricos poderiam responder a faixas específicas de frequência, abrindo uma via menos dependente de mutações moleculares.

Entretanto, as diferenças observadas nas variantes Gamma e Delta sugerem que características físicas como rigidez, espessura do invólucro e propriedades viscoelásticas podem alterar os modos de vibração e, consequentemente, a eficiência da ressonância.

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