Prof. Dr. Eric Roberto Guimarães Rocha Aguiar

Eric Roberto Guimarães Rocha Aguiar é Bacharel em Ciência da Computação pela Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC), fez aperfeiçoamento em Bioinformática pela Fiocruz-MG e é doutor em Bioinformática pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e fez pós-doutorado pela mesma instituição. Tem experiência em Metagenômica, Metatranscriptômica, virologia e detecção de padrões moleculares associados a RNAs não codificantes.

Inicialmente, gostaríamos que você se apresentasse para os nossos leitores, contando um pouco sobre a sua carreira profissional e quais são suas atuais linhas de pesquisa.

Eu sou cientista da computação, fiz Ciência da Computação na UESC, situada em Ilhéus na Bahia, e depois de finalizar a graduação fui para Belo Horizonte fazer uma especialização em Análises de Sistemas. Era uma época em que eu estava bem voltado para a área de computação. Nesse meio tempo comecei a trabalhar como analista na Fiocruz de Minas e foi quando eu tive contato com pesquisadores que trabalhavam com Bioinformática. Acabei fazendo um aperfeiçoamento em Bioinformática e fiquei apaixonado. Então decidi que eu realmente queria migrar do 0 e 1 para o A, C, G, T.

Na época ainda não tinha Mestrado em Bioinformática na UFMG, só tinha a modalidade de doutorado e como eu já tinha alguma experiência na área e inclusive tinha sido convidado para ser pesquisador visitante na Universidade da Geórgia, em Athens, achei que com essa bagagem eu estava pronto para tentar fazer um doutorado em Bioinformática. Então eu entrei no doutorado direto em Bioinformática e a partir daí surgiu o meu interesse em trabalhar cada vez mais com os vírus. No meu doutorado trabalhei buscando utilizar o sequenciamento de RNA, em geral, para identificação de vírus. E como eu gostava muito de programar e de Bioinformática, meu objetivo sempre foi desenvolver ferramentas ou metodologias que auxiliassem nesse processo, que fossem mais eficientes ou mais fáceis de se utilizar. Dessa forma mais pessoas conseguiriam utilizar essas ferramentas, já que nem todo mundo consegue programar ou é familiarizado com linhas de comando, Linux. Então meu foco sempre foi auxiliar nesse processo, desenvolver ferramentas que ajudassem a maior quantidade de pessoas possível ou que fossem capaz de otimizar esses processos.

Depois do meu doutorado eu continuei fazendo pós-doc na UFMG por dois anos, e posteriormente entrei na Universidade Federal da Bahia - UFBA como Professor visitante e foi lá que tive a oportunidade de desenvolver minha própria linha de pesquisa, agora como pesquisador independente. Desta forma a minha principal linha de pesquisa sempre foi identificação de vírus através de sequenciamento de Nova Geração, principalmente sequenciamento de RNA. E depois da UFBA eu vim para a UESC que é onde estou locado desde fevereiro deste ano.

O que consiste a Metatranscriptômica?

Nós estamos acostumados com o que a gente chama de Metagenômica como um termo mais comum. Só que a Metagenômica em si é um conceito, e o conceito de Metagenômica é sequenciar todo o material genético presente em um ambiente. Quando a Metagenômica surgiu, os avanços que ela trouxe foi você não precisar mais cultivar os organismos, agora você podia sequenciar direto qualquer amostra. Veio consigo um viés de que só se fazia o sequenciamento de DNA, porém com isso a gente exclui uma classe de organismos que é superabundante que são os vírus. Os vírus têm como material genético DNA e RNA, e como a Metagenômica é feita baseado em DNA acaba perdendo os genomas virais em forma de RNA. Visto isso, a Metatranscriptômica tem como princípio o método da Metagenômica, sequenciar todo o material genético de um material, mas agora não focado nas moléculas de DNA e sim nas moléculas de RNA.

Como podemos fazer o uso da metatranscriptômica para identificação viral?

Fazer Metatranscriptômica é importante primeiramente para quem quer analisar a diversidade, já que todos os organismos que se tem notícia geram RNA em algum momento para produzir suas proteínas. Então basicamente mesmo aqueles organismos que tem uma um único gene presente, por exemplo os vários vírus que só geram uma polimerase, precisam gerar RNA para produzir as suas proteínas. Para você ter uma ideia, até 2016, quando se olhava nos bancos de dados, cerca de 66% nos vírus eram de DNA e 33.8 % eram de RNA. Ou seja, existia um viés muito grande para vírus de DNA, não porque eles são mais abundantes, mas por que as estratégias anteriores utilizavam sequenciamento baseado em DNA para identificação de vírus. E hoje em dia as informações de vírus de DNA e RNA estão mais normalizadas por causa do sequenciamento via Metatranscriptômica.

Para você, quais são as principais vantagens em se utilizar metatranscriptômica para identificação e monitoramento vírus emergentes e reemergentes?

A maioria dessas viroses emergentes, se formos pensar em um histórico recente como Dengue, Zika, Chikungunya e o próprio Sars-Cov-2, todos eles têm como material genético RNA. E qual a diferença dos vírus que tem genoma de RNA para os que tem genoma de DNA? Normalmente vírus de DNA possuem mecanismos para manter a integridade do genoma, enquanto que os vírus de RNA não possuem esses mecanismos. O vírus replica o tempo inteiro e não tem nada que mantenha uma pressão para que ele conserve o Genoma igual. Então o vírus vai mudando e vai acumulando mutações, o que traz consigo uma série de problemas para a saúde pública humana.

Primeiro a gente costuma ver muito o que chamamos de Host switch, as mudanças de hospedeiro. O vírus está circulando em morcegos, daqui a poucos meses o vírus sofre algumas mutações e passa a infectar humanos. Então, essas mutações recorrentes por não ter um mecanismo de correção de erros no Genoma, faz com que um vírus de RNA mute mais rápido. Se compararmos a classe de vírus que engloba o Sars-Cov-2 que causa a Covid-19 e nós humanos, os vírus mutam cerca de 10 milhões de vezes mais rápido que o genoma humano.

Assim, a chance de acumular mutações é muito maior. Desta forma, sequenciar o RNA traz consigo duas coisas importantes: a primeira é que garante que você identifique não só vírus de DNA e sim vírus de RNA também. E a segunda é que nós já vimos que existe uma acúmulo de RNAs em amostras que são infectadas. Então as sequências virais parecem serem enriquecidas nas frações do RNA que se sequencia, sugerindo um enriquecimento natural para os vírus de RNA.

Então o que a gente faz: usamos não só sequenciamento de longos RNAs, os RNAs mensageiros, mas utilizamos também uma outra estratégia que é o sequenciamento de pequenos RNAs, que inclui a fração de miRNAs, siRNAs e piRNAs. Já vimos, principalmente em insetos, que essas frações de pequenos RNAs é enriquecida com sequências virais. Isso facilita ainda mais a identificação de vírus nesse caso. Então, em geral, existem muitos benefícios para se utilizar sequenciamento a partir de frações de RNA.

Como que é feito o monitoramento: basicamente se faz o sequenciamento de um genoma inteiro ou de porções conservadas. Uma dessas porções mais conservadas é a polimerase, por exemplo, que é uma proteína que te permite fazer análises epidemiológicas, como epidemiologia molecular, relógio molecular, que permite traçar a evolução do vírus. No caso do Covid-19 é super importante, porque permite monitorar como esse vírus entrou nas diversas regiões do Brasil, as múltiplas inserções do vírus na população. E isso é muito importante, pois pode ter mutações associadas ao vírus que o torne mais patogênico, e isso precisa ser monitorado.

Nosso grupo tem trabalhado com o sequenciamento de RNA direto por ele permitir tanto identificar e fazer diagnóstico viral, quanto reconstituir o genoma para fazer, então, epidemiologia molecular.

Percebemos que a estratégia de sequenciamento via metatranscriptômica é muito promissora por conseguir englobar uma gama maior de organismos, mas quais são os principais desafios enfrentados ao usar essa técnica para o monitoramento de vírus emergentes e reemergentes?

Na minha linha de pesquisa temos muitas vantagens porque trabalho com vírus, que são organismos com genomas pequenos e quando fazemos o sequenciamento por RNA conseguimos obter vários fragmentos do genoma refletidos. Com isso é possível reconstituir esses vírus e fazendo uma análise de similaridade conseguimos identificá-los. Contudo, podemos ter vários problemas inerentes, podem haver vírus que tem inibidores de vias de resposta imune. Por exemplo, uma das classes de pequenos RNAs que eu trabalho é os siRNAs inibidores na via, então a gente não consegue identificar os RNAs por causa disso, mas os longos RNAs conseguimos. Esse problema é principalmente inerente a vírus que tem inibidores.

Se for pensar no cenário geral, a quantidade de RNA gerada pelo vírus pode se dissolver na quantidade geral dos RNAs que o nosso próprio metabolismo produz. Então aí está outra limitação que é a quantidade de RNA. Além disso, a gente precisa tratar essas amostras, detectar RNA ribossomal, que é cerca de 80% de todo o RNA do corpo. Então isso faz com que fique um pouco mais caro o sequenciamento, mas isso é quase irrisório.

E quando se pensa em utilizar a metatranscriptômica em organismos eucariotos, aí sim há um problema maior. Um exemplo são os fungos que costumamos encontrar nas amostras, nessas amostras conseguimos achar um monte de RNA dos fungos, mas vários fungos terão os RNAs parecidos. Então discernir qual é o fungo, quando não se tem um genoma inteiro e sim pedaços de RNA que ele gera é um problema muito grande. Por isso que essa técnica é especificamente boa para vírus. E vírus principalmente de RNA. Mas vírus de DNA com genomas grandes, como tem sido descrito recentemente, podem ser realmente um problema grande e essa é uma limitação da estratégia da metatranscriptômica. Quando o genoma não for de RNA ou ele for muito grande e complexo, você pode ter problemas em definir quais organismos que estão presentes na amostra.

Na sua opinião, quais são as perspectivas de futuras aplicações para essa área de estudo?

Eu acho que nós estamos caminhando cada dia mais para o barateamento da dessas estratégias. Está cada dia, teoricamente, mais barato - se o dólar deixasse, porque esse é um problema. O preço dos insumos que utilizamos, quase todos eles são importados, então a variação do dólar acaba afetando diretamente a pesquisa.

Mas em termos gerais, temos que generalizar, pois a ciência não é feita só no Brasil e sim no mundo inteiro, cada dia mais se usa o sequenciamento, principalmente o sequenciamento de RNA no que a gente chama de Metagenômica Clínica. Chega um paciente no hospital e o que se faz é sequenciar uma amostra para tentar identificar os organismos que estão no corpo dele. E isso sim, sem dúvida, é o ápice do que a gente pode chegar de especificidade para tentar identificar um organismo. E se você identifica, você consegue tratar o paciente da melhor forma possível. Consegue identificar se vai usar antibiótico, antiretroviral, etc. Pensando agora para a saúde pública humana, sem dúvida, Metagenômica Clínica é a principal perspectiva para isso.

Se for pensar em termos de monitoramento, é essencial para tentar prever e evitar novas epidemias. A maioria dos vírus possuem vetores, Dengue, Zika, Chikungunya. Onde os vetores nesse caso são artrópodes, são mosquitos e o que a gente faz então é tentar sequenciar mosquitos do mundo inteiro para tentar identificar vírus que estão circulando e ver se esses vírus podem ter potencial para causar doenças em humanos. Então fazemos a identificação desses vírus, mesmo que não causem doenças em humanos agora, mas se vierem a causar no futuro a gente já tem seus genomas, e já consegue desenvolver novas ferramentas, novas drogas de uma forma mais rápida para tentar evitar que causem uma pandemia.

Então, para o setor de monitoramento, isso é sem dúvida essencial. Existem monitoramentos que são basicamente feitos baseados em PCR, onde se amplifica um pedaço do vírus para detectar se ele está presente na amostra. E para isso existem dificuldades: é preciso conhecer o genoma do vírus e quando não se conhece o vírus você não tem como utilizar a técnica baseada em PCR. Então veja a importância de fazer o monitoramento baseado em sequenciamento. Ele te permite identificar o que não foi identificado ainda.

Então esse monitoramento em mosquitos, por serem os principais vetores de arboviroses, é uma das linhas da minha pesquisa. Mas também temos uma linha mais voltada para a conservação, que é com abelhas, que é outra coisa super interessante. Existe um decréscimo das abelhas, e um estudo da Nature mostrou que 30% das abelhas já foram perdidas em menos de 5 anos. Olha que absurdo que é isso. E isso é um efeito dominó, se você não tem abelha você não tem agricultura, se você não tem agricultura você não tem alimento. Esse é o outro cenário que me preocupa bastante e o que tenho tentado fazer é aplicar todo o conhecimento que já se tem sobre identificação de vírus por sequenciamento, para tentar monitorar também esses vírus que circulam abelhas.

Inclusive, já temos vários estudos nessa área, e, inclusive, com uma estudante premiada no X-meeting, encontro de Bioinformática, que foi no monitoramento de abelhas do mundo inteiro. Fizemos uma busca nos bancos de dados, e tentamos ver o que as pessoas não procuravam. Geralmente é procurando outras coisas, mas elas esquecem que os vírus são quase onipresentes estão em todos os lugares. Com isso, conseguimos identificar vários vírus que as pessoas não sabiam que estavam nas amostras. E com isso, tendo uma ideia então da prevalência desses vírus, a gente consegue ver o quão esses vírus estão espalhados em cada continente.

Conseguimos prever a predominância desses vírus e conseguimos ver o impacto deles nesses apiários. E a ideia é transpor esse conhecimento para o Brasil, nós trabalhamos para o governo, então essa é uma forma de trazer o conhecimento da academia para a população. Queremos, depois de ter essa ideia geral da circulação desses vírus em abelhas de todos os lugares do mundo, fazer estratégias que sejam mais fáceis para monitorar vírus aqui dentro do Brasil. Queremos ajudar os apicultores do Brasil desenvolvendo estratégias que sejam mais baratas e mais fáceis para se monitorar o que está circulando em nosso território, para tentar prevenir possíveis surtos. Existem estratégias de manejo que evita que isso afete diretamente os apiários e acabe a produção.