Qual o volume ocupado por todas as partículas circulantes do SARS-CoV-2?
A família Coronavirinae consiste de quatro gêneros baseados em suas propriedades genéticas, incluindo os gêneros Alphacoronavirus, Betacoronavius, Gammacoronavirus, e Deltacoronarirus. O genoma de RNA do coronavírus (variando de 26 a 32 kb de comprimento) é o maior entre os vírus de RNA. Os coronavírus podem infectar mamíferos, aves e répteis, incluindo humanos, porcos, gado, cavalos, camelos, gatos, cães, roedores, pássaros, coelhos, furões, martas, cobras, e várias espécies selvagens, com capacidade de rápida mutação e recombinação.
Em específico, o novo coronavírus (SARS-CoV-2), responsável pela atual pandemia de COVID-19, é um Betacoronavirus que codifica pelo menos 29 proteínas no seu genoma (+) RNA de ~30 kb, quatro das quais são proteínas estruturais: spike (S), membrana (M), envelope (E) e nucleocapsídeo (N). A proteína S, a mais característica do SARS-CoV-2 - e principal chave do vírus para a sua entrada nas células hospedeiros e principal alvo dos anticorpos neutralizantes - possui um comprimento de ~600 kDa e vêm sofrendo preocupantes mutações. É estimado que, na média, os diâmetros das partículas virais até a superfície (envelope lipídico) é de 65 nanômetros (nm), 85 nm e 97 nm para os eixos curto, médio e longo, respectivamente (Ref.1). No geral, considerando também a coroa proteica - totalizando uma média de ~50-100 proteínas S por partícula viral, com cada proteína S possuindo um comprimento de ~15 nm -, o diâmetro da SARS-CoV-2 pode variar entre 80 nm e 120 nm.
Para entender como a partícula viral do SARS-CoV-2 é pequena, vale lembrar que 1 nm é equivalente a 1 metro dividido por 1 bilhão, ou 1 milímetro divido por 1 milhão.
Nesse sentido, o pesquisador Christian Yates - também professor de Biologia Matemática na Universidade de Bath - resolveu calcular um cenário hipotético a pedido do programa More or Less da BBC Radio 4: Qual o volume que todas as partículas de SARS-CoV-2 circulando no mundo ocuparia?
De acordo com estatísticas oficiais, cerca de 500 mil pessoas são testadas positivas diariamente para infecção com o SARS-CoV-2 ao redor do mundo. Porém, modelos epidemiológicos e estatísticos sugerem que o número de pessoas infectadas diariamente é superior a 3 milhões. A quantidade de vírus em cada pessoa depende do tempo de infecção: após 6 dias, na média, é sugerido que a carga viral é máxima, diminuindo nos dias seguintes. Estudos em primatas sugerem que o pico de carga viral em um indivíduo humano infectado representam um total de 1 a 100 bilhões de partículas virais.
Considerando uma média geométrica de 10 bilhões de partículas virais em um indivíduo infectado durante o pico da carga viral, e a contribuição de cada uma das 3 milhões de pessoas infectadas diariamente - e com base nas variações de carga viral ao longo dos dias de infecção -, Yates calculou que em torno de 200 quadrilhões (2x1017) de partículas virais estão circulando no mundo a qualquer momento. Calculado esse valor, o próximo passo é determinar o volume total que essas 200 quadrilhões de partículas ocupariam.
Utilizando um valor de 100 nm representativo do diâmetro de cada partícula viral, e aproximando a partícula de uma esfera, o volume individual pode ser calculado a partir da fórmula V = 3/4(πr3), r = 50 nm. Usando a fórmula, obtemos um volume individual de 523000 nanômetros cúbicos. Agora, multiplicando esse valor por 200 quadrilhões, obtemos o volume total somado para todas as partículas virais circulantes de 120 mililitros (mL). Porém , se fôssemos empilhar essas partículas virais "esféricas" em um recipiente, teríamos espaços vazios entre as partículas, aumentando um volume extra de 26% do volume total. Assim, finalmente, obtemos o valor de interesse: 160 mL.
Ou seja, se juntássemos todas as partículas virais circulando a um dado momento pelo mundo em um recipiente, seria necessário apenas 160 mL para comportá-las. Isso é menos da metade do volume de uma típica lata de Coca-Cola (350 mL).
REFERÊNCIAS
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0092867420311594
- https://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1677-55382020000700006&script=sci_arttext
- https://www.bbc.com/future/article/20210210-why-the-entire-coronavirus-would-fit-in-a-can-of-coca-cola
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcimb.2020.587269/full
