I siderofori : i sistemi chelanti il ferro nei batteri

Diversi sono i microrganismi che necessitano di ferro allo scopo di poter crescere e svilupparsi all’interno dell’organismo ospite. L’assorbimento del ferro da parte dei batteri può avvenire attraverso due diversi meccanismi: meccanismi diretti o meccanismi indiretti. Nel caso dei meccanismi diretti il ferro può essere assorbito direttamente a partire dalle proteine dell’ospite quali la transferrina (proteina di legame del ferro), la ferritina (composto primario di deposito di ferro), la lattoferrina, il gruppo eme o le emoproteine. Questo primo meccanismo presenta, però, lo svantaggio di necessitare della presenza di un recettore specifico per ogni fonte di ferro. I livelli delle sorgenti di ferro variano tra i diversi compartimenti degli organismi ospiti e, quindi, i patogeni che utilizzano direttamente un definito set di sorgenti di ferro sono limitati ai compartimenti in cui tali fonti sono disponibili. Questo è il motivo per cui i batteri sfruttano maggiormente i meccanismi indiretti.

Uno dei meccanismi indiretti sfruttato dai microrganismi prevede la produzione di siderofori al fine di poter utilizzare tutte le risorse di ferro disponibili. I siderofori sono molecole che legano il ferro con un’elevata affinità. Sono stati identificati circa 500 siderofori, ma tutti condividono la stessa struttura: un’unità funzionale che lega molecole di ferro (transferrina o lattoferrina) e un peptide dorsale che interagisce con un recettore presente sulla superficie della membrana dei batteri. La specificità rende ogni sideroforo unico, nel senso che il recettore dei siderofori di un batterio riesce a riconoscere solo ed esclusivamente la catena peptidica di un singolo sideroforo, anche se le stesse catene peptidiche possono riconoscere più siderofori, ma esprimendo diversi recettori.

I siderofori vengono prodotti da diversi, ma non da tutti i microrganismi durante i cosiddetti periodi di “starvation” di ferro, cioè quando la concentrazione intracellulare di ferro scende al di sotto del valore soglia (circa 10^-⁶ M).

I batteri anaerobi, come Clostridium perfrigens, acquisiscono il ferro creando un ambiente microaerobico nel tessuto ospite e, in questo modo, lo ione ferrico (FeIII) presente nelle proteine dell’organismo ospite viene ridotto a ione ferroso (FeII). Negli anaerobi facoltativi, come Escherichia coli e Salmonella typhimurium, è stato dimostrato che l’assorbimento dello ione ferroso coinvolge due proteine, FeoA e FeoB. Quest’ultima proteina è localizzata nella membrana citoplasmatica e possiede un motivo che lega l’ATP. Ciò suggerisce che l’assorbimento dello ione ferroso avvenga per via di un trasporto attivo primario, così come accade nel caso di altri ioni metallici bivalenti.

Siderofori dei batteri enterici

L’assorbimento del ferro da parte di alcuni generi di batteri enterici (Escherichia, Salmonella, Klebsiella, Shigella) è quello maggiormente noto.

Molti generi di batteri enterici producono il sideroforo enterochelina (figura 1) che, tra tutti i siderofori noti, è quello che possiede la più alta costante di stabilità per il ferro (10^⁵²). Nonostante ciò alcuni ceppi di Shigella flexneri, Klebsiella pneumoniae ed Escherichia coli producono un secondo sideroforo, l’aerobactina (figura 2). Il bisogno di produrre due diversi siderofori può essere spiegato dal fatto che esistono diverse sorgenti di ferro fornite a partire dalle proteine dell’ospite: l’enterochelina viene prodotta per acquisire il ferro dalla transferrina, l’aerobactina serve invece per ottenerlo dalla ferritina. Inoltre, E. coli e gli altri batteri enterici possono utilizzare i siderofori prodotti da altri batteri e funghi e, in tal caso, parliamo di xenosiderofori. Ad esempio, E. coli può utilizzare il ferro chelato dai siderofori fungini come il ferricromo, mentre alcuni ceppi di Salmonella spp. possono utilizzare il ferro dalle ferriossamine B, E e G.

Figura 1. Struttura dell’enterochelina
Figura 2. Struttura dell’aerobactina

Siderofori di Pseudomonas

Il principale patogeno appartenente al genere Pseudomonas è Pseudomonas aeruginosa. Tale microrganismo è associato ad infezioni respiratorie di pazienti affetti da fibrosi cistica. Due differenti siderofori vengono prodotti da tale batterio: la pyochelina (figura 3) e la pioverdina (figura 4). Il principale sideroforo prodotto da tale patogeno, però, è la pioverdina, come è stato dimostrato utilizzando mutanti di P. aeruginosa pioverdina-deficienti, ma non di pyochelina, che nel siero mostravano una crescita limitata.

Figura 3. Struttura della pyochelin
Figura 4. Struttura della pioverdina

Irene Magnoli

Fonti :

An evolutionary mechanism for diversity in siderophore-producing bacteria

Iron Metabolism in Pathogenic Bacteria

Siderophore-Based Iron Acquisition and Pathogen Control

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