4.3D: Sideróforos

Objetivos de aprendizaje

• Describir la función y variedad de sideróforos

El hierro es esencial para casi todos los organismos vivos ya que está involucrado en una amplia variedad de procesos metabólicos importantes. Sin embargo, el hierro no siempre está fácilmente disponible; por lo tanto, los microorganismos utilizan diversos sistemas de captación de hierro para asegurar suficientes suministros de su entorno. Existe una variación considerable en el rango de transportadores de hierro y fuentes de hierro utilizadas por diferentes especies microbianas. Los patógenos, en particular, requieren mecanismos eficientes de adquisición de hierro que les permitan competir con éxito por el hierro en el ambiente altamente restringido de hierro de los tejidos y fluidos corporales del huésped.

Los sideróforos son compuestos quelantes de hierro pequeños y de alta afinidad secretados por microorganismos como bacterias, hongos y pastos. Los sideróforos se encuentran entre los agentes aglutinantes de Fe ³⁺ solubles más fuertes conocidos. El hierro es esencial para casi toda la vida, por su papel vital en procesos como la respiración y la síntesis de ADN. Sin embargo, a pesar de ser uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre, la biodisponibilidad del hierro en muchos ambientes como el suelo o el mar está limitada por la muy baja solubilidad del ion Fe ³⁺. Este estado iónico es el predominante del hierro en ambientes acuosos, no ácidos, oxigenados, y se acumula en fases minerales comunes como los óxidos e hidróxidos de hierro (los minerales que son responsables de los colores rojo y amarillo del suelo). Por lo tanto, no puede ser fácilmente utilizado por los organismos. Los microbios liberan sideróforos para eliminar el hierro de estas fases minerales mediante la formación de complejos solubles de Fe ³⁺ que pueden ser absorbidos por mecanismos de transporte activos. Muchos sideróforos son péptidos no ribosómicos, aunque varios se biosintetizan de forma independiente.

Los sideróforos se encuentran entre los aglutinantes más fuertes del Fe ³⁺ conocidos, siendo la enterobactina uno de los más fuertes de estos. Debido a esta propiedad, han atraído el interés de la ciencia médica en la terapia de quelación de metales, con el sideróforo desferrioxamina B ganando un uso generalizado en tratamientos para la intoxicación por hierro y la talasemia.

Figura: Síntesis de enterobactina: La enterobactina (también conocida como Enteroquelin) es un sideróforo de alta afinidad que adquiere hierro para sistemas microbianos. Se encuentra principalmente en bacterias Gram-negativas, como Escherichia coli y Salmonella typhimurium.

El hierro está fuertemente unido a proteínas como la hemoglobina, la transferrina, la lactoferrina y la ferritina. Hay grandes presiones evolutivas ejercidas sobre las bacterias patógenas para obtener este metal. Por ejemplo, el patógeno del ántrax Bacillus anthracis libera dos sideróforos, bacillibactina y petrobactina, para eliminar el hierro férrico de las proteínas de hierro. Si bien se ha demostrado que la bacillibactina se une a la proteína siderocalina del sistema inmune, se supone que la petrobactina evade el sistema inmune y se ha demostrado que es importante para la virulencia en ratones.

Además de los sideróforos, algunas bacterias patógenas producen hemóforos (proteínas secuestradoras de unión al hemo) o tienen receptores que se unen directamente a las proteínas hierro/hemo. En eucariotas, otras estrategias para mejorar la solubilidad y absorción del hierro son la acidificación del entorno (por ejemplo, utilizado por las raíces de las plantas) o la reducción extracelular de Fe ³⁺ en los iones Fe ²⁺ más solubles.

Los sideróforos suelen formar un complejo estable, hexadentado, octaédrico con Fe ³⁺ preferentemente en comparación con otros iones metálicos abundantes de origen natural, aunque si hay menos de seis átomos donantes el agua también puede coordinarse. Los sideróforos más efectivos son aquellos que tienen tres ligandos bidentados por molécula, formando un complejo hexadentado y provocando un cambio entrópico menor que el causado por la quelación de un solo ion férrico con ligandos separados.

Los sideróforos suelen clasificarse por los ligandos utilizados para quelar el hierro férrico. Los principales grupos de sideróforos incluyen los catecolatos (fenolatos), hidroxamatos y carboxilatos (por ejemplo, derivados del ácido cítrico). El ácido cítrico también puede actuar como sideróforo. La amplia variedad de sideróforos puede deberse a presiones evolutivas que se ejercen sobre los microbios para producir sideróforos estructuralmente diferentes, que no pueden ser transportados por los sistemas de transporte activo específicos de otros microbios, o en el caso de patógenos desactivados por el organismo huésped.

Puntos Clave

• Los sideróforos son importantes para algunas bacterias patógenas para su adquisición de hierro. Muchos sideróforos son péptidos no ribosómicos, aunque varios se biosintetizan de forma independiente.
• La gran variedad de sideróforos puede deberse a presiones evolutivas sobre los microbios para producir sideróforos estructuralmente diferentes que no pueden ser transportados por los sistemas de transporte activo específicos de otros microbios, o en el caso de patógenos desactivados por el organismo huésped.
• Los microbios liberan sideróforos para eliminar el hierro de estas fases minerales mediante la formación de complejos solubles de Fe3+ que pueden ser absorbidos por mecanismos de transporte activos.

Términos Clave

• Sideróforos: Los sideróforos son pequeños compuestos quelantes de hierro de alta afinidad secretados por microorganismos como bacterias y hongos, y también gramíneas. Los sideróforos se encuentran entre los agentes de unión a Fe3+ solubles más fuertes conocidos.