Železo ako biogénny stopový prvok je pre ľudí, zvieratá, ale aj mikroorganizmy veľmi dôležitý a v organizme plní viacero dôležitých funkcií.
Podieľa sa napríklad na transporte kyslíka hemoglobínom (červený krvný proteín erytrocytov) a myoglobínom (proteín nachádzajúci sa vo svaloch) či pri syntéze DNA (deoxyribonukleová kyselina). Má taktiež dôležitú úlohu v bunkovom dýchaní, bunkovej proliferácii (množenie buniek) a diferenciácii (špecializácia buniek), pôsobí ako kofaktor (pomocná molekula, ktorá pomáha s rôznymi biochemickými reakciami v tele) a je aj súčasťou významných enzýmov.
Dômyselné stratégie
Hlavným miestom absorpcie železa je dvanástnik, kde sa však z potravy vstrebáva len 15 %. Zvyšok postupuje tráviacim traktom na úroveň hrubého čreva, kde železo využíva intestinálna (črevná) mikrobiota, teda spoločenstvo črevných mikroorganizmov (baktérií). Tak ako je železo dôležitým prvkom pre makroorganizmus, tak je rovnako esenciálne aj pre mikroorganizmus, a to bez ohľadu na to, či je mikroorganizmus súčasťou komenzálnej (fyziologickej, bežnej) alebo patogénnej (spôsobujúcej ochorenie) mikrobioty.
Baktérie preto o železo v luméne čreva takpovediac súťažia. V prostredí makroorganizmu je železo viazané väzbou na rôzne metaloproteíny (feritín, transferín, hemoglobín) a je pre ne ťažšie dostupné. Baktérie však dokázali tento problém vyriešiť a vychytávajú ióny železa (Fe3+, Fe2+) produkovaním siderofórov – molekúl s vysokou afinitou k chelácii (tvorbe väzieb) s atómami železa alebo prostredníctvom rôznych transportných systémov.
Život v črevnom trakte
Schopnosť produkovať siderofóry v intestinálnom (črevnom) trakte majú aeróbne (schopné rásť v prostredí s kyslíkom) a fakultatívne anaeróbne (schopné rásť v prostredí bez kyslíka a aj s ním) baktérie patriace do čeľadí Enterobacteriaceae, Streptomycetaceae a Bacillaceae. Existuje len malé množstvo baktérií, ktoré príjem železa nevyžadujú. Patria k nim napríklad Lactobacilaceae, ktoré sú však závislé od príjmu mangánu.
Pri enterobaktériách (baktérie žijúce v intestinálnom trakte) existujú ešte dva spôsoby vychytávania železa, a to prostredníctvom difúzie cez póry vonkajšej membrány – forma Fe2+ alebo pomocou hemofórov – železo naviazané v molekule hemu (súčasť hemoglobínu).
Pri nadmernom príjme železa dochádza k jeho hromadeniu v luméne čreva. Neabsorbované železo vedie k rastu a podpore virulencie patogénnych baktérií (schopnosť baktérií vyvolať ochorenie), pretože sa vedia lepšie prispôsobiť tzv. výživovému stresu a dochádza k ich premnoženiu na úkor komenzálnych mikroorganizmov.
Obranné reakcie
Ochrana fyziologického prostredia v čreve pred nežiaducimi mikroorganizmami spočíva v produkcii hlienu a tvorbe imunitnej bariéry dozrievaním lymfocytov, syntézou antimikrobiálnych peptidov a IgA protilátok. Pri týchto obranných reakciách zohráva významnú úlohu práve komenzálna črevná mikrobiota, ktorá s nežiaducimi mikróbmi súperí o živiny a produkuje rôzne inhibičné látky (bakteriocíny, sekundárne žlčové kyseliny, mastné kyseliny s krátkym reťazcom). Pri narušení stability mikrobioty dôjde k zvýšenému množeniu patogénov a potenciálnych patogénov, ktoré poškodzujú epitel čreva. Črevná mikrobiota je do určitej miery schopná obmedziť dostupnosť železa pre patogény práve využívaním molekúl siderofórov. Významným prvkom v zabránení vychytávania železa patogénnymi baktériami je lipokaín-2 vylučovaný enterocytmi hrubého čreva. Lipokaín zachytáva siderofóry so železom, a tým obmedzuje jeho prístup patogénom.
MVDr. Lívia Karahutová, PhD.
RNDr. Dobroslava Bujňáková, PhD.
Ústav fyziológie hospodárskych zvierat v Košiciach
Centrum biovied SAV, v. v. i.
Problematiku vychytávania železa a rezistencie na antibiotiká pri Enterobacterales potravinových zvierat riešime v rámci projektu podporovaného Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaŠ SR a SAV (VEGA 2/0010/21).
Článok vznikol v spolupráci s platformou Mladí vedci SAV.
