Сидерофор - Siderophore

Трис (гидроксамат) координациялық сфера шеңберіндегі сидерофор триацетилфузаринді қаптайтын темірдің (III) құрылымы (түс коды: қызыл = оттегі, сұр = көміртегі, көк = азот, қара көк = темір).[1]

Сидерофорлар (Грекше: «темір тасушы») - кішігірім, жоғары аффинділік темір -шелаттау бөлінетін қосылыстар микроорганизмдер бактериялар мен саңырауқұлақтар сияқты және темірді көлденең тасымалдауға қызмет етеді жасушалық мембраналар,[2][3][4][5] қазір сидерофор функцияларының кеңейтілген диапазоны бағалануда.[6] Сидерофорлар - ең күшті еритін Fe3+ байланыстырушы агенттер белгілі.

Еритін темірдің тапшылығы

Жер қыртысының ең көп кездесетін элементтерінің бірі болғанымен, темір биологиялық қол жетімді емес. Көптеген аэробты ортада, мысалы, топырақта немесе теңізде темір бар темір (Fe3+) ерімейтін тат тәрізді қатты заттар түзуге бейім күй. Тиімді болу үшін қоректік заттар тек қол жетімді емес, олар еритін болуы керек.[7] Микробтар сидерофорларды темірді осы минералды фазалардан еритін Fe түзілуімен шығарады3+ кешендер оны қабылдауға болады белсенді көлік механизмдері. Көптеген сидерофорлар nonribosomal пептидтер,[3][8] бірнешеуі дербес биосинтезделсе де.[9]

Сидерофорлар кейбір патогендік бактериялар үшін темірді алу үшін де маңызды.[3][4][10] Сүтқоректілер иесінде темір сияқты ақуыздармен тығыз байланысты гемоглобин, трансферрин, лактоферрин және ферритин. Қатаң гомеостаз темір шамамен 10 концентрациясына алып келеді−24 моль Л.−1,[11] демек, керемет эволюциялық қысым осы металды алу үшін патогендік бактерияларды салыңыз. Мысалы, сібір жарасы қоздырғыш Bacillus anthracis екі сидерофорды шығарады, бациллибактин және петробактин, темір темірін темір ақуыздарынан тазарту. Бакиллибактин иммундық жүйенің ақуызымен байланысатыны дәлелденді сидерокалин,[12] петробактин иммундық жүйеден қашады деп болжанған және тышқандардағы вируленттілік үшін маңызды екендігі дәлелденген.[13]

Сидерофорлар Fe-ді ең күшті байланыстырушылар қатарына жатады3+ белгілі, бірге энтеробактин осылардың ең мықтыларының бірі.[11] Осы қасиеттің арқасында олар медициналық ғылымның металға қызығушылығын тудырды хелатотерапия, сидероформен десферриоксамин B емдеуде кеңінен қолдану темірден улану және талассемия.[14]

Сидерофорлардан басқа, кейбір патогендік бактериялар түзіледі гемофорлар (Хем түзетін белоктар) немесе темір / гем белоктарымен тікелей байланысатын рецепторлары бар.[15] Эукариоттарда темірдің ерігіштігі мен сіңірілуін күшейтудің басқа стратегиялары қоршаған ортаны қышқылдандыру (мысалы, өсімдік тамырларында қолданылады) немесе жасушадан тыс төмендету туралы Fe3+ ериді Fe2+ иондар.

Құрылым

Сидерофорлар әдетте тұрақтылық түзеді, алты қырлы, сегіздік Fe-мен кешенді3+ табиғатта кездесетін басқа көп металл иондарымен салыстырғанда, егер донорлық атомдар саны алтыдан аз болса, су да үйлестіре алады. Сидерофорлардың ең тиімдісі - үш битант бар лигандтар бір молекула үшін, алтыбұрышты комплекс түзіп, жеке лигандтармен бір темір ионын хелаттаудан гөрі аз энтропиялық өзгерісті тудырады.[16] Fe3+ күшті Льюис қышқылы, мықты қалайды Льюис негіздері мысалы, координатталатын оттегі атомдарының немесе бейтараптың атомдары. Микробтар әдетте темірді сидерофордан Fe-ге дейін төмендетіп босатады2+ бұл лигандтарға жақындық аз.[8][2]

Сидерофорларды әдетте темірді хелаттау үшін қолданылатын лигандалар жіктейді. Сидерофорлардың негізгі топтарына мыналар жатады катехолаттар (фенолаттар), гидроксаматтар және карбоксилаттар (мысалы. туындылары лимон қышқылы ).[3] Лимон қышқылы сидерофор рөлін де атқара алады.[17] Сидерофорлардың алуан түрлілігі микробтарға құрылымдық жағынан әртүрлі сидерофорларды жасау үшін орналастырылған эволюциялық қысымға байланысты болуы мүмкін, оларды басқа микробтардың спецификалық белсенді тасымалдау жүйелерімен тасымалдау мүмкін емес, немесе қоздырғыштар иесі ағзаның әсерінен жойылады.[3][10]

Әртүрлілік

Сидерофорлардың мысалдары әр түрлі бактериялар және саңырауқұлақтар:

Феррихром, гидроксамат сидерофоры
Desferrioxamine B, гидроксамат сидерофоры
Энтеробактин, катехолатты сидерофор
Азотобактин, аралас лиганд сидерофоры
Пиовердин, аралас лиганд сидерофоры
Ерсиниабактин, аралас лиганд сидерофоры

Гидроксамат сидерофорлары

СидерофорОрганизм
феррихромУстилаго сферогена
Desferrioxamine B

(Дефероксамин )

Streptomyces pilosus

Streptomyces coelicolor

Desferrioxamine E Стрептомицес coelicolor
фузаринин CФузариум раушан
орнибактинBurkholderia cepacia
родоторул қышқылыРодоторула пилимана

Катехолатты сидерофорлар

СидерофорОрганизм
энтеробактинІшек таяқшасы

ішек бактериялары

бациллибактинBacillus subtilis

Bacillus anthracis

вибриобактинТырысқақ вибрионы

Аралас лигандтар

СидерофорОрганизм
азотобактинAzotobacter vinelandii
пиовердинPseudomonas aeruginosa
ерсиниабактинYersinia pestis

Сидерофор құрылымдарының толық тізімі (250-ден астам) сілтеме ретінде 1-қосымшада келтірілген.[3]

Биологиялық функция

Бактериялар мен саңырауқұлақтар

Қоршаған ортадағы темірдің шектелуіне жауап ретінде микробтардың сидерофор өндірісі мен сіңірілуіне қатысатын гендер жатады депрессияға ұшырады, сидерофорлар мен тиісті сіңіру белоктарын өндіруге әкеледі. Бактерияларда Fe2+-тәуелді репрессорлар ДНҚ-мен темірдің жоғары жасушалық концентрациясында сидерофор өндірісіне қатысатын гендермен байланысады. Төмен концентрацияда Fe2+ репрессордан бөлінеді, ал бұл өз кезегінде гендердің транскрипциясына алып келетін ДНҚ-дан бөлінеді. Грамоң және АТ-ға бай грам-позитивті бактерияларда бұл әдетте реттеледі Мех (темірді сіңіруді реттегіш) репрессор, ал GC-ге бай грам-позитивті бактерияларда (мысалы. Актинобактериялар ) Бұл DtxR (дифтерия токсинінің репрессоры), қауіпті өндіріс деп аталады дифтерия токсині арқылы Дифтерия коринебактериялары сонымен қатар осы жүйемен реттеледі.[8]

Осыдан кейін сидерофордың жасушадан тыс ортаға экскрециясы жүреді, сидерофор темірді секвестрлеп, ерітуге әсер етеді.[3][18][19][20] Содан кейін сидерофорларды жасушаның сыртқы қабығындағы жасушаға тән рецепторлар таниды.[2][3][21] Саңырауқұлақтарда және басқа эукариоттарда Fe-сидерофор кешені жасушадан тыс Fe-ге дейін азаюы мүмкін.2+көптеген жағдайларда Fe-сидерофор кешені жасуша қабығы арқылы белсенді түрде тасымалданады. Грамоң бактерияларда олар периплазма арқылы тасымалданады ТонБ тәуелді рецепторлар, және цитоплазмаға ауысады ABC тасымалдаушылары.[3][8][16][22]

Бірде жасушаның цитоплазмасында Fe3+-сидерофор кешені әдетте Fe-ге дейін азаяды2+ темірді босату үшін, әсіресе гидроксаматтар мен карбоксилаттар сияқты «әлсіз» сидерофор лигандары кезінде. Сидерофордың ыдырауы немесе басқа биологиялық механизмдер темірді де босатуы мүмкін.[16] әсіресе темір-энтеробактин сияқты катехолаттарға қатысты, олардың төмендеу потенциалы тым төмен редуценттер сияқты флавин аденин динуклеотиді, демек, темірді босату үшін ферментативті деградация қажет.[11]

Өсімдіктер

Дезоксимугин қышқылы, фитосидерофор.

Көптеген топырақта өсімдіктердің өсуіне темір жеткілікті болғанымен, өсімдік темірінің жетіспеушілігі проблема болып табылады әктас топырақ, төмен ерігіштігіне байланысты темір (III) гидроксиді. Тұзды топырақ әлемдегі ауылшаруашылық жерлерінің 30% құрайды. Мұндай жағдайда граминозды өсімдіктер (шөптер, жарма және күріш) топыраққа фитосидерофор бөліп шығарады,[23] типтік мысал дезоксимугин қышқылы. Фитосидерофорлардың саңырауқұлақтық және бактериялық сидерофорларға қарағанда құрылымы әр түрлі, олар екі α-аминокарбоксилатпен байланысатын орталықтармен бірге бір α-гидроксикарбоксилат қондырғысымен бірге болады. Бұл соңғы битант функциясы фитосидерофорларды темірдің (III) жоғары селективтілігімен қамтамасыз етеді. Темір жетіспейтін топырақта өсіргенде, грамматикалы өсімдіктердің тамырлары сидерофорларды ризосфераға бөледі. Темірді тазартуда (III) протон көмегімен цитоплазмалық мембрана арқылы темір-фитосидерофор кешені тасымалданады симпорт механизм.[24] Содан кейін темір (III) кешені темірге дейін (II) қалпына келтіріліп, темірге ауысады никотианамин, бұл фитосидерофорларға өте ұқсас болса да, темір үшін таңдамалы (II) және тамырлардан бөлінбейді.[25] Никотианамин темірді ішке ауыстырады флоэма өсімдіктердің барлық бөліктеріне.

Хелаттау Pseudomonas aeruginosa

Темір бактерия үшін маңызды қоректік зат болып табылады Pseudomonas aeruginosaдегенмен, темірге қоршаған ортаға оңай қол жетімді емес. Бұл мәселені жеңу үшін, P. aeruginosa темірді байланыстыру және тасымалдау үшін сидерофорлар шығарады.[26] Бірақ сидерофорларды шығарған бактерия темір қабылдаудың тікелей пайдасын ала бермейді. Жасушалық популяцияның барлық мүшелері темір-сидерофор кешендеріне бірдей қол жеткізе алады. Сидерофорларды өндіру бактериядан энергия шығынын қажет етеді. Осылайша, сидерофор өндірісі альтруистік сипат ретінде қарастырылуы мүмкін, себебі бұл жергілікті топқа пайдалы, ал жеке адамға қымбат. Бұл альтруистік динамика ұялы популяцияның әрбір мүшесінен сидерофор өндірісіне бірдей үлес қосуды талап етеді. Кейде мутациялар пайда болуы мүмкін, нәтижесінде кейбір бактериялар аз мөлшерде сидерофор шығарады. Бұл мутациялар эволюциялық артықшылық береді, өйткені бактерия энергия шығынына ұшырамай, сидерофор өндірісінің пайдасын көре алады. Осылайша, өсуге көбірек энергияны бөлуге болады. Осы сидерофорларды тиімді өндіре алатын жасушалық популяция мүшелерін әдетте кооператорлар деп атайды; сидерофорларды аз мөлшерде шығаратын мүшелерді көбіне алдамшы деп атайды.[27] Зерттеулер кооператорлар мен алаяқтарды бірге өсірген кезде, кооператорлардың фитнесі төмендейтінін, ал алаяқтардың фитнесінің жоғарылағанын көрсетті. Фитнестің өзгеру шамасы темір шектеуінің жоғарылауымен арта түсетіні байқалады.[28] Фитнес жоғарылаған кезде алаяқтар кооператорлардан басым түсуі мүмкін; бұл сидерофор өндірісінің жеткіліксіздігіне байланысты топтың жарамдылығының жалпы төмендеуіне әкеледі.

Экология

Сидерофорлар темірдің төмен болуымен анықталатын экологиялық қуыста маңызды орын алады, темір іс жүзінде барлық аэробты микроорганизмдер үшін өсуді шектейтін факторлардың бірі болып табылады. Төрт негізгі экологиялық тіршілік ету ортасы бар: топырақ және жер үсті сулары, теңіз сулары, өсімдік ұлпалары (қоздырғыштар) және жануарлар ұлпалары (қоздырғыштар).

Топырақ және жер үсті сулары

Топырақ бактериалды және саңырауқұлақ тұқымдастарының қайнар көзі болып табылады. Жалпы грам позитивті түрлері - бұл актиномицеталға және тұқымдас түрлеріне жататындар Bacillus, Артробактер және Нокардия. Осы организмдердің көпшілігі ферриоксаминдер шығарады және бөледі, бұл тек өндіруші организмдердің ғана емес, сонымен қатар экзогендік сидерофорларды қолдана алатын басқа микробтық популяциялардың өсуіне ықпал етеді. Топырақ саңырауқұлақтарына жатады Аспергиллус және Пеницилл олар негізінен феррихромдарды өндіреді. Бұл сидерофорлар тобы циклдік гексапептидтерден тұрады және сәйкесінше гуминдік топырақта болатын гидролитикалық ферменттердің кең спектрімен байланысты қоршаған ортаның деградациясына төзімді.[29] Құрамында ыдырайтын өсімдік материалы бар топырақтың рН мәні 3-4-ке дейін жетеді. Мұндай жағдайда гидроксамат сидерофорларын өндіретін организмдердің артықшылығы осы молекулалардың қышқылдық тұрақтылығының арқасында болады. Тұщы судың микробтық популяциясы топыраққа ұқсас, көптеген бактериялар топырақтан шайылып кетеді. Сонымен қатар, тұщы сулы көлдерде көптеген популяциялар бар Псевдомонас, Азомонас, Аэромонос және Алькалигендер түрлері.[30]

Теңіз суы

Көптеген тұщы су көздерінен айырмашылығы, жер үсті теңіз суындағы темір деңгейі өте төмен (жоғарғы 200 м-де 1 нМ-ден 1 мкМ-ге дейін) және V, Cr, Co, Ni, Cu және Zn деңгейлеріне қарағанда әлдеқайда төмен. Іс жүзінде барлық осы темір темір (III) күйінде және күрделі органикалық лигандтарға.[31] Бұл темірдің төмен деңгейлері фитопланктонның алғашқы өндірісін шектейді және әкелді Темір гипотеза[32] онда темір ағыны фитопланктонның өсуіне ықпал етеді және сол арқылы атмосфералық СО-ны азайтады деген ұсыныс жасалды.2. Бұл гипотеза 10-нан астам жағдайда тексерілді және барлық жағдайда жаппай гүлдену пайда болды. Алайда гүлдену әр түрлі уақыт аралығында сақталды. Осы зерттеулердің кейбірінде жүргізілген қызықты байқаулар мыналар болды: органикалық лигандтардың концентрациясы қысқа уақыт ішінде қосылған темірдің концентрациясына сәйкес келеді, сондықтан биологиялық шығу тегі және олардың темірге жақындығын ескерген сидерофор болуы мүмкін немесе сидерофорға ұқсас табиғат.[33] Маңыздысы, гетеротрофты бактериялардың темірден туындаған гүлдену кезінде олардың саны айтарлықтай көбейгені анықталды. Осылайша фитопланктон мен гетеротрофты бактериялар арасында синергизм элементі бар. Фитопланктонға темір қажет (бактериялық сидерофорлармен қамтамасыз етіледі), ал гетеротрофты бактерияларға СО емес қажет2 көміртегі көздері (фитопланктон ұсынады).

Сұйылтылған табиғаты пелагиялық теңіз ортасы үлкен диффузиялық шығындарға ықпал етеді және сидерофорға негізделген темірді сіңірудің тиімді стратегиясын проблемалы етеді. Алайда, көптеген гетеротрофты теңіз бактериялары қасиеттері жердегі организмдерден ерекшеленетін болса да, сидерофорлар шығарады. Көптеген теңіз сидерофорлары беткі жағынан белсенді және молекулалық агрегаттарды құруға бейім, мысалы аквахелиндер. Майлы ацил тізбегінің болуы молекулаларды беттік белсенділігі жоғары және түзілу қабілетіне ие етеді мицеллалар.[34] Осылайша, бөлінген кезде бұл молекулалар беттермен және бір-бірімен байланысады, осылайша бөлінетін организмнен диффузия жылдамдығын бәсеңдетеді және жергілікті сидерофор концентрациясын салыстырмалы түрде жоғары деңгейде ұстайды. Фитопланктонның темірге деген қажеттілігі жоғары, бірақ олардың көпшілігі (мүмкін, бәрі де) сидерофорларды өндірмейді. Фитопланктон темірді сидерофорлы кешендерден мембранамен байланысқан редуктазалар көмегімен ала алады.[35] және темірдің (III) сидерофорларының фотохимиялық ыдырауы нәтижесінде пайда болатын темірден (II). Осылайша, фитопланктонмен жұтылған темірдің (мүмкін барлық темірдің) көп бөлігі бактериялық сидерофор өндірісіне тәуелді.[36]

Өсімдік патогендері

Хризобактин
Ахромобактин

Көпшілігі өсімдік қоздырғыштары басып кіру апоплазма шығару арқылы пектолитикалық басып кіретін организмнің таралуын жеңілдететін ферменттер. Бактериялар өсімдікті тіндерге ену арқылы жиі жұқтырады стоматалар. Зауытқа еніп, олар жасушааралық кеңістіктерге жайылып, көбейеді. Бактериялық қан тамырлары ауруларымен инфекция ксилема арқылы өсімдіктерге таралады.

Өсімдіктің ішіне енгеннен кейін бактериялар темірді тасымалдаушы екі негізгі лигандтан - никотианамин мен цитраттан темірді қопсытуы керек.[37] Мұны істеу үшін олар сидерофорларды, демек, энтеробактерияларды шығарады Эрвиния хризантемиясы хризобактин және ахромобактин деген екі сидерофорды шығарады.[38] Ксантомоналар өсімдік қоздырғыштарының тобы темірді тазарту үшін ксантоферрин сидерофорларын түзеді.[39]

Адамдар сияқты, өсімдіктерде де қайың тозаңының негізгі аллергені Bet v 1 сияқты иесі қорғанысқа қатысатын сидерофорды байланыстыратын ақуыздар бар, олар әдетте бөлініп шығады және липокалинге ұқсас құрылымға ие.[36]

Жануарлардың қоздырғыштары

Патогендік бактериялар мен саңырауқұлақтар жануарлар тінінде тіршілік ету құралдарын дамытты. Олар асқазан-ішек жолына енуі мүмкін (Эшерихия, Шигелла және Сальмонелла), өкпе (Псевдомонас, Бордателла, Стрептококк және Corynebacterium), тері (Стафилококк) немесе зәр шығару жолдары (Эшерихия және Псевдомонас). Мұндай бактериялар жараларды колониялауы мүмкін (Вибрио және Стафилококк) және септицемияға жауапты болу (Ерсиния және Bacillus). Кейбір бактериялар, мысалы, жасушаішілік органоидтарда ұзақ уақыт өмір сүреді Микобактериялар. (кестені қараңыз). Бактерияларға және саңырауқұлақтарға шабуыл жасаудың тұрақты қаупі болғандықтан, жануарлар иммунологиялық стратегияларға, комплемент жүйесіне, темір-сидерофор байланыстыратын ақуыздар өндірісіне және темірдің жалпы «кетуіне» негізделген бірқатар қорғаныс жолдарын дамытты.[40]

Инфекция түріОрганизмСидерофор
ДизентерияШигелла sp.Аэробактин
Ішек инфекциясыІшек таяқшасыЭнтеробактин
Іш сүзегіСальмонелла sp.Сальмочелин
ОбаЕрсиния sp.Ерсиниабактин
ХолераВибрио sp.Вибриобактин
Өкпе инфекциясыПсевдомонас sp.Повердиндер
КөкжөтелБордетелла sp.Алькалигин
ТуберкулезТуберкулез микобактериясыМикобактиндер
Тері және шырышты қабықшалардың инфекциясыСтафилококк sp.Стафилоферрин А
Сібір жарасыBacillus anthracisПетробактин

Жануарлардың көпшілігінде темірмен байланысатын ақуыздардың микробтардың шабуылынан қорғауды қамтамасыз ететін екі негізгі түрі бар - жасушадан тыс қорғаныс ақуыздардың трансферриндер тұқымымен, ал жасушаішілік қорғаныс ферритинмен қамтамасыз етіледі. Трансферрин қан сарысуында шамамен 30 мкМ-де болады және құрамында темірмен байланысы өте жоғары екі темір байланысатын учаске бар. Қалыпты жағдайда бұл шамамен 25-40% қаныққан, демек, қан сарысуындағы кез-келген еркін темір тез арада тазаланып, микробтардың көбеюіне жол бермейді. Сидерофорлардың көпшілігі трансферриннен темірді кетіре алмайды. Сондай-ақ, сүтқоректілер лактоферринді шығарады, ол қан сарысуындағы трансферринге ұқсас, бірақ темірге деген жақындығы жоғары.[41] Лактоферрин тер, көз жасы және сүт сияқты секреторлық сұйықтықтарда болады, осылайша бактериялық инфекцияны азайтады.

Ферритин жасушалардың цитоплазмасында болады және темірдің жасуша ішілік деңгейін шамамен 1 мкМ-ге дейін шектейді. Ферритин - бұл трансферринге қарағанда әлдеқайда үлкен ақуыз және бірнеше мың темір атомын уытты емес күйде байланыстыруға қабілетті. Сидерофорлар темірді ферритиннен тікелей жұмылдыра алмайды.

Темірді байланыстыратын ақуыздардың осы екі класынан басқа, гепцидин гормоны темірдің абсорбциялық энтероциттерден, темір сақтайтын гепатоциттерден және макрофагтардан бөлінуін бақылауға қатысады.[42] Инфекция қабынуға және гепцидиннің экспрессиясын ынталандыратын интерлейкин-6 (IL-6) бөлінуіне әкеледі. Адамдарда IL-6 өндірісі қан сарысуындағы темірдің аз болуына әкеліп соқтырады, бұл ауру қоздырғыштардың жұқтыруын қиындатады. Мұндай темірдің сарқылуы жасушадан тыс және жасуша ішіндегі жерлерде бактериялардың көбеюін шектейтіні дәлелденді.[40]

«Темірді алып тастау» тактикасынан басқа, сүтқоректілер темірді - сидерофорды байланыстыратын ақуыз - сидерохелинді шығарады. Сидерохелин - бұл белоктардың липокалиндер тобының мүшесі, олар дәйектілігі бойынша әр түрлі болғанымен, жоғары консервіленген құрылымдық қатпарды көрсетеді, 8 тізбекті антипараллельді β-баррель, олар бірнеше іргелес β-жіптерімен байланысатын жерді құрайды. Сидерокалиннің (липокалин 2) гидрофобты қалтада орналасқан оң зарядталған 3 қалдықтары бар және олар темір (III) –энтеробактинмен жоғары аффинді байланысатын орын жасайды.[11] Сидерокалин - қарсы күшті бактериостатикалық агент E. coli. Инфекция нәтижесінде оны макрофагтар да, гепатоциттер де шығарады, энтеробактин жасушадан тыс кеңістіктен шығарылады.

Медициналық қолдану

Сидерофорлар медицинада темір мен алюминийден артық жүктеме терапиясына және мақсатты жақсартуға арналған антибиотиктерге арналған қосымшаларға ие.[10][43][3] Сидерофорлардың механикалық жолдарын түсіну сидерофор биосинтезін блоктайтын шағын молекулалы ингибиторларды жобалауға мүмкіндік берді, демек, темірді шектейтін ортада бактериялардың көбеюі мен вируленттілігі.[44][45]

Сидерофорлар адамның темірге жұмылдырылуын жеңілдететін дәрі ретінде пайдалы, әсіресе темірге деген жақындықтары жоғары болғандықтан, темір ауруларын емдеуде. Потенциалды қуатты қосымшалардың бірі - сидерофорлар мен микробқа қарсы агенттер арасындағы конъюгаттарды дайындау арқылы дәрілерді жасушаларға тасымалдау үшін сидерофорлардың темірді тасымалдау қабілеттерін пайдалану. Микробтар белгілі бір сидерофорларды ғана таниды және қолданатын болғандықтан, мұндай конъюгаттар микробқа қарсы селективті белсенділікке ие болады деп күтілуде.[10][16]

Микробтық темірді тасымалдау (сидерофор) арқылы дәрі-дәрмекті жіберу микробты сидерофор коньюгатасын қоса берілген дәрілік заттармен сіңіру үшін сидерофорларды темір жеткізуші агенттер ретінде тануды қолданады. Бұл дәрілер микробқа өлім әкеледі және микробтың пайда болуына әкеледі апоптоз ол сидерофор конъюгатын сіңіргенде.[10] Сидерофорлардың темірмен байланыстыратын функционалды топтарын антибиотиктерге қосу арқылы олардың күші едәуір артты. Бұл бактериялардың сидерофор арқылы темірді сіңіру жүйесіне байланысты.

Ауыл шаруашылығы қосымшалары

Пуасей (шөптер) сияқты ауылшаруашылық маңызды түрлерін қосады арпа және бидай шығару арқылы темірді секвестрден өткізе алады фитосидерофорлар олардың көмегімен тамыр айналасына топырақ ризосфера.[18] Ризосферада микроорганизмдер шығаратын химиялық қосылыстар темірдің қол жетімділігі мен сіңірілуін арттыра алады. Сұлы сияқты өсімдіктер темірді осы микробтық сидерофорлар арқылы сіңіре алады. Өсімдіктер феррихромның гидроксамат типіндегі сидерофорларды қолдана алатындығы дәлелденді, родоторул қышқылы және ферриоксамин B; катехол типіндегі сидерофорлар, агробактин; және катехол-гидроксамат-гидрокси қышқылы сидерофорларының сапрофитті тамыр колониялайтын бактериялармен синтезделген аралас лиганд. Бұл қосылыстардың барлығы қарапайым тамақтану талаптары бар ризосфералық бактерия штамдары арқылы өндіріледі және табиғатта топырақта, жапырақтарда, тұщы суда, шөгінділерде және теңіз суларында кездеседі.[46]

Флуоресцентті псевдомонадалар топырақта өсетін өсімдіктердің кейбір қоздырғыштарына қарсы биоконтролдық агенттер ретінде танылды. Олар сары-жасыл пигменттер шығарады (пиовердиндер ) ультрафиолет сәулесінің астында флуоресценцияланатын және сидерофор ретінде жұмыс істейтін Олар өсуі мен патогенезі үшін қажет темірді патогендерден айырады.[47]

Шелатталған басқа металл иондары

Табиғи немесе синтетикалық сидерофорлар темір иондарынан басқа металл иондарын шелектей алады. Мысалдарға мыналар жатады алюминий,[2][21][46][48] галлий,[2][21][46][48] хром,[21][46] мыс,[21][46][48] мырыш,[21][48] қорғасын,[21] марганец,[21] кадмий,[21] ванадий,[21] цирконий,[49] индий,[21][48] плутоний,[50] беркелий, калифорния,[51] және уран.[50]

Байланысты процестер

Темірді ассимиляциялаудың балама құралдары - бетті төмендету, рН-ны төмендету, гемді пайдалану немесе ақуызды-күрделі металды бөліп алу.[2]Жақында алынған мәліметтер сидерофорларға ұқсас қасиеттері бар темір-хелатқыш молекулаларды теңіз бактериялары фосфат өсуін шектейтін жағдайда өндірген деп болжайды. Табиғатта фосфат темірдің әр түрлі минералдарымен байланысады, сондықтан бактериялар фосфатқа жету үшін осындай комплексті еріту үшін сидерофор тәрізді молекулаларды қолдана алады деген болжам жасалды.[52]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Hossain MB, Eng-Wilmot DL, Loghry RA, an der Helm D (1980). «Сидерофор темірінің айналмалы дихроизмі, кристалдық құрылымы және абсолютті конфигурациясы N, N ', N» -Триацетилфузаринин, FeC39H57N6O15". Американдық химия қоғамының журналы. 102 (18): 5766–5773. дои:10.1021 / ja00538a012.
  2. ^ а б c г. e f Neilands JB (қараша 1995). «Сидерофорлар: микробтық темірді тасымалдау қосылыстарының құрылымы және қызметі». Биологиялық химия журналы. 270 (45): 26723–6. дои:10.1074 / jbc.270.45.26723. PMID  7592901.
  3. ^ а б c г. e f ж сағ мен j Hider RC, Kong X (мамыр 2010). «Сидерофорлардың химиясы және биологиясы». Табиғи өнім туралы есептер. 27 (5): 637–57. дои:10.1039 / b906679a. PMID  20376388. S2CID  36973725.
  4. ^ а б Crosa JH, Mey AR, Payne SM, редакциялары. (2004). Бактериялардағы темірдің тасымалы. ASM Press. ISBN  978-1-55581-292-8.
  5. ^ Корнелис П, Эндрюс СК, редакция. (2010). Микроорганизмдердегі темірді алу және гомеостаз. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-65-3.
  6. ^ Johnstone TC, Nolan EM (сәуір 2015). «Темірден тыс: бактериялық сидерофорлардың классикалық емес биологиялық функциялары». Дальтон транзакциялары. 44 (14): 6320–39. дои:10.1039 / C4DT03559C. PMC  4375017. PMID  25764171.
  7. ^ Kraemer SM (2005). «Сидерофорлардың қатысуымен темір оксидінің еруі және ерігіштігі» (PDF). Су ғылымдары. 66: 3–18. дои:10.1007 / s00027-003-0690-5. hdl:20.500.11850/51424. S2CID  41370228.
  8. ^ а б c г. Miethke M, Marahiel MA (қыркүйек 2007). «Сидерофорға негізделген темірді алу және патогенді бақылау». Микробиология және молекулалық биологияға шолу. 71 (3): 413–51. дои:10.1128 / MMBR.00012-07. PMC  2168645. PMID  17804665.
  9. ^ Challis GL (сәуір 2005). «Сидерофор биосинтезіне арналған, бактерияларға арналған кең таралған жол, рибосомалық емес пептидті синтетазалардан тәуелсіз». ChemBioChem. 6 (4): 601–11. дои:10.1002 / cbic.200400283. PMID  15719346. S2CID  30059412.
  10. ^ а б c г. e Миллер МДж, Малуин Ф (1993). «Микробты темір хелаторлары дәрі-дәрмек жеткізуші ретінде: рационалды құрылымы және сидерофор-препарат конъюгаттары синтезі». Химиялық зерттеулердің есептері. 26 (5): 241–249. дои:10.1021 / ar00029a003.
  11. ^ а б c г. Раймонд К.Н., Дерц Е.А., Ким СС (сәуір 2003). «Энтеробактин: темірді микробтық тасымалдауға арналған архетип». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 100 (7): 3584–8. Бибкод:2003 PNAS..100.3584R. дои:10.1073 / pnas.0630018100. PMC  152965. PMID  12655062.
  12. ^ Abergel RJ, Wilson MK, Arceneaux JE, Hoette TM, Strong RK, Byers BR, Raymond KN (желтоқсан 2006). «Сібір жарасының қоздырғышы сидерофорды жасырын жасау арқылы сүтқоректілердің иммундық жүйесін жасырады». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 103 (49): 18499–503. Бибкод:2006PNAS..10318499A. дои:10.1073 / pnas.0607055103. PMC  1693691. PMID  17132740.
  13. ^ Cendrowski S, MacArthur W, Hanna P (қаңтар 2004). «Bacillus anthracis макрофагтар мен тышқанның вируленттілігінің өсуі үшін сидерофор биосинтезін қажет етеді» (PDF). Молекулалық микробиология. 51 (2): 407–17. дои:10.1046 / j.1365-2958.2003.03861.x. hdl:2027.42/72033. PMID  14756782. S2CID  20245136.
  14. ^ Чжоу Т, Ма Й, Конг Х, Хидер RC (маусым 2012). «Терапевтік қолдануымен темір хелаторлардың дизайны». Дальтон транзакциялары. 41 (21): 6371–89. дои:10.1039 / c2dt12159j. PMID  22391807.
  15. ^ Krewulak KD, Vogel HJ (қыркүйек 2008). «Бактериялық темірді сіңірудің құрылымдық биологиясы». Biochimica et Biofhysica Acta (BBA) - Биомембраналар. 1778 (9): 1781–804. дои:10.1016 / j.bbamem.2007.07.026. PMID  17916327.
  16. ^ а б c г. Рузенберг JM, Лин YM, Лу Y, Миллер MJ (ақпан 2000). «Сидерофорларды, микробтық темір хелаторларын және дәрілік заттарды жіберудің әлеуетті агенттері ретінде аналогтарды зерттеу және синтездеу». Қазіргі дәрілік химия. 7 (2): 159–97. дои:10.2174/0929867003375353. PMID  10637361.
  17. ^ Winkelmann G, Drechsel H (1999). «5-тарау: Микробтық сидерофорлар». Биотехнология (2-ші басылым).
  18. ^ а б Kraemer SM, Crowley D, Kretzschmar R (2006). Өсімдіктегі темір сатып алудағы сидерофорлар: геохимиялық аспектілер. Агрономиядағы жетістіктер. 91. 1-46 бет. дои:10.1016 / S0065-2113 (06) 91001-3. ISBN  978-0-12-000809-4.
  19. ^ Kraemer SM, Butler A, Borer P, Cervini-Silva J (2005). «Сидерофорлар және темір жүйесінде минералды минералдардың еруі». Минералогия және геохимия бойынша шолулар. 59 (1): 53–76. Бибкод:2005RvMG ... 59 ... 53K. дои:10.2138 / rmg.2005.59.4.
  20. ^ Huyer M, WJ беті (1988). «Zn2+ Azotobacter vinelandii-де сидерофор өндірісін арттырады ». Қолданбалы және қоршаған орта микробиологиясы. 54 (11): 2625–2631. дои:10.1128 / AEM.54.11.2625-2631.1988. PMID  16347766.
  21. ^ а б c г. e f ж сағ мен j к del Olmo A, Caramelo C, SanJose C (желтоқсан 2003). «Пювердиннің алюминиймен люминесценттік кешені». Бейорганикалық биохимия журналы. 97 (4): 384–7. дои:10.1016 / S0162-0134 (03) 00316-7. PMID  14568244.
  22. ^ Cobessi D, Meksem A, Brillet K (ақпан 2010). «Shigella dysenteriae-ден гемо / гемоглобиннің сыртқы мембраналық рецепторы ШуА құрылымы: индукцияланған фитинг механизмімен гемді байланыстыру». Ақуыздар. 78 (2): 286–94. дои:10.1002 / прот.22539. PMID  19731368. S2CID  22986795.
  23. ^ Sugiura Y, Nomoto K (1984). «Фитосидерофорлардың құрылымдары және мугин қышқылдарының қасиеттері және олардың металл кешендері». Құрылым және байланыстыру. 58: 107–135. дои:10.1007 / BFb0111313. ISBN  978-3-540-13649-1.
  24. ^ Мори С, Сигель А, Сигель Н, редакциялары. (1998). Граминді өсімдіктердегі темірдің тасымалы. Биологиялық жүйелердегі металл иондары. 216–238 бб.
  25. ^ Walker EL, Connolly EL (қазан 2008). «Темірді айдау уақыты: жоғары сатыдағы өсімдіктердің темір жетіспейтіндігін білдіретін механизмдер». Өсімдіктер биологиясындағы қазіргі пікір. 11 (5): 530–5. дои:10.1016 / j.pbi.2008.06.013. PMID  18722804.
  26. ^ Buckling A, Harrison F, Vos M, Brockhurst MA, Gardner A, West SA, Griffin A (қараша 2007). «Pseudomonas aeruginosa-да сидерофор-делдалдықпен ынтымақтастық және вируленттілік». FEMS микробиология экологиясы. 62 (2): 135–41. дои:10.1111 / j.1574-6941.2007.00388.x. PMID  17919300.
  27. ^ Харрисон Ф, Браунинг LE, Вос М, Баклинг А (шілде 2006). «Жедел Pseudomonas aeruginosa инфекциясы кезіндегі ынтымақтастық және вируленттілік». BMC биологиясы. 4: 21. дои:10.1186/1741-7007-4-21. PMC  1526758. PMID  16827933.
  28. ^ Гриффин А.С., Батыс SA, Баклинг А (тамыз 2004). «Патогендік бактериялардағы ынтымақтастық және бәсекелестік». Табиғат. 430 (7003): 1024–7. Бибкод:2004 ж. 430.1024G. дои:10.1038 / табиғат02744. hdl:1842/698. PMID  15329720. S2CID  4429250.
  29. ^ Winkelmann G (маусым 2007). «Сидерофорлардың экологиясы саңырауқұлақтарға ерекше сілтеме жасайды». Биометаллдар. 20 (3–4): 379–92. дои:10.1007 / s10534-006-9076-1. PMID  17235665. S2CID  25877869.
  30. ^ Winkelmann G, Crosa JH, Mey AR, Payne SM, редакция. (2004). «28». Бактериялардағы темірдің тасымалы. ASM баспасөз. 437-450 бет. ISBN  978-1-55581-292-8.
  31. ^ Rue EL, Bruland KW (1995). «Темірді (III) табиғи бәсекеге қабілетті лигандтардың тепе-теңдік / адсорбтивті катодты стрипциялау вольтамметриялық әдісімен анықталған Орталық Солтүстік Тынық мұхитындағы табиғи органикалық лигандтармен комплекстеу». Хим. 50 (1–4): 117–138. дои:10.1016 / 0304-4203 (95) 00031-L.
  32. ^ Мартин Дж.Х. (1990). «Мұздық-мұз аралық CO2 өзгерту: Темір гипотеза ». Палеоокеанография. 5 (1): 1–13. Бибкод:1990PalOc ... 5 .... 1M. дои:10.1029 / PA005i001p00001.
  33. ^ Батлер А (тамыз 2005). «Теңіз сидерофорлары және микробтарды темірге жұмылдыру». Биометаллдар. 18 (4): 369–74. дои:10.1007 / s10534-005-3711-0. PMID  16158229. S2CID  1615365.
  34. ^ Xu G, Martinez JS, Groves JT, Butler A (қараша 2002). «Амфифилді маринобактин сидерофорларының мембраналық жақындығы». Американдық химия қоғамының журналы. 124 (45): 13408–15. дои:10.1021 / ja026768w. PMID  12418892.
  35. ^ Хопкинсон Б.М., Морел ФМ (тамыз 2009). «Темірді фотосинтездейтін теңіз микроорганизмдеріне ие болуындағы сидерофорлардың рөлі». Биометаллдар. 22 (4): 659–69. дои:10.1007 / s10534-009-9235-2. PMID  19343508. S2CID  11008050.
  36. ^ а б Roth-Walter F, Gomez-Casado C, Pacios LF, Mothes-Luksch N, Roth GA, Singer J, et al. (Маусым 2014). «Қайыңның тозаңынан шыққан Bet v 1 - бұл липокалинге ұқсас ақуыз, бұл тек темірден құралған кезде ғана, Th2 лимфоциттерін көтереді». Биологиялық химия журналы. 289 (25): 17416–21. дои:10.1074 / jbc.M114.567875. PMC  4067174. PMID  24798325.
  37. ^ Klair S, Bansal S, Briat JF, Khodr H, Shioiri T, Leigh RA, Hider RC (наурыз 1999). «Никотианамин FeIII және FeII-ді де хелаттайды. Өсімдіктегі металды тасымалдауға әсері». Өсімдіктер физиологиясы. 119 (3): 1107–14. дои:10.1104 / б.119.3.1107. PMC  32093. PMID  10069850.
  38. ^ Сарапшы D, Rauscher L, Franza T, Crosa JH, Mey AR, Payne SM, редакция. (2004). «26». Бактериялардағы темірдің тасымалы. ASM Press. 402-412 бет. ISBN  978-1-55581-292-8.
  39. ^ Pandey SS, Patnana PK, Rai R, Chatterjee S (қыркүйек 2017). «Ксантоферрин, α-гидроксикарбоксилат типіндегі сидерофор, кампестрис pv. Каместрис, оңтайлы вируленттілік пен қырыққабат ішінде өсу үшін қажет». Молекулалық өсімдік патологиясы. 18 (7): 949–962. дои:10.1111 / mpp.12451. PMC  6638303. PMID  27348422.
  40. ^ а б Weinberg ED (шілде 2009). «Темірдің болуы және инфекциясы». Biochimica et Biofhysica Acta (BBA) - Жалпы пәндер. 1790 (7): 600–5. дои:10.1016 / j.bbagen.2008.07.002. PMID  18675317.
  41. ^ Crichton R, ed. (2001). Темір метаболизмінің бейорганикалық биохимиясы. Вили. ISBN  978-0-471-49223-8.
  42. ^ Ривера С, Лю Л, Немет Е, Габаян V, Соренсен О.Э., Ганц Т (ақпан 2005). «Гепцидиннің артық мөлшері темірдің секвестрін тудырады және ісікпен байланысты анемияны күшейтеді». Қан. 105 (4): 1797–802. дои:10.1182 / қан-2004-08-3375. PMID  15479721.
  43. ^ Gumienna-Kontecka E, Carver PL (2019). «7-тарау. Трояндық жылқы салу: инфекциялық ауруларды емдеуге арналған сидерофорлы-конъюгиттер». Sigel A, Freisinger E, Sigel RK, Carver PL (ред.). Медицинадағы маңызды металдар: клиникада терапиялық қолдану және металл иондарының уыттылығы. Өмір туралы ғылымдағы металл иондары. 19. Берлин: de Gruyter GmbH. 181–202 бет. дои:10.1515/9783110527872-013. ISBN  978-3-11-052691-2. PMID  30855108.
  44. ^ Ferreras JA, Ryu JS, Di Lello F, Tan DS, Quadri LE (маусым 2005). «Mycobacterium tuberculosis және Yersinia pestis кезіндегі сидерофор биосинтезінің кіші молекулалы тежелуі». Табиғи химиялық биология. 1 (1): 29–32. дои:10.1038 / nchembio706. PMID  16407990. S2CID  44826522.
  45. ^ Симпсон DH, Скотт P (2017). «Микробқа қарсы метелодрепараттар». Lo K (ред.) Биологиялық молекулалары мен тірі жасушалары бар бейорганикалық және органикалық металл өтпелі кешендер. Elsevier. ISBN  9780128038871.
  46. ^ а б c г. e Carrillo-Castañeda G, Juárez Muños J, Peralta-Videa JR, Gomez E, Tiemannb KJ, Duarte-Gardea M, Gardea-Torresdey JL (2002). «Темірді шектейтін жағдайларда өсірілген бактериялардың жоңышқа өсуіне ықпал ету». Экологиялық зерттеулердегі жетістіктер. 6 (3): 391–399. дои:10.1016 / S1093-0191 (02) 00054-0.
  47. ^ Джагадеш К.С., Кулкарни Дж.Х., Кришнарай ПУ (2001). «Флуоресцентті псевдомонас сп. Tn5 мутанттарын қолдана отырып, қызанақтағы бактериалды вирустың биологиялық бақылауындағы флуоресцентті сидерофордың рөлін бағалау». Қазіргі ғылым. 81: 882.
  48. ^ а б c г. e Hider RC, Hall AD (1991). Трипозитивті элементтердің клиникалық тұрғыдан пайдалы хелаторлары. Медициналық химиядағы прогресс. 28. 41–173 бет. дои:10.1016 / s0079-6468 (08) 70363-1. ISBN  9780444812759. PMID  1843549.
  49. ^ Капитан I, Деблондж Дж.Дж., Руперт П.Б., Ан ДД, Илли MC, Ростан Е және т.б. (Қараша 2016). «Хелатор-ақуыз жүйелері арқылы төрт валентті цирконий мен торийді тану: икемді радиотерапия және бейнелеу платформаларына». Бейорганикалық химия. 55 (22): 11930–11936. дои:10.1021 / acs.inorgchem.6b02041. OSTI  1458481. PMID  27802058.
  50. ^ а б Джон С.Г., Руджеро С.Е., Херсман Л.Е., Тунг CS, Ней МП (шілде 2001). «Microbacterium flavescens (JG-9) арқылы сидерофора арқылы плутоний жинақталуы». Қоршаған орта туралы ғылым және технологиялар. 35 (14): 2942–8. Бибкод:2001 ENST ... 35.2942J. дои:10.1021 / es010590g. PMID  11478246.
  51. ^ Деблондж Г.Д., Штурцбехер-Хон М, Руперт П.Б., Ан ДД, Илли MC, Ралстон CY және т.б. (Қыркүйек 2017). «Беркелийдің тотығу дәрежесінде тұрақтануы және тұрақтануы» (PDF). Табиғи химия. 9 (9): 843–849. Бибкод:2017NatCh ... 9..843D. дои:10.1038 / nchem.2759. OSTI  1436161. PMID  28837177.
  52. ^ Романо С, Бондарев В, Кёллинг М, Диттмар Т, Шульц-Фогт ХН (2017). «Pseudovibrio sp. FO-BEG1». Микробиологиядағы шекаралар. 8 (364): 364. дои:10.3389 / fmicb.2017.00364. PMC  5348524. PMID  28352252.

Әрі қарай оқу

  • Neilands JB (1952). «Тот саңырауқұлақтарынан жасалған кристалды органикалық темір пигменті (Ustilago sphaerogena)». Дж. Хим. Soc. 74 (19): 4846–4847. дои:10.1021 / ja01139a033.