Le fer est essentiel pour presque tous les organismes vivants car il est impliqué dans une grande variété de processus métaboliques importants. Cependant, le fer n’est pas toujours facilement disponible; par conséquent, les microorganismes utilisent divers systèmes d’absorption du fer pour s’approvisionner en quantité suffisante dans leur environnement. Il existe des variations considérables dans la gamme de transporteurs de fer et de sources de fer utilisés par différentes espèces microbiennes. Les agents pathogènes, en particulier, nécessitent des mécanismes efficaces d’acquisition du fer pour leur permettre de rivaliser avec succès pour le fer dans l’environnement fortement restreint en fer des tissus et des fluides corporels de l’hôte.

Les sidérophores sont de petits composés chélateurs du fer à haute affinité sécrétés par des microorganismes tels que des bactéries, des champignons et des graminées. Les sidérophores sont parmi les agents liants Fe3+ solubles les plus puissants connus. Le fer est essentiel pour presque toute la vie, en raison de son rôle vital dans des processus tels que la respiration et la synthèse de l’ADN. Cependant, bien qu’il soit l’un des éléments les plus abondants de la croûte terrestre, la biodisponibilité du fer dans de nombreux environnements tels que le sol ou la mer est limitée par la très faible solubilité de l’ion Fe3 +. Cet état ionique est celui prédominant du fer dans les environnements aqueux, non acides et oxygénés, et s’accumule dans les phases minérales courantes telles que les oxydes et les hydroxydes de fer (les minéraux responsables des couleurs rouges et jaunes du sol). Par conséquent, il ne peut pas être facilement utilisé par les organismes. Les microbes libèrent des sidérophores pour récupérer le fer de ces phases minérales par la formation de complexes Fe3+ solubles qui peuvent être absorbés par des mécanismes de transport actif. De nombreux sidérophores sont des peptides non ribosomiques, bien que plusieurs soient biosynthétisés indépendamment.

Les sidérophores sont parmi les liants les plus puissants au Fe3+ connus, l’entérobactine étant l’un des plus puissants d’entre eux. En raison de cette propriété, ils ont suscité l’intérêt de la science médicale pour la thérapie par chélation des métaux, le sidérophore desferrioxamine B devenant largement utilisé dans les traitements de l’intoxication au fer et de la thalassémie.

Le fer est étroitement lié à des protéines telles que l’hémoglobine, la transferrine, la lactoferrine et la ferritine. Il y a de grandes pressions évolutives exercées sur les bactéries pathogènes pour obtenir ce métal. Par exemple, l’agent pathogène du charbon, Bacillus anthracis, libère deux sidérophores, la bacillibactine et la pétrobactine, pour récupérer le fer ferrique des protéines de fer. Alors qu’il a été démontré que la bacillibactine se liait à la sidérocaline, une protéine du système immunitaire, la pétrobactine est supposée échapper au système immunitaire et s’est avérée importante pour la virulence chez la souris.

Outre les sidérophores, certaines bactéries pathogènes produisent des hémophores (protéines de piégeage de liaison à l’hème) ou ont des récepteurs qui se lient directement aux protéines de fer /hème. Chez les eucaryotes, d’autres stratégies pour améliorer la solubilité et l’absorption du fer sont l’acidification de l’environnement (par exemple utilisé par les racines des plantes) ou la réduction extracellulaire de Fe3+ en ions Fe2+ plus solubles.

Les sidérophores forment habituellement un complexe octaédrique hexadenté stable avec Fe3+ préférentiellement par rapport à d’autres ions métalliques abondants naturellement présents, bien que s’il y a moins de six atomes donneurs, l’eau peut également se coordonner. Les sidérophores les plus efficaces sont ceux qui ont trois ligands bidentés par molécule, formant un complexe hexadentate et provoquant un changement entropique plus petit que celui causé par la chélation d’un seul ion ferrique avec des ligands séparés.

Les sidérophores sont généralement classés par les ligands utilisés pour chélater le fer ferrique. Les principaux groupes de sidérophores comprennent les catécholates (phénolates), les hydroxamates et les carboxylates (par exemple, les dérivés de l’acide citrique). L’acide citrique peut également agir comme sidérophore. La grande variété de sidérophores peut être due aux pressions évolutives exercées sur les microbes pour produire des sidérophores structurellement différents, qui ne peuvent pas être transportés par les systèmes de transport actif spécifiques d’autres microbes, ou dans le cas d’agents pathogènes désactivés par l’organisme hôte.