Il ferro è essenziale per quasi tutti gli organismi viventi in quanto è coinvolto in un’ampia varietà di importanti processi metabolici. Tuttavia, il ferro non è sempre prontamente disponibile; pertanto, i microrganismi utilizzano vari sistemi di assorbimento del ferro per garantire forniture sufficienti dall’ambiente circostante. Vi è una notevole variazione nella gamma di trasportatori di ferro e fonti di ferro utilizzate da diverse specie microbiche. Gli agenti patogeni, in particolare, richiedono meccanismi efficienti di acquisizione del ferro per consentire loro di competere con successo per il ferro nell’ambiente altamente limitato di ferro dei tessuti e dei fluidi corporei dell’ospite.

I siderofori sono piccoli composti chelanti del ferro ad alta affinità secreti da microrganismi come batteri, funghi ed erbe. I siderofori sono tra i più forti agenti leganti solubili Fe3+ conosciuti. Il ferro è essenziale per quasi tutta la vita, a causa del suo ruolo vitale in processi come la respirazione e la sintesi del DNA. Tuttavia, pur essendo uno degli elementi più abbondanti nella crosta terrestre, la biodisponibilità del ferro in molti ambienti come il suolo o il mare è limitata dalla bassissima solubilità dello Fe Fe3+. Questo stato ionico è quello predominante del ferro in ambienti acquosi, non acidi, ossigenati, e si accumula in fasi minerali comuni come ossidi di ferro e idrossidi (i minerali che sono responsabili dei colori rossi e gialli del suolo). Quindi, non può essere facilmente utilizzato dagli organismi. I microbi rilasciano siderofori per eliminare il ferro da queste fasi minerali per formazione di complessi Fe3+solubili che possono essere assorbiti da meccanismi di trasporto attivi. Molti siderophores sono peptidi nonribosomal, sebbene parecchi siano biosynthesised indipendente.

I siderofori sono tra i leganti più forti di Fe3+ conosciuti, con enterobactin che è uno dei più forti di questi. A causa di questa proprietà, hanno attirato l’interesse della scienza medica nella terapia di chelazione del metallo, con il sideroforo desferrioxamina B guadagnando un uso diffuso nei trattamenti per l’avvelenamento da ferro e la talassemia.

Il ferro è strettamente legato a proteine come emoglobina, transferrina, lattoferrina e ferritina. Ci sono grandi pressioni evolutive sui batteri patogeni per ottenere questo metallo. Ad esempio, l’agente patogeno dell’antrace Bacillus anthracisrilascia due siderofori, bacillibactin e petrobactin, per pulire il ferro ferrico dalle proteine del ferro. Mentre bacillibactin è stato indicato per legare alla siderocalina della proteina del sistema immunitario, petrobactin è presunto per eludere il sistema immunitario ed è stato indicato per essere importante per virulenza in topi.

Oltre ai siderofori, alcuni batteri patogeni producono emofori ( proteine scavenging leganti l’eme) o hanno recettori che si legano direttamente alle proteine ferro / eme. Negli eucarioti, altre strategie per migliorare la solubilità e l’assorbimento del ferro sono l’acidificazione dell’ambiente circostante (ad esempio utilizzato dalle radici delle piante) o la riduzione extracellulare di Fe3+ negli ioni Fe2+ più solubili.

I siderofori di solito formano un complesso ottaedrico stabile, esadentato, con Fe3+preferenzialmente rispetto ad altri ioni metallici abbondanti presenti in natura, anche se se ci sono meno di sei atomi donatori l’acqua può anche coordinarsi. I siderofori più efficaci sono quelli che hanno tre ligandi bidentati per molecola, formando un complesso esadentato e causando un cambiamento entropico più piccolo di quello causato dalla chelazione di un singolo ion ferrico con ligandi separati.

I siderofori sono solitamente classificati dai ligandi usati per chelare il ferro ferrico. I principali gruppi di siderofori includono i catecolati (fenolati), idrossammati e carbossilati (ad esempio derivati dell’acido citrico). L’acido citrico può anche agire come sideroforo. L’ampia varietà di siderofori può essere dovuta a pressioni evolutive poste sui microbi per produrre siderofori strutturalmente diversi, che non possono essere trasportati da specifici sistemi di trasporto attivo di altri microbi, o nel caso di agenti patogeni disattivati dall’organismo ospite.