Organizm człowieka chroni się przed patogenami, pozbawiając je niezbędnego do życia żelaza. W przypadku salmonelli ta strategia nie zawsze działa. Naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei odkryli, że bakterie te celowo lokalizują obszary bogate w żelazo wewnątrz komórek układu odpornościowego i właśnie tam się namnażają. Nowe ustalenia, dotyczące sposobów obchodzenia obrony immunologicznej przez patogeny, mogą odegrać kluczową rolę w walce z infekcjami.
Żelazo jako cel bakterii – strategia przetrwania patogenów
Jedną z głównych metod obrony organizmu przed infekcjami jest ograniczanie dostępu do substancji odżywczych, takich jak żelazo. Ten pierwiastek jest niezbędny dla wszystkich organizmów żywych – jego brak uniemożliwia bakteriom wzrost i podziały, co prowadzi do zahamowania rozwoju infekcji.
Jednak nie wszystkie drobnoustroje dają się łatwo „zagłodzić”. Zespół pod kierownictwem prof. dr. Dirka Bummanna z Biozentrum Uniwersytetu w Bazylei odkrył u myszy, że niektóre bakterie potrafią „przechytrzyć” ten mechanizm. Ukrywają się w nielicznych komórkach organizmu, które zawierają szczególnie dużo żelaza – tam są w stanie przetrwać i namnażać się bez przeszkód ze strony układu odpornościowego.
Niedobór żelaza jako mechanizm obronny – i jego obejście
Badacze skupili się na salmonellach, znanych jako patogeny duru brzusznego. Te bakterie kolonizują makrofagi – komórki żerne układu odpornościowego. Makrofagi, chcąc pozbawić je żelaza, usuwają ten pierwiastek z pomocą białka transportowego NRAMP1. Jest to klasyczna strategia obronna organizmu.
Jednak zaskoczeniem było to, że globalny niedobór żelaza miał zaskakująco mały wpływ na ogólną liczbę salmonelli. Dopiero szczegółowe analizy pojedynczych komórek wykazały, że znaczna część bakterii celowo infekuje makrofagi bogate w żelazo. Najczęściej są to komórki śledziony odpowiedzialne za rozkład starych lub uszkodzonych erytrocytów. Ponieważ czerwone krwinki zawierają duże ilości żelaza, miejsca ich degradacji stają się idealnym środowiskiem dla salmonelli.
Bakterie zasiedlają nisze bogate w żelazo
W komórkach śledziony naukowcy zidentyfikowali dwie populacje salmonelli. Jedna z nich przebywała w obszarach ubogich w żelazo i praktycznie nie wykazywała aktywności. Druga natomiast zasiedlała pęcherzyki zawierające rozkładane erytrocyty – środowisko niezwykle zasobne w żelazo.
Choć NRAMP1 usuwa żelazo również z tych przedziałów komórkowych, jego całkowite wyeliminowanie nie jest możliwe. Pozostała ilość wystarcza bakteriom do dalszego wzrostu. To właśnie te dobrze odżywione bakterie odgrywają dominującą rolę w przebiegu infekcji.
Walka między gospodarzem a patogenem
Zróżnicowanie warunków wewnątrz ogniska infekcji umożliwia salmonellom przetrwanie i dalsze szerzenie się w organizmie gospodarza. Badanie unaocznia także, jak elastyczne i inteligentne są patogeny w omijaniu nawet najbardziej zaawansowanych mechanizmów obronnych.
Uzyskane wyniki rzucają nowe światło na dynamikę infekcji i rywalizację między organizmem a patogenem. „Nasza praca pokazuje również, jak ważne jest badanie infekcji na poziomie pojedynczych komórek”, mówi prof. Bumann. „Tylko znając sztuczki patogenów, możemy opracować skuteczne metody walki z infekcjami.”
Béatrice Roche, Beatrice Claudi, Olivier Cunrath, Christopher K.E. Bleck, Minia Antelo Varela, Jiagui Li, Dirk Bumann
A Salmonella subset exploits erythrophagocytosis to subvert SLC11A1-imposed iron deprivation
Cell Host & Microbe (2025), doi: 10.1016/j.chom.2025.04.013
Źródło: Universität Basel
