Adquisición de hierro por parte de la Legionella, un factor clave para su virulencia

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Legionella pneumófila

La legionelosis es una enfermedad relativamente moderna provocada por una bacteria gram negativa del genero Legionella que habita de forma natural en las aguas estancadas. Es una bacteria aerobia móvil gracias a un único flagelo que le permite desplazarse. Se conocen 48 especies y 78 serotipos, siendo la Legionella pneumophila una de las que puede infectar a los humanos. Actualmente, muchos neumólogos califican a la legionelosis como una enfermedad emergente, ya que el número de brotes aumenta cada año, debido sobre todo a la relación que tiene esta bacteria con el desarrollo de las nuevas tecnologías y las instalaciones modernas de control de calor. Cabe destacar que la legionelosis no se transmite de persona a persona, sino por el aire, en las gotitas de agua en forma de aerosol. Esto no quita que hay que prestarle la debida atención, ya que es una enfermedad potencialmente mortal, con una mortalidad que oscila entre el 5% y el 30%.

La legionella puede multiplicarse dentro de amebas y su cocultivo es a veces el mejor método conocido para detectar su presencia infecciosa. Necesita penetrar en nuestros pulmones a través de las pequeñas gotas de los aerosoles. Una vez allí dentro, florece como un parásito de los macrófagos alveolares y epitelios. Pero hay una gran variedad de estudios que indican que el hierro es un requisito clave para la replicación de legionella pneumophila extracelular, la infección intracelular, y la virulencia de dicha bacteria. Para ello, cuando las cantidades de hierro escasean, segrega un sideróforo, la legiobactina para adquirir dicho hierro y que promueve la replicación celular.

La legiobactina

El hierro existe en un equilibrio dinámico entre la forma ferrosa (Fe2+) y forma férrica (Fe3+) en función de su entorno. En condiciones aeróbicas a pH neutro, la mayoría de hierro es generalmente en forma férrico insoluble. Sin embargo, a pH ácido o en condiciones anaeróbicas, el equilibrio se desplaza a la forma ferrosa soluble. Dentro de las células anfitrionas, la mayoría de hierro es secuestrado por las proteínas de almacenamiento eucariota ferritina y hemosiderina, siendo la forma ferrosa (Fe2+) la forma predominante de hierro en las piscinas citosólicas en células de mamífero.

rhizoferrina
fig 1. estructura química de la rhizoferrina, idéntica a la legiobactina

La legiobactina es un sideróforo, una molécula quelante que facilita la entrada de hierro al interior celular.  Es un policarbonato siderófilo con una estructura idéntica al siderófilo encontrado en otras bacterias y hongos. Los análisis por espectrometría de masa y por resonancia magnética nuclear dan como resultado una composición de dos residuos de ácido cítrico unidos por un puente putrescina, una estructura idéntica a la rhizoferrina.

legiobactin con hierro
fig 2. legiobactina unida a un átomo de hierro férrico (color gris)

Tanto la legiobactina purificada como la rhizoferrina obtenida del hongo Cunninghamella Elegans fueron capaces de promover la absorción del Fe3+, pero estos resultados no se producen en las especies que carecen del gen lbtU o LBTC, lo cual indica que tanto legiobactina en la Legionella Pneumófila como la rhizoferrina en el Cunninghamella Elegans son producidos de manera LbtU y LBTC dependientes. La legiobactina depende de 4 genes para su desarrollo, un gen (lbtA) que se requiere para su síntesis, dos genes (LBTB y TolC) que promueven su secreción, y un cuarto gen (lbtU) que probablemente codifica su receptor de membrana externa.

Una vez que el complejo de hierro-sideróforo se internaliza a través de las membranas externa e interna pasando por diversas proteínas transmembrana, el hierro se reduce a hierro ferroso para ser almacenado en el interior celular para su posterior uso en los procesos celulares.

Transporte férrico
fig 3. Esquema general del transporte férrico a través de las proteínas de las membranas celulares.

El control del hierro disuelto en los sistemas de enfriamientos es de vital importancia no solo para evitar la corrosión de las partes ferrosas del sistema, sino que también de importancia para evitar que la legionella tenga acceso a él, para lo cual es importante que se analice dicho metal mediante analíticas fiables.

Referencias y fuentes de datos

¿Qué es la Legionelosis?
Molecular Pathogenesis of Infections Caused by Legionella pneumophila
The Legionella pneumophila Siderophore Legiobactin Is a Polycarboxylate That Is Identical in Structure to Rhizoferrin
Genetics of l
Legionella Pathogenesis and Virulence Factors
Shared and distinct mechanisms of iron acquisition by bacterial and fungal pathogens of humans

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