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Siderophores : 미생물의 미네랄 운반체

철분 : 철분의 역할
- 헤모글로빈 : 산소와 결합, 운반
- Fe 함유 효소
- Fe 결합 단백질
- Fe 운반 단백질

봉쇄제 Chelating agent
- 단백질 : 헤모글로빈, CPP,
- 유기산 : 피트산, 옥살산 oxalic acid
- 기타 : EDTA

Siderophores (Greek: "iron carrier") are small, high-affinity iron-chelating compounds secreted by microorganisms such as bacteria and fungi

철분의 섭취및 보관


- heme complex : hemoglobin, myoglobin, and leghemoglobin

Iron distribution is heavily regulated in mammals, partly because iron has a high potential for biological toxicity.

대장균은 당과 함께 몇 가지 무기물로 살아간다. 무기물은 극소량만 있으면 되는데도 불구하고, 이를 얻기 위해서는 매우 열심히 노력해야 한다. 예를 들어 대장균이 생존하기 위해서는 철이 필요한데, 이것은 매우 귀하다. 살아 있는 숙주 안에서 철은 항상 세포 안에 감춰져 있다. 세포 밖에 조금이나마 있는 것은 보통 다른 분자 안에 묶여 있으며 그 분자들은 철을 쉽게 높아주지 않는다. 대장균은 철을 훔치는 분자인 시데로포어(siderophore)를 만들어 이를 밖으로 내보낸대. 시데로 포어는 떠다니는 철을 가진 분자들과 우연히 만나면 철 원자를 빼앗은 다음 다시 대장균으로 미끄러져 들어간다. 일단 대장균 안으로 들어온 시데로포어는 접혔다가 펴져서 철을 방출한다.
철은 대장균에서 필수 원자이지마 독이기도 하다. 일단 대장균안에 들어가 자유로운 철 원자는 물 분자에서 원자를 빼앗아 과산화수소를 만들 수 있다. 이 과산화수소는 다시 대장균 DNA를 공격한다. 대장균은 철을 포획해 깊숙한 주머니에 보관하는 단백질에 보관한다. 이와 같은 철 포획 단백질 하나가 5,000개의 철 원자를 안전하게 보관할 수 있다. 그러면서 대장균에게 필요할 때마다 철 원자를 한 번에 하나씩 조심스럽게 배급한다.

Iron acquisition poses a problem for aerobic organisms because ferric iron is poorly soluble near neutral pH. Thus, bacteria have evolved high-affinity sequestering agents called siderophores.

`유조선 탱크에 쇳가루를 좀 채워서 주면, 나는 지구를 빙하기로 만들 수 있다.` 어느 해양생태학자의 말이다.  해양학자들이 철의 공급과 해양 플랑크톤과의 상관관계를 연구해 보니, 질소나 인보다 철에 의해서 개체수의 변화가 더 영향을 받는다는 것이다. 즉 철이 부족하니까 철을 바다에 뿌려주면 광합성을 하는 미생물이 증가해 지구의 온도가 내려갈 수도 있다는 가설이다.
우리가 철분이 부족하면 빈혈에 걸리는 것처럼 철은 산소의 이동, 여러 효소의 작용, 핵산의 복제등 생리 작용에서 꼭 필요한 영양소이다. 철은 지구상에서 네 번째로 풍부한 원소인데, 어떻게 모자랄 수가 있을까? 우리가 사는 환경에서는 산소가 존재하기 때문에 철의 용해도가 아주 낮아 섭
취하기가 어렵다. 인체의 경우는 철을 페리틴과 같은 복합 단백질 등으로 저장해 놓고 필요할 때 이용한다. 미생물도 생장을 위해서 철을 필요로 하지만 Fe(III)는 광물 형태로 존재하기 때문에 미생물은 이를 직접 이용할 수 없다.
미생물은 이러한 문제를 어떻게 해결할까? 먼 옛날 지구가 처음 생겼을 때, 대기에는 산소가 없어 미생물이 환원된 형태인 Fe(II)를 이용하는데 아무 문제가 없었을 것이다. 하지만 광합성에 의해 점점 산소가 증가돼 이용할 수 있는 철은 점점 귀해져서 미생물들은 생존에 어려움을 겪게 된다. 그래서 미생물들은 철을 녹여 세포내로 이동시킬 수 있는 시데로포어(Siderophore)라는 유기물질을 자체적으로 만들기 시작했다. 시데로포어는 철(Sidero)의 이동자(phore)라는 의미를 갖고 있는데 현재 약 300개 이상의 구조가 알려져 있다. 미생물이 생장을 위해서 철이 필요하면 시데로포어 생성 관련 유전자에 의한 단백질의 발현을 통해 시데로포어 분자를 조립한다. 세포질에서 만들어진 시데로포어는 세포 밖으로 분비돼, 철과 Fe(III)-시데로포어 결합체를 형성한다. 이 결합체는 미생물의 막단백질을 통하여 세포내로 이동돼 철을 공급하게 한다.
시데로포어는 미생물뿐만 아니라 식물에서도 발견되며 인간의 면역세포와도 상호작용을 하는 것으로 알려져 있다. 시데로포어의 연구가 흥미로운 것은 이들이 질병과도 관계가 있다는 점이다. 심장병, 암 등 무서운 병이 많지만 아직도 세균 감염에 의한 사망률도 크게 개선되고 있지 않고 있다. 만약 세균들이 만드는 시데로포어 생성을 억제시키는 기술이 있다면 이들에 의한 감염을 줄일 수 있다. 항생제의 남용 등으로 인해 항생제에 내성을 갖는 미생물이 늘고 있는 것도 하나의 문제점이다. 항생제의 내성의 원인 중에 하나는 미생물이 세포로 흡수된 외부물질을 세포 밖으로 배출시킬수 있는 능력이 있기 때문이다. 반대로 약물의 전달 방향을 세포 밖에서 세포안쪽으로 촉진시키면 항생제의 효과를 높일 수 있을 것이다. 이러한 점을 이용해 시데로포어와 항생제를 결합시킨 미생물의 자살유도 항생제가 연구되고 있다. 철이 고픈 질병균들은 Fe(III)-시데로포어-항생제 복합구조를 자신이 내보낸 시데로포어인줄 착각하고 세포내로 받아들인다. 영양제가 아닌 사약을 먹은 이들의 운명은 여기에서 끝이다. 미생물의 능력은 놀랍기만 하다. 하지만 더욱 놀라운 것은 이것을 역으로 이용하는 과학자들의 능력이다.