Das Eisenspeicherprotein Ferritin bei bakterieller Infektion

Eisen ist ein essentielles Spurenelement, das für die Blutbildung, die Energiebereitstellung, die Zellteilung und unzählige andere Funktionen und Stoffwechselvorgänge des menschlichen Körpers benötigt wird. Ferritin ist das einzige bekannte Protein zur Eisenspeicherung. Es wird von den meisten Körperzellen gebildet, die größten Mengen finden sich dabei in bestimmten Abwehrzellen, die auch als Fresszellen oder Makrophagen bezeichnet werden. Makrophagen sind es auch, die Ferritin in das Blut freisetzen. Dort kann es gemessen werden, um die Eisenversorgung des Körpers zu prüfen. Ferritin wird jedoch nicht nur bei Eisenüberschuss, sondern auch bei Infektionen vermehrt gebildet. Der Grund dafür liegt vermutlich im Bestreben des Abwehrsystems, den essentiellen Nährstoff Eisen von eingedrungenen Bakterien abzuschirmen. Denn ebenso wie der Mensch sind infektiöse Erreger auf die Aufnahme von Eisen für Wachstum und Vermehrung angewiesen. Daher ist die Aufnahme von freiem Eisen in Makrophagen und dessen Einbau in das Speicherprotein Ferritin eine elegante Abwehrstrategie. Andererseits vermuten wir, dass bestimmte intrazelluläre Bakterien Ferritin abbauen und als Eisenquelle nutzen können. Die Wechselwirkungen zwischen Ferritin, der Funktion des Abwehrsystems einschließlich Makrophagen und der Vermehrung von Bakterien sind noch unvollständig untersucht. In gegenständlichem FWF Projekt soll die Funktion von Ferritin bei Infektionen mit extrazellulären und intrazellulären Bakterien umfassend beleuchtet werden.

Eisen ist ein lebenswichtiger Nährstoff, der für die Blutbildung, die Zellteilung und unzählige andere Funktionen und Stoffwechselvorgänge im menschlichen Körper benötigt wird. Ferritin ist ein zentrales Protein des Eisenstoffwechsels, das Eisen speichert und damit seine toxische Wirkungen neutralisiert. Es wird von den meisten Körperzellen gebildet, besonders große Mengen finden sich in den Fresszellen des Immunsystems, den Makrophagen. Je nach Beladung der Speicherzellen mit Eisen wird dieses ins Blut abgegeben und kann dort gemessen werden. Ferritin wird aber nicht nur bei Eisenüberschuss, sondern auch bei bakteriellen Infektionen vermehrt gebildet. Eisen ist sowohl für das Wachstum der Bakterien als auch für die Immunabwehr des Wirts von essentieller Bedeutung. Um die Verfügbarkeit von Eisen für pathogene Mikroorganismen einzuschränken, nutzen Wirtsorganismen einen als "Nutritional Immunity" bezeichneten Mechanismus. Dabei wird Eisen in Proteinen wie Ferritin gespeichert, wodurch die Verfügbarkeit von Eisen für pathogene Mikroorganismen eingeschränkt wird. Andererseits gibt es Hinweise darauf, dass bestimmte intrazelluläre Bakterien wie Listerien oder Salmonellen Ferritin abbauen und als Eisenquelle nutzen können. Die genauen Mechanismen, mit denen diese Mikroben an das Ferritin-assoziierte Eisen gelangen, sowie die Wechselwirkungen zwischen Ferritin, der Immunabwehr der Makrophagen und der Vermehrungsmaschinerie der Bakterien sind jedoch nur unzureichend erforscht. Ziel des gegenständlichen FWF-Projekts war es, die Effekte von Ferritin auf das Wachstum und die immunregulatorische Rolle bei Infektionen mit extrazellulären und intrazellulären Bakterien umfassend aufzuklären. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass Ferritin-gebundenes Eisen für Bakterien weniger verfügbar ist als freies ionisches Eisen, aber das Bakterienwachstum signifikant fördert. Die Verfügbarkeit von Ferritin-gebundenem Eisen wird durch bakterielle Gene für die Eisenaufnahme beeinflusst. Darüber hinaus beeinflussen Enzyme wie die Superoxiddismutase, die Zellen vor oxidativem Stress schützen, das Bakterienwachstum und hemmen die Eisenaufnahme durch Siderophor-unabhängige Mechanismen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Ferritin H im Wirt für die Immunabwehr durch Makrophagen wichtig ist, um Infektionen mit Bakterien wie Salmonellen zu kontrollieren, was wiederum zu vermehrten Infektionen, eingeschränkter Eisenspeicherkapazität und erhöhter Entzündungsaktivität führen kann. Ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Ferritin, Eisenstoffwechsel, Ernährungsimmunität und bakteriellen Infektionen könnte neue therapeutische Ansätze zur Behandlung von Infektionskrankheiten eröffnen.