Badania nad rolą poziomu żelaza w infekcjach COVID-19

Mitochondria, czerwone krwinki i układ odpornościowy potrzebują żelaza do prawidłowego funkcjonowania – podobnie jak atakujące organizm wirusy i bakterie. W miarę jak ciało rozwija mechanizmy ochronne dla tego kluczowego pierwiastka, patogeny ewoluują, aby te bariery przełamywać.

„Żelazo odgrywa kluczową rolę w katalizowaniu reakcji, takich jak wiązanie tlenu, ponieważ może zarówno oddawać, jak i przyjmować elektrony” – wyjaśnia dr Katherine Wander, adiunkt antropologii na Uniwersytecie Binghamton i pierwsza autorka najnowszego badania na ten temat.

Artykuł „Iron nutrition and COVID-19 among Nigerian healthcare workers” ukazał się w czasopiśmie Evolution, Medicine, and Public Health. Współautorami pracy jest 34 specjalistów, w tym personel nigeryjskich szpitali i uczelni, doktoranci Uniwersytetu Binghamton – Meg Gauck (antropologia) oraz Zifan Huang (analiza i opracowanie danych) – a także Mei-Hsiu Chen, dyrektor Binghamton Statistical Consulting Services, oraz dr Titilayo Okoror, adiunkt studiów afrykanistycznych, odpowiedzialna za pozyskanie funduszy i administrację projektu.

COVID-19 stanowił wyjątkową okazję do badań. Jako nowy wirus miał ograniczony czas na przystosowanie się do ludzkiej fizjologii i stosunkowo krótką historię w ewolucyjnym wyścigu zbrojeń.

Badania objęły pracowników służby zdrowia w czterech nigeryjskich szpitalach zajmujących się pacjentami z COVID-19 w trakcie fali wariantu Delta. W tym okresie większość z nich była zaszczepiona preparatem AstraZeneca – podkreśla Wander.

Wojna o żelazo
Żelazo w organizmie pełni wiele funkcji – wspiera układ odpornościowy i uczestniczy w reakcjach katalitycznych w mitochondriach, które produkują energię komórkową w postaci adenozynotrifosforanu (ATP).

To właśnie żelazo nadaje czerwonym krwinkom charakterystyczny kolor. Hemoglobina, czyli białko odpowiedzialne za transport tlenu, składa się z mniejszych jednostek zwanych hemem, zawierających cząsteczkę żelaza wiążącą i przenoszącą tlen.

„Patogeny również potrzebują żelaza – z tych samych powodów” – tłumaczy Wander. „Wirusy przejmują kontrolę nad mechanizmami komórkowymi, by produkować kolejne kopie wirusa. W wielu przypadkach zwiększają też wychwyt żelaza przez komórki.”

Wysoki poziom żelaza w organizmie dostarcza niezbędnych zasobów dla komórek, ale jednocześnie ułatwia rozwój patogenów, co sprzyja infekcjom. W związku z tym ewolucja wykształciła skomplikowane, wielopoziomowe mechanizmy regulujące poziom tego pierwiastka – a patogeny stale ewoluują, by te mechanizmy obchodzić.

W ewolucyjnym wyścigu zbrojeń przewagę mają jednak drobnoustroje.

„Nawet w idealnych warunkach nasz układ odpornościowy nie jest w stanie adaptować się tak szybko, jak organizmy o czasie generacji wynoszącym 20 minut” – zauważa Wander, odnosząc się do bakteryjnych mechanizmów sekwestracji żelaza. „Bakterie i wirusy rozmnażają się niezwykle szybko, co sprawia, że ich ewolucja przebiega znacznie sprawniej niż nasza.”

Optymalna ilość żelaza – klucz do odporności?
W biologicznej antropologii funkcjonuje koncepcja optymalnego poziomu żelaza – zakłada ona istnienie „złotego środka”, który minimalizuje podatność na infekcje, jednocześnie dostarczając organizmowi wystarczającą ilość tego pierwiastka.

Badania w Nigerii wykazały, że osoby z wysokim poziomem żelaza miały większe ryzyko zakażenia COVID-19 – podobnie jak osoby z anemią. Jednak umiarkowany niedobór żelaza nie wydawał się chronić przed infekcją sam w sobie.

Analiza przypadku COVID-19 sugeruje, że nawet na bardzo wczesnym etapie ewolucyjnego wyścigu zbrojeń – gdy choroba zakaźna dopiero zaczyna adaptować się do ludzkiego organizmu – mechanizmy regulacji żelaza odgrywają kluczową rolę.

„Każdy dodatkowy przyrost żelaza w organizmie niesie ze sobą zarówno korzyści w kontekście obrony immunologicznej, jak i ryzyko wzrostu podatności na infekcje” – podkreśla Wander. „Ten kompromis zawsze istnieje, ale optymalny poziom żelaza zmienia się w zależności od środowiska chorobotwórczego.”

Możliwe, że to właśnie ta zależność sprawia, iż niedobór żelaza jest powszechny nawet w dobrze odżywionych populacjach, szczególnie wśród kobiet.

Organizm naturalnie oszczędza żelazo, odzyskując około 80% tego pierwiastka z rozpadających się erytrocytów. Nie jest jednak szczególnie wydajny w jego przyswajaniu, a czynniki dietetyczne mogą dodatkowo utrudniać ten proces.

„Ludzie są podatni na niedobory żelaza i staramy się rozwiązać ten problem, poprawiając jego spożycie oraz przyswajanie” – podsumowuje Wander. „To jednak nie jest proste zadanie.”

Źródło: Evolution Medicine and Public Health