Fagocytóza je jedným z najzákladnejších a zároveň najefektívnejších obranných mechanizmov ľudského tela. Správne fungovanie procesu fagocytózy je nevyhnutnou súčasťou správnej imunitnej odpovede. Zistite, čo presne je fagocytóza, ako funguje fagocytóza, prečo je fagocytóza potrebná a aké účinky môžu mať poruchy fagocytózy?
Fagocytóza je požitie patogénov, fragmentov mŕtvych buniek a drobných častíc špecializovanými bunkami nazývanými fagocyty. Fagocytóza sa dá prirovnať k „čisteniu“ na bunkovej úrovni - umožňuje bunkám zbaviť sa nepotrebných alebo nebezpečných prvkov.
Obsah:
- Čo je to fagocytóza?
- Úloha fagocytózy v tele
- Ktoré bunky majú schopnosť fagocytózy?
- Fagocytóza - typy
- spontánna fagocytóza (tzv. natívna)
- uľahčená fagocytóza
- Fagocytóza - štádiá
- Fagocytóza - a čo ďalej?
- Spôsoby, ako sa vyhnúť fagocytóze mikroorganizmami
- Poruchy fagocytózy
- Chronická granulomatózna choroba
- Chediak-Higashiho syndróm
Čo je to fagocytóza?
Fagocytóza je biologický proces, pri ktorom bunka absorbuje cudzie častice. Fenomén fagocytózy je bežný v mnohých živých organizmoch - tie najprimitívnejšie (napr. Prvoky) používajú fagocytózu ako spôsob prijímania potravy z vonkajšieho prostredia.
U ľudí je schopnosť fagocytózy primárne využívaná bunkami imunitného systému.
Fagocytóza patrí k mechanizmom vrodenej alebo nešpecifickej imunity. Proces fagocytózy je preto jednou z prvých a základných obranných línií nášho tela. Okrem úlohy v imunitnom systéme má fagocytóza veľký význam pri udržiavaní homeostázy (alebo rovnováhy) tkanív.
Fagocytóza umožňuje odstránenie odumretých a poškodených buniek z vlastného tela, čo zase umožňuje účinnú regeneráciu a rekonštrukciu všetkých tkanív.
Fagocytóza je jedným z typov endocytózy, to znamená prenosom molekúl z vonkajšieho prostredia do vnútra bunky. Pri fagocytóze sa absorbujú pevné častice: fagocytová bunka ich najskôr obklopí fragmentom vlastnej bunkovej membrány a potom ich vtiahne dovnútra. Tak vznikne vezikula obsahujúca absorbovanú časticu, ktorá sa nazýva fagozóm.
Obsah fagozómov sa potom strávi rôznymi chemikáliami a enzýmami. Celý proces pripomína „zjedenie“ častice bunkou, čo sa odráža aj na pojme fagocytóza.
Názov pochádza z gréckeho fageínu, čo znamená „jesť, zožrať“.
Fagocytóza prebieha v našom tele neustále - miliardy fagocytov neustále „žerú“ nebezpečné mikroorganizmy, fragmenty odumretých buniek alebo nepotrebné častice. Je to bežný proces, aj keď mimoriadne komplikovaný.
Správne rozpoznanie cieľa fagocytárnou bunkou a správna interakcia medzi fagocytom a cieľom „útoku“ si vyžaduje nepretržitú spoluprácu rôznych proteínov, signálnych molekúl, protilátok a pomocných buniek.
Úloha fagocytózy v tele
Nie je ťažké uhádnuť, že základnou aplikáciou procesu fagocytózy je obrana nášho tela pred patogénmi. Prienik infekčného agens do tela naštartuje kaskádu signálov, ktoré majú „volať“ fagocytárne bunky do miesta infekcie.
Začína sa akútny zápal, ktorého úlohou je neutralizovať patogén. Fagocyty prúdia do lézie krvou, čo je jeden z najdôležitejších mechanizmov primárnej imunitnej odpovede. V mieste zápalu fagocyty „jedia“ oba patogény a nimi poškodené bunky.
V priebehu infekcie existuje ďalší, veľmi dôležitý typ fagocytózy. Ide o takzvanú eferocytózu.
Proces eferocytózy spočíva v prehltnutí buniek, ktoré zomrú, keď zápal ustúpi. Keď fagocyty splnia svoju funkciu a odstránia patogény, stanú sa nepotrebnými.
Potom prirodzene zomrú, nasleduje eferocytóza alebo „vyčistenie bojiska“. Tento typ fagocytózy zmierňuje zápal a umožňuje telu vrátiť sa do stavu pred infekciou.
V tejto chvíli je potrebné zdôrazniť, že odumieranie buniek v tele je proces, ktorý prebieha neustále, nielen v dôsledku infekcie. Každá bunka má konkrétnu životnosť, po ktorej zomrie a je nahradená novou. Proces programovanej bunkovej smrti sa nazýva apoptóza.
Apoptóza je prírodný jav, ktorý umožňuje našim tkanivám neustále sa obnovovať. Aby bolo možné umierajúce bunky vymeniť za nové náprotivky, musia sa najskôr vyčistiť. Ako môžete ľahko uhádnuť, toto je tiež úloha fagocytov.
Apoptotické (umierajúce) bunky vysielajú na povrch svojich bunkových membrán špeciálne signály, ktoré umožňujú ich rozpoznanie a neutralizáciu fagocytmi.
V tomto prípade dochádza k fagocytóze bez zápalu. Vidíme teda, že fagocytóza nie je len metódou obrany proti cudzím mikroorganizmom, ale aj procesom, ktorý umožňuje vývoj, prestavbu a obnovu všetkých tkanív.
Ktoré bunky majú schopnosť fagocytózy?
Bunky schopné vykonávať fagocytózu sa nazývajú fagocyty. Podľa efektívnosti a účinnosti fagocytózy rozlišujeme tzv profesionálne a neprofesionálne fagocyty.
Neprofesionálne fagocyty sa zaoberajú fagocytózou „príležitostne“ - tento proces nie je ich hlavnou úlohou. Niekedy sa však v blízkosti týchto buniek nachádzajú častice / fragmenty mŕtvych buniek, ktoré je potrebné vyčistiť.
Potom vykazujú určitú fagocytárnu aktivitu, aj keď v porovnaní s profesionálnymi fagocytmi je výrazne obmedzená a menej účinná. Mnoho typov buniek je klasifikovaných ako neprofesionálne fagocyty, vč. epiteliálne bunky, niektoré bunky spojivového tkaniva, ako aj vaskulárny endotel.
Profesionálne fagocyty sú hlavné bunky zodpovedné za fagocytózu v našom tele. Rozlišujeme medzi nimi hlavne neutrofily, monocyty a makrofágy. Tieto bunky patria do rodiny leukocytov alebo bielych krviniek, ktoré vykonávajú hlavne imunitné funkcie. Všetky tri typy profesionálnych fagocytov sa špecializujú na fagocytózu, hoci každý z nich ju vedie trochu inak.
Neutrofily sú hlavné bunky zodpovedné za vývoj akútneho zápalu. Za normálnych okolností neutrofily cirkulujú s krvou v celom tele. Keď sa začne infekcia, tieto bunky sa okamžite zoskupia v zameraní choroby. Fagocytóza sprostredkovaná neutrofilmi je rýchla a intenzívna: tieto bunky majú širokú škálu spôsobov inaktivácie absorbovaných patogénov.
Monocyty, ako neutrofily, cirkulujú v krvi, môžu však z krvi odchádzať a kolonizovať rôzne tkanivá. Zrelé monocyty sa potom transformujú na tkanivové makrofágy. Fagocytóza sprostredkovaná makrofágmi je menej rýchla a oveľa pomalšia. Makrofágy sú hlavnou skupinou buniek nachádzajúcich sa v miestach chronického zápalu.
Fagocytóza - typy
Fagocytóza je zložitý proces, ktorý závisí od typu fagocytovej bunky, objektu podstupujúceho fagocytózu a mnohých sprostredkujúcich molekúl. Existujú dve základné cesty fagocytózy:
- spontánna fagocytóza (tzv. natívna)
Na antimikrobiálnej reakcii sa zriedka podieľa fagocytóza, ktorá sa vyskytuje pomaly. Úlohou spontánnej fagocytózy je odstrániť odumreté bunky a „vyčistiť“ nepotrebné prvky v tkanivách. Na vyvolanie spontánnej fagocytózy je potrebné stimulovať tzv „zachytávajúce receptory“ primárne prítomné na makrofágoch. Tento typ fagocytózy má protizápalovú povahu.
- uľahčená fagocytóza
Uľahčená fagocytóza je oveľa rýchlejšia a účinnejšia ako spontánna fagocytóza. Vďaka tomu je vysoko účinný pri ničení patogénov. Aby proces fagocytózy prebiehal tak intenzívne, je potrebné - ako už názov napovedá - niektoré zariadenia.
Ako môžu fagocyty uľahčiť ich činnosť? Jednou z najbežnejších metód je špeciálne „označenie“ predmetov, ktoré by sa mali zlikvidovať. Tento proces sa nazýva opsonizácia.
Podstatou opsonizácie je pripojenie určitých molekúl k povrchu mikroorganizmu. Tento „označený“ patogén je bunkami potravy rýchlo zameraný a zničený. Molekuly, ktoré umožňujú opsonizáciu, sa nazývajú opsoníny. Jedná sa hlavne o protilátky a zložky tzv doplnkový systém.
Opsoníny účinne rozpoznávajú patogény, označujú ich a tým významne uľahčujú priebeh procesu fagocytózy.
Fagocytóza - štádiá
Už vieme, ktoré bunky, kedy a prečo, sa zaoberajú fagocytózou. Pokúsme sa teda pozorne sledovať tento proces:
1. Aktivácia a príliv fagocytov do miesta infekcie
Prienik mikroorganizmu do tela spôsobuje okamžitú stimuláciu imunitného systému. Bunky v bráne infekcie začnú vysielať signál o existujúcej hrozbe.
Poslové molekuly (hlavne takzvané prozápalové cytokíny) sa šíria po krvi. Týmto spôsobom sa fagocyty „dozvedia“, že boli infikované a aktivované.
Aktivované fagocyty sa dostanú do miesta infekcie krvou. Efektívny príliv fagocytov na správne miesto je možný vďaka tzv chemotaxia. Je to proces riadeného pohybu buniek pod vplyvom chemických signálov.
Aktívne fagocyty majú tiež schopnosť prechádzať cez steny krvných ciev a vytvárať zápalový infiltrát v mieste infekcie.
2. Rozpoznanie patogénu
Keď sa fagocyty dostanú do miesta infekcie, začnú rozpoznávať patogény. Tento proces často uľahčujú ďalšie molekuly (uľahčenie fagocytózy nájdete v časti 4). Každý fagocyt má na povrchu svojej bunkovej membrány tzv receptory, teda proteíny, ktoré umožňujú rozpoznávanie rôznych molekúl.
Keď sú stimulované receptory zodpovedné za rozpoznávanie mikroorganizmov, fagocyt sa pevne viaže na cieľ svojho útoku.
3. Absorpcia patogénu
Fagocyt "prilepený" na patogén spustí proces jeho absorpcie. Fagocytová bunková membrána začína obklopovať patogén, „lezie“ po jeho okrajoch. Tak sa vytvorí vezikula obsahujúca mikroorganizmus. Tento vezikul, ktorý sa nazýva fagozóm, je teraz vo vnútri fagocytovej bunky. Aby bol mikroorganizmus úplne neškodný, je potrebné zničiť obsah fagozómu.
Trávenie obsahu fagozómov
Aby sa mohol obsah fagozómu stráviť, je potrebné dodať do jeho vnútra tráviace enzýmy. Takéto enzýmy sú uložené v špeciálnych vezikulách nazývaných lyzozómy.
Posledné štádium fagocytózy si preto vyžaduje spojenie obsahu lyzozómov s obsahom fagozómu - takto vzniká tzv. fagolyzozóm.
Enzýmy v lyzozómoch môžu štiepiť najkomplexnejšie chemikálie a ničiť mikroorganizmy. Eliminácia patogénu za účasti tráviacich enzýmov sa nazýva nezávislá od kyslíka.
Ako môžete hádať, existuje aj vylučovanie závislé od kyslíka. Je to oveľa rýchlejšie a efektívnejšie, ale dokážu to iba niektoré fagocyty. Na kyslíku závislá eliminácia nastáva iba v bunkách schopných generovať tzv „výbuch kyslíka“.
Výbuch kyslíka je náhle uvoľnenie vysoko reaktívnych druhov kyslíka (napr. Peroxidu vodíka), ktoré majú silný antimikrobiálny účinok. Výbuch kyslíka začína sériu chemických reakcií vedúcich k rýchlej eliminácii patogénov. Na kyslíku závislá deštrukcia mikróbov je charakteristická predovšetkým pre neutrofily.
Fagocytóza - a čo ďalej?
Proces fagocytózy sa končí strávením obsahu fagozómov vo vnútri bunky. Čo sa deje vedľa trosiek zo zničených častíc? Fagocytárna bunka sa zbaví väčšiny nepotrebných produktov jednoduchým „vyhodením“ von. Časť materiálu, ktorý po trávení zostane, však môže byť veľmi užitočná.
Niektoré fagocyty hrajú v imunitnom systéme aj iné úlohy. Dobrým príkladom sú makrofágy, ktoré sa okrem fagocytózy zaoberajú aj tzv prezentácia antigénov. Prezentácia antigénu je založená na preukázaní fragmentov iných imunitných buniek zničených mikroorganizmov.
Po ukončení fagocytózy patogénu vystaví makrofág na svojom povrchu časť fagocytovaného materiálu a potom s ním „cestuje“ po tele.
Každá jedna bunka imunitného systému, s ktorou sa stretne, sa „naučí“, ako rozpoznať konkrétny patogén. Tento jav je mimoriadne dôležitý pri budovaní účinných mechanizmov antimikrobiálnej obrany.
Je tiež potrebné vedieť, že proces fagocytózy nie vždy končí konečnou deštrukciou mikroorganizmu. Existujú patogény, ktoré môžu prežiť vo vnútri fagozómov vďaka špeciálne vyvinutým obranným mechanizmom. Dobrým príkladom sú bacily tuberkulózy, ktoré môžu prežiť vo vnútri makrofágov mnoho rokov.
Spôsoby, ako sa vyhnúť fagocytóze mikroorganizmami
Fagocytóza ako prostriedok na elimináciu „biologických protivníkov“ je veľmi starý mechanizmus. Z tohto dôvodu sa niektorým mikroorganizmom podarilo vyvinúť spôsoby, ako sa vyhnúť alebo prežiť fagocytózu. Tu sú ich príklady:
- zabíjanie fagocytov
Najjednoduchším spôsobom, ako sa vyhnúť fagocytóze, je neutralizácia bunky, ktorá ju spôsobuje. Niektoré mikroorganizmy majú schopnosť produkovať látky, ktoré nenávratne poškodzujú fagocyty. Príkladom takého patogénu je staphylococcus aureus (latinsky. Staphylococcus aureus), produkujúci toxíny, ktoré ničením bunkových membrán fagocytov spôsobujú ich smrť.
- zánik zápalovej reakcie
Zápal v bráne infekcie uľahčuje prenos infekčného signálu. Vďaka nej je možná aktivácia a príchod fagocytov na správne miesto. Existujú patogény, ktoré sa môžu maskovať tak, že ich imunitný systém hostiteľa nerozpozná a zabráni vzniku zápalu.
- vyhýbanie sa opsonizácii
Opsonizácia alebo špeciálne „označovanie“ patogénov je jedným z najúčinnejších spôsobov uľahčenia fagocytózy. Niet divu, že sa mu mikróby snažia vyhnúť. Niektoré kmene stafylokokov môžu ničiť opsoníny alebo ich skryť na povrchu.
- vyhýbanie sa rozpoznávaniu fagocytov
Na to, aby sa mohla začať fagocytóza, je potrebné rozpoznať škodlivosť daného mikroorganizmu fagocytom. Niektoré patogény, napríklad spirochéty Treponema pallidum spôsobuje, že sa syfilis môže pripojiť k svojim povrchovým antigénom podobne ako hostiteľské bunky. Imunitný systém ich potom rozpozná ako svoje vlastné, čo umožňuje patogénom vyhnúť sa fagocytóze.
- blokovanie produkcie fagozómov
Jedným z kľúčových štádií fagocytózy je obklopenie napadnutého mikroorganizmu vezikulou, ktorá sa potom vstrebáva do bunky. V prírode je však veľa spôsobov, ako sa mu vyhnúť. Niektoré mikróby produkujú látky, ktoré rozkladajú stenu fagozómov. Iný mechanizmus používa tyčinka modrého oleja (Pseudomonas aeruginosa). Táto baktéria vytvára okolo seba klzký povlak (biofilm), ktorý zabraňuje tvorbe bubliny.
- prežitie vo vnútri fagocytov
Fagolyzozóm sa počas fagocytózy stáva konečným prostredím patogénov. Jeho prostredie je mimoriadne nepriateľské; je plný enzýmov a smrtiacich látok. Mikroorganizmy však môžu vyvinúť mechanizmy, ktoré im umožnia prežiť aj v takýchto zložitých podmienkach. Jedným príkladom je tuberkulóza (Mycobacterium tuberculosis). Táto baktéria si vyvinula konkrétnu bunkovú membránu s veľmi vysokým obsahom lipidov, ktorá nie je ovplyvnená štandardnými tráviacimi enzýmami.
- uniknúť z fagozómu
Akokoľvek neuveriteľné to znie, že unikli z fagozómu, skutočne existujú mikróby, ktoré vyvinuli taký chytrý obranný mechanizmus. Listeria monocytogenes produkuje látky, ktoré môžu ničiť stenu fagozómov. Navyše sa tento patogén po úteku z fagozómu môže množiť vo vnútri fagocytov a tiež sa dostať ďalej za svoje hranice.
Poruchy fagocytózy
Správne fungujúci proces fagocytózy má zásadný význam pre efektívne fungovanie imunitného systému. Poruchy v určitých štádiách fagocytózy sú základom chorôb imunodeficiencie. Príklady takýchto stavov sú:
- Chronická granulomatózna choroba
Príčinou chronického granulomatózneho ochorenia je porucha fagocytózy v štádiu tvorby kyslíkového výbuchu. Nedostatok vhodného enzýmu (takzvaná NADPH oxidáza) zabraňuje tvorbe reaktívnych foriem kyslíka, čo zase neumožňuje rýchlu a účinnú elimináciu mikroorganizmov.
Poškodenie enzýmom je genetické, takže zatiaľ neexistuje príčinná liečba choroby. Chronické granulomatózne ochorenie spôsobuje časté infekcie a tvorbu abscesov a granulómov v dôsledku nedostatočného systému eliminácie intracelulárnych patogénov.
Prečítajte si tiež: Wegenerova granulomatóza: príčiny, príznaky a liečba
- Chediak-Higashiho syndróm
Pri syndróme Chediak-Higashi sa vyskytuje porucha fagocytózy v štádiu spojenia fagozóm-lyzozóm. Genetická mutácia jedného z proteínov zabraňuje prenosu tráviacich enzýmov do vezikuly obsahujúcej patogén, čím bráni jeho eliminácii.
Pre Chediak-Higashiho syndróm sú okrem výrazného poškodenia imunity charakteristické aj albinizmus a poruchy fungovania nervového systému.
Bibliografia:
- „Fagocytóza: základný imunitný proces“ C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontrola fagocytózy mikrobiálnymi patogénmi", C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- „Immunologia“ K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. vydanie
- „Fagocytóza: imunobiologický proces“ S. Gordon, Immunity, Review, zväzok 44, číslo 3, P463-475, 15. marca 2016.
Prečítajte si viac článkov od tohto autora
