Fagocitoza je eden najosnovnejših in hkrati najučinkovitejših obrambnih mehanizmov človeškega telesa. Pravilno delovanje procesa fagocitoze je bistvena sestavina pravilnega imunskega odziva. Ugotovite, kaj točno je fagocitoza, kako deluje fagocitoza, zakaj je potrebna fagocitoza in kakšne učinke lahko imajo motnje fagocitoze?
Fagocitoza je zaužitje patogenov, drobcev odmrlih celic in drobnih delcev s strani specializiranih celic, imenovanih fagociti. Fagocitozo lahko primerjamo s "čiščenjem" na celični ravni - celicam omogoča, da se rešijo nepotrebnih ali nevarnih elementov.
Kazalo:
- Kaj je fagocitoza?
- Vloga fagocitoze v telesu
- Katere celice imajo sposobnost fagocitoze?
- Fagocitoza - vrste
- spontana fagocitoza (tako imenovana nativna)
- olajšana fagocitoza
- Fagocitoza - faze
- Fagocitoza - in kaj naprej?
- Načini izogibanja fagocitozi z mikroorganizmi
- Motnje fagocitoze
- Kronična granulomatozna bolezen
- Chediak-Higashi sindrom
Kaj je fagocitoza?
Fagocitoza je biološki proces, v katerem celica absorbira tuje delce. Pojav fagocitoze je pogost v mnogih živih organizmih - najbolj primitivni (npr. Protozoji) uporabljajo fagocitozo kot način jemanja hrane iz zunanjega okolja.
Pri ljudeh sposobnost fagocitoze uporabljajo predvsem celice imunskega sistema.
Fagocitoza spada med mehanizme prirojene ali nespecifične imunosti. Proces fagocitoze je torej ena prvih in osnovnih obrambnih linij našega telesa. Poleg vloge v imunskem sistemu je fagocitoza zelo pomembna tudi za vzdrževanje tkivne homeostaze (ali ravnotežja).
Fagocitoza omogoča odstranjevanje odmrlih in poškodovanih celic lastnega telesa, kar posledično omogoča učinkovito regeneracijo in rekonstrukcijo vseh tkiv.
Fagocitoza je ena vrsta endocitoze, to je prenos molekul iz zunanjega okolja v notranjost celice. Pri fagocitozi se absorbirajo trdni delci: fagocitna celica jih najprej obda z drobcem lastne celične membrane, nato pa vleče vase. Tako nastane mehurček, ki vsebuje absorbirani delček, imenovan fagosom.
Vsebnost fagosoma se nato prebavi z različnimi kemikalijami in encimi. Celoten postopek spominja na "pojedo" delca s strani celice, kar se odraža tudi v izrazu fagocitoza.
Ime izhaja iz grškega phagein, kar pomeni "jesti, požreti".
Fagocitoza v našem telesu poteka nenehno - milijarde fagocitov nenehno "pojedo" nevarne mikroorganizme, drobce odmrlih celic ali nepotrebne delce. To je običajen, čeprav izjemno zapleten postopek.
Za pravilno prepoznavanje cilja s strani fagocitne celice in pravilno interakcijo med fagocitom in tarčo "napada" je potrebno stalno sodelovanje različnih beljakovin, signalnih molekul, protiteles in pomožnih celic.
Vloga fagocitoze v telesu
Ni težko uganiti, da je osnovna uporaba procesa fagocitoze obramba našega telesa pred patogeni. Prodor infekcijskega povzročitelja v telo sproži kaskado signalov za "klicanje" fagocitnih celic na mesto okužbe.
Začne se akutno vnetje, katerega vloga je nevtralizacija patogena. Fagociti s krvjo tečejo do lezije, kar predstavlja enega najpomembnejših mehanizmov primarnega imunskega odziva. Na mestu vnetja fagociti "pojedo" tako povzročitelje bolezni kot celice, ki so jih poškodovale.
Med okužbo obstaja še ena, zelo pomembna vrsta fagocitoze. Gre za tako imenovano eferocitozo.
Proces eferocitoze vključuje požiranje celic, ki umrejo, ko vnetje popusti. Ko fagociti izpolnijo svojo funkcijo in izločijo patogene, postanejo nepotrebni.
Nato umrejo naravno, čemur sledi eferocitoza ali "čiščenje bojišča". Ta vrsta fagocitoze zmanjša vnetje in telesu omogoči, da se vrne v stanje pred okužbo.
Na tem mestu velja poudariti, da je umiranje celic v našem telesu proces, ki se dogaja nenehno, ne samo kot posledica okužbe. Vsaka celica ima določeno življenjsko dobo, po kateri umre in jo nadomesti z novo. Proces programirane celične smrti imenujemo apoptoza.
Apoptoza je naravni pojav, ki omogoča, da se naša tkiva nenehno obnavljajo. Da bi umirajoče celice zamenjali z novimi, jih je treba najprej očistiti. Kot lahko zlahka uganite, je to naloga tudi fagocitov.
Apoptotične (umirajoče) celice oddajajo na površino celičnih membran posebne signale, ki omogočajo njihovo prepoznavanje in nevtralizacijo s fagociti.
V tem primeru se fagocitoza pojavi brez vnetja. Vidimo torej, da fagocitoza ni le metoda obrambe pred tujki mikroorganizmov, temveč tudi proces, ki omogoča razvoj, preoblikovanje in obnovo vseh tkiv.
Katere celice imajo sposobnost fagocitoze?
Celice, ki so sposobne izvajati fagocitozo, imenujemo fagociti. Glede na učinkovitost in uspešnost fagocitoze ločimo t.i. profesionalni in nepoklicni fagociti.
Nepoklicni fagociti se s fagocitozo ukvarjajo "občasno" - ta postopek ni njihova glavna naloga. Včasih pa so v bližini teh celic delci / drobci odmrlih celic, ki jih je treba očistiti.
Potem kažejo določeno fagocitno aktivnost, čeprav je v primerjavi s profesionalnimi fagociti bistveno omejena in manj učinkovita. Mnoge vrste celic so uvrščene med nepoklicne fagocite, vključno z epitelijske celice, nekatere celice vezivnega tkiva, pa tudi vaskularni endotelij.
Poklicni fagociti so glavne celice, odgovorne za fagocitozo v našem telesu. Med njimi ločimo predvsem nevtrofilce, monocite in makrofage. Te celice spadajo v družino levkocitov ali belih krvnih celic, ki v glavnem opravljajo imunske funkcije. Vse tri vrste profesionalnih fagocitov so specializirane za fagocitozo, čeprav jo vsaka vodi nekoliko drugače.
Nevtrofilci so glavne celice, ki so odgovorne za razvoj akutnega vnetja. V normalnih okoliščinah nevtrofilci krožijo s krvjo po telesu. Ko se okužba začne, se te celice takoj združijo v žarišče bolezni. Fagocitoza, ki jo povzročajo nevtrofilci, je hitra in intenzivna: te celice imajo širok spekter načinov za inaktivacijo absorbiranih patogenov.
Monociti, tako kot nevtrofilci, krožijo v krvnem obtoku, vendar lahko zapustijo krvni obtok in naselijo različna tkiva. Zreli monociti se nato spremenijo v tkivne makrofage. Fagocitoza, ki jo posreduje makrofag, je manj hitra in veliko počasnejša. Makrofagi so glavni bazen celic, ki jih najdemo na mestih kroničnega vnetja.
Fagocitoza - vrste
Fagocitoza je zapleten proces, ki je odvisen od vrste fagocitne celice, predmeta, ki je podvržen fagocitozi, in številnih posredniških molekul. Obstajata dve osnovni poti fagocitoze:
- spontana fagocitoza (tako imenovana nativna)
Gre za razmeroma počasi pojavljajočo se fagocitozo, ki je le redko vključena v protimikrobni odziv. Vloga spontane fagocitoze je odstraniti odmrle celice in "očistiti" nepotrebne elemente v tkivih. Da bi sprožili spontano fagocitozo, je treba spodbuditi t.i. "čistilni receptorji", prisotni predvsem na makrofagih. Ta vrsta fagocitoze je protivnetne narave.
- olajšana fagocitoza
Olajšana fagocitoza je veliko hitrejša in učinkovitejša od spontane fagocitoze. Zahvaljujoč temu je zelo učinkovit pri uničevanju patogenov. Da bi proces fagocitoze potekal tako intenzivno, so potrebni - kot že ime pove - nekateri objekti.
Kako lahko fagociti olajšajo njihovo aktivnost? Ena najpogostejših metod je posebej "označevanje" predmetov, ki jih je treba odstraniti. Ta postopek se imenuje opsonizacija.
Bistvo opsonizacije je pritrditev določenih molekul na površino mikroorganizma. Ta "označeni" patogen hitro prehrani in uniči prehranske celice. Molekule, ki omogočajo opsonizacijo, imenujemo opsonini. To so predvsem protitelesa in sestavine t.i. sistem komplementa.
Opsonini učinkovito prepoznajo patogene, jih označijo in tako znatno olajšajo potek procesa fagocitoze.
Fagocitoza - faze
Že vemo, katere celice, kdaj in zakaj so vključene v fagocitozo. Poskusimo torej natančno slediti temu postopku:
1. Aktivacija in pritok fagocitov na mesto okužbe
Vdor mikroorganizma v telo povzroči takojšnjo stimulacijo imunskega sistema. Celice na vratih okužbe začnejo pošiljati signal o obstoječi grožnji.
Molekule selnikov (v glavnem tako imenovani pro-vnetni citokini) se razširijo po krvnem obtoku. Na ta način fagociti "izvedo", da so se okužili in aktivirali.
Aktivirani fagociti s krvjo dosežejo mesto okužbe. Učinkovit dotok fagocitov na pravilno lokacijo je možen zahvaljujoč t.i. kemotaksija. Gre za proces usmerjenega gibanja celic pod vplivom kemičnih signalov.
Aktivni fagociti imajo tudi sposobnost prehajanja skozi stene krvnih žil in na mestu okužbe ustvarjajo vnetni infiltrat.
2. Prepoznavanje patogena
Ko fagociti dosežejo mesto okužbe, začnejo prepoznavati patogene. Ta postopek pogosto olajšajo druge molekule (glejte poglavje 4 za lažjo fagocitozo). Vsak fagocit ima na površini celične membrane tako imenovane receptorji, torej beljakovine, ki omogočajo prepoznavanje različnih molekul.
Ko se receptorji, odgovorni za prepoznavanje mikroorganizmov, stimulirajo, se fagocit tesno veže na tarčo svojega napada.
3. Absorpcija patogena
Fagocit, "prilepljen" na patogen, začne postopek njegove absorpcije. Celična membrana fagocitov začne obdajati patogena in se "vzpenjati" po njegovih robovih. Tako nastane vezikula, ki vsebuje mikroorganizem. Ta vezikul, imenovan fagosom, je zdaj znotraj fagocitne celice. Da bi mikroorganizem popolnoma postal neškodljiv, je treba uničiti vsebino fagosoma.
Prebava fagosomske vsebine
Da se vsebina fagosoma prebavi, je treba prebavne encime dostaviti v njegovo notranjost. Takšni encimi so shranjeni v posebnih veziklih, imenovanih lizosomi.
Zadnja stopnja fagocitoze torej zahteva kombiniranje vsebnosti lizosomov z vsebnostjo fagosoma - tako je nastala t.i. fagolizosom.
Encimi v lizosomih lahko razgradijo najbolj zapletene kemikalije in uničijo mikroorganizem. Izločanje patogena s sodelovanjem prebavnih encimov se imenuje neodvisno od kisika.
Kot lahko zlahka uganite, obstaja tudi odvajanje kisika, odvisno od tega. Je veliko hitrejši in učinkovitejši, vendar to lahko storijo le nekateri fagociti. Od kisika odvisno izločanje se pojavi le v celicah, ki lahko tvorijo tako imenovane "eksplozija kisika".
Eksplozija kisika je nenadno sproščanje zelo reaktivnih vrst kisika (npr. Vodikov peroksid), ki ima močan protimikrobni učinek. Eksplozija kisika začne vrsto kemičnih reakcij, ki vodijo do hitrega odstranjevanja patogenov. Od kisika odvisno uničenje mikrobov je značilno predvsem za nevtrofilce.
Fagocitoza - in kaj naprej?
Proces fagocitoze se konča s prebavo vsebine fagosoma znotraj celice. Kaj se zgodi poleg ruševin uničenih delcev? Fagocitna celica se večine nepotrebnih izdelkov reši tako, da jih preprosto "vrže" ven. Nekaj materiala, ki ostane po prebavi, pa je lahko zelo koristno.
Nekateri fagociti imajo tudi druge vloge v imunskem sistemu. Lep primer so makrofagi, ki se poleg fagocitoze ukvarjajo tudi s t.i. predstavitev antigenov. Predstavitev antigena temelji na prikazovanju drugih fragmentov imunskih celic uničenih mikroorganizmov.
Po koncu fagocitoze patogena makrofag izpostavi nekaj fagocitoziranega materiala na svoji površini in nato z njim "potuje" po telesu.
Vsaka posamezna celica imunskega sistema, ki jo naleti, se "nauči" prepoznati določenega patogena. Ta pojav je izredno pomemben pri gradnji učinkovitih mehanizmov protimikrobne obrambe.
Vredno je tudi vedeti, da se proces fagocitoze ne konča vedno s končnim uničenjem mikroorganizma. Obstajajo patogeni, ki lahko preživijo znotraj fagosomov zaradi posebej razvitih obrambnih mehanizmov. Dober primer so bacili tuberkuloze, ki lahko v makrofagih preživijo dolga leta.
Načini izogibanja fagocitozi z mikroorganizmi
Fagocitoza kot sredstvo za odpravo "bioloških nasprotnikov" je zelo star mehanizem. Iz tega razloga so nekateri mikroorganizmi uspeli razviti načine, kako se izogniti ali preživeti fagocitozo. Tu so njihovi primeri:
- ubijanje fagocitov
Zdi se, da se fagocitozi najlažje izognemo tako, da nevtraliziramo celico, ki jo povzroča. Nekateri mikroorganizmi lahko proizvajajo snovi, ki nepopravljivo poškodujejo fagocite. Primer takega patogena je staphylococcus aureus (latinsko. zlati stafilokok), pri čemer nastajajo toksini, ki z uničenjem celičnih membran fagocitov povzročijo njihovo smrt.
- izumrtje vnetnega odziva
Vnetje v vratih okužbe olajša prenos okužbenega signala. Zahvaljujoč njej je možna aktivacija in prihod fagocitov na pravilno lokacijo. Obstajajo patogeni, ki se lahko prikrijejo tako, da jih gostiteljski imunski sistem ne prepozna in da ne povzročajo vnetij.
- izogibanje opsonizaciji
Opsonizacija ali posebno "označevanje" patogenov je eden najučinkovitejših načinov za olajšanje fagocitoze. Ni čudno, da se mu mikrobi poskušajo izogniti. Nekateri sevi stafilokokov lahko uničijo opsonine ali jih skrijejo na svoji površini.
- izogibanje prepoznavanju fagocitov
Da bi se proces fagocitoze začel, je treba prepoznati škodljivost danega mikroorganizma s strani fagocitov. Nekateri patogeni, na primer spirohete Treponema pallidum povzroča, da lahko sifilis na površino pritrdi antigene, podobne gostiteljskim celicam. Nato jih imunski sistem prepozna kot svoje, kar omogoča patogenom, da se izognejo fagocitozi.
- blokada proizvodnje fagosomov
Ena ključnih faz fagocitoze je obdajanje napadenega mikroorganizma z mehurčkom, ki se nato absorbira v celico. V naravi pa se temu lahko izognemo na veliko načinov. Nekateri mikrobi proizvajajo snovi, ki razgradijo fagosomsko steno. Drugačen mehanizem uporablja palica modrega olja (Pseudomonas aeruginosa). Ta bakterija okoli sebe ustvari spolzko prevleko (biofilm), ki preprečuje nastanek mehurčka.
- preživetje znotraj fagocitov
Fagolizosom postane končni življenjski prostor patogenov med fagocitozo. Njegovo okolje je izredno sovražno; polna je encimov in smrtonosnih snovi. Mikroorganizmi pa lahko razvijejo mehanizme, ki jim omogočajo preživetje tudi v tako težkih razmerah. En primer je tuberkuloza (Mycobacterium tuberculosis). Ta bakterija je razvila posebno celično membrano z zelo visoko vsebnostjo lipidov, na katero standardni prebavni encimi ne vplivajo.
- pobeg iz fagosoma
Ne glede na to, kako neverjetno se sliši pobegniti pred fagosomom, res obstajajo mikrobi, ki so razvili tako pameten obrambni mehanizem. Listeria monocytogenes proizvaja snovi, ki lahko uničijo fagosomsko steno. Še več, ta patogen se lahko po pobegu iz fagosoma razmnoži znotraj fagocita in tudi ven izstopi izven njegovih meja.
Motnje fagocitoze
Pravilno voden proces fagocitoze je bistvenega pomena za učinkovito delovanje imunskega sistema. Motnje v nekaterih fazah fagocitoze so osnova za bolezni imunske pomanjkljivosti. Primeri takih pogojev so:
- Kronična granulomatozna bolezen
Vzrok kronične granulomatozne bolezni je motnja fagocitoze v fazi nastajanja kisika. Pomanjkanje ustreznega encima (tako imenovana NADPH oksidaza) preprečuje nastanek reaktivnih kisikovih vrst, kar pa ne omogoča hitrega in učinkovitega odstranjevanja mikroorganizmov.
Škoda z encimi je genetska, zato vzročne obravnave bolezni še ni. Kronična granulomatozna bolezen povzroča pogoste okužbe in nastanek abscesov in granulomov zaradi neučinkovitega sistema za odstranjevanje znotrajceličnih patogenov.
Preberite tudi: Wegenerjeva granulomatoza: vzroki, simptomi in zdravljenje
- Chediak-Higashi sindrom
Pri sindromu Chediak-Higashi obstaja napaka fagocitoze na stopnji povezave fagosom-lizosom. Genetska mutacija enega od proteinov preprečuje prenos prebavnih encimov v vezikul, ki vsebuje patogen, in s tem preprečuje njegovo izločanje.
Poleg znatne okvare imunosti so za sindrom Chediak-Higashi značilni tudi albinizem in motnje živčnega sistema.
Bibliografija:
- "Fagocitoza: temeljni proces imunosti" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Nadzor fagocitoze z mikrobnimi patogeni" C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. izdaja
- "Fagocitoza: imunobiološki proces" S. Gordon, imunost, pregled, letnik 44, številka 3, P463-475, 15. marec 2016
Preberite več člankov tega avtorja
