Fagocytóza je jedním z nejzákladnějších a zároveň nejúčinnějších obranných mechanismů lidského těla. Správné fungování procesu fagocytózy je nezbytnou součástí správné imunitní odpovědi. Zjistěte, co přesně je fagocytóza, jak funguje fagocytóza, proč je fagocytóza nutná a jaké účinky mohou mít poruchy fagocytózy?
Fagocytóza je požití patogenů, fragmentů mrtvých buněk a drobných částic specializovanými buňkami zvanými fagocyty. Fagocytózu lze přirovnat k „vyčištění“ na buněčné úrovni - umožňuje buňkám zbavit se zbytečných nebo nebezpečných prvků.
Obsah:
- Co je to fagocytóza?
- Úloha fagocytózy v těle
- Které buňky mají schopnost fagocytózy?
- Fagocytóza - typy
- spontánní fagocytóza (tzv. nativní)
- usnadněná fagocytóza
- Fagocytóza - stadia
- Fagocytóza - a co dál?
- Způsoby, jak se vyhnout fagocytóze mikroorganismy
- Poruchy fagocytózy
- Chronická granulomatózní nemoc
- Chediak-Higashiho syndrom
Co je to fagocytóza?
Fagocytóza je biologický proces, při kterém buňka absorbuje cizí částice. Fenomén fagocytózy je běžný v mnoha živých organismech - ty nejprimitivnější (např. Prvoky) používají fagocytózu jako způsob přijímání potravy z vnějšího prostředí.
U lidí je schopnost fagocytózy primárně využívána buňkami imunitního systému.
Fagocytóza patří k mechanismům vrozené nebo nespecifické imunity. Proces fagocytózy je proto jednou z prvních a základních obranných linií našeho těla. Kromě své role v imunitním systému má fagocytóza velký význam pro udržení tkáňové homeostázy (nebo rovnováhy).
Fagocytóza umožňuje odstranění mrtvých a poškozených buněk těla, což zase umožňuje účinnou regeneraci a rekonstrukci všech tkání.
Fagocytóza je jedním z typů endocytózy, tj. Přenosem molekul z vnějšího prostředí do vnitřku buňky. Při fagocytóze jsou absorbovány pevné částice: fagocytická buňka je nejprve obklopí fragmentem vlastní buněčné membrány a poté ji vtáhne dovnitř. Tím se vytvoří vezikul obsahující absorbovanou částici, nazývanou fagozom.
Obsah fagozomu je poté tráven různými chemikáliemi a enzymy. Celý proces se podobá „pojídání“ částice buňkou, což se také odráží v termínu fagocytóza.
Název pochází z řeckého fageinu, což znamená „jíst, hltat“.
Fagocytóza probíhá v našem těle neustále - miliardy fagocytů neustále „žerou“ nebezpečné mikroorganismy, fragmenty odumřelých buněk nebo zbytečné částice. Je to běžný, i když extrémně komplikovaný proces.
Správné rozpoznání cíle fagocytující buňkou a správná interakce mezi fagocytem a cílem „útoku“ vyžaduje nepřetržitou spolupráci různých proteinů, signálních molekul, protilátek a pomocných buněk.
Úloha fagocytózy v těle
Není těžké uhodnout, že základní aplikací procesu fagocytózy je obrana našeho těla před patogeny. Pronikání infekčního agens do těla spouští kaskádu signálů, které mají „vyvolat“ fagocytující buňky do místa infekce.
Začíná akutní zánět, jehož úlohou je neutralizovat patogen. Fagocyty proudí krví do léze, což představuje jeden z nejdůležitějších mechanismů primární imunitní odpovědi. V místě zánětu fagocyty „jedí“ jak patogeny, tak buňky nimi poškozené.
V průběhu infekce existuje další, velmi důležitý typ fagocytózy. Jedná se o takzvanou eferocytózu.
Proces eferocytózy zahrnuje polykání buněk, které odumírají, když zánět ustoupí. Jakmile fagocyty splní svoji funkci a eliminují patogeny, stanou se zbytečnými.
Pak přirozeně zemřou, následuje eferocytóza nebo „vyčištění bojiště“. Tento typ fagocytózy snižuje zánět a umožňuje tělu vrátit se do stavu před infekcí.
V tomto okamžiku je třeba zdůraznit, že umírání buněk v našem těle je nepřetržitý proces, nejen v důsledku infekce. Každá buňka má určitou délku života, po které zemře a je nahrazena novou. Proces programované buněčné smrti se nazývá apoptóza.
Apoptóza je přirozený jev, který umožňuje našim tkáním neustále se obnovovat. Aby mohly být umírající buňky nahrazeny novými protějšky, musí být nejprve vyčištěny. Jak můžete snadno uhodnout, toto je také úkolem fagocytů.
Apoptotické (umírající) buňky vysílají na povrch buněčných membrán speciální signály, které umožňují jejich rozpoznání a neutralizaci fagocyty.
V tomto případě dochází k fagocytóze bez zánětu. Vidíme tedy, že fagocytóza není jen metodou obrany proti cizím mikroorganismům, ale také procesem, který umožňuje vývoj, remodelaci a obnovu všech tkání.
Které buňky mají schopnost fagocytózy?
Buňky schopné provádět fagocytózu se nazývají fagocyty. V závislosti na účinnosti a účinnosti fagocytózy rozlišujeme tzv profesionální a neprofesionální fagocyty.
Neprofesionální fagocyty se zabývají fagocytózou „příležitostně“ - tento proces není jejich hlavním úkolem. Někdy se však v blízkosti těchto buněk nacházejí částice / fragmenty odumřelých buněk, které vyžadují čištění.
Poté vykazují určitou fagocytární aktivitu, i když ve srovnání s profesionálními fagocyty je výrazně omezená a méně účinná. Mnoho typů buněk je klasifikováno jako neprofesionální fagocyty, vč. epiteliální buňky, některé buňky pojivové tkáně, stejně jako vaskulární endotel.
Profesionální fagocyty jsou hlavní buňky odpovědné za fagocytózu v našem těle. Mezi nimi rozlišujeme hlavně neutrofily, monocyty a makrofágy. Tyto buňky patří do rodiny leukocytů nebo bílých krvinek, které vykonávají hlavně imunitní funkce. Všechny tři typy profesionálních fagocytů se specializují na fagocytózu, ačkoli každý z nich to provádí mírně odlišně.
Neutrofily jsou hlavní buňky odpovědné za rozvoj akutního zánětu. Za normálních okolností neutrofily cirkulují s krví v celém těle. Když začne infekce, tyto buňky se okamžitě shlukují v ohnisku nemoci. Fagocytóza zprostředkovaná neutrofily je rychlá a intenzivní: tyto buňky mají širokou škálu způsobů, jak deaktivovat absorbované patogeny.
Monocyty, jako neutrofily, cirkulují v krevním řečišti, mohou však krev opustit a kolonizovat různé tkáně. Zralé monocyty se poté transformují na tkáňové makrofágy. Fagocytóza zprostředkovaná makrofágy je méně rychlá a mnohem pomalejší. Makrofágy jsou hlavní skupinou buněk nacházejících se v místech chronického zánětu.
Fagocytóza - typy
Fagocytóza je komplikovaný proces, který závisí na typu fagocytické buňky, objektu podstupujícím fagocytózu a mnoha zprostředkujících molekul. Existují dvě základní cesty fagocytózy:
- spontánní fagocytóza (tzv. nativní)
Jedná se o relativně pomalu se vyskytující fagocytózu, která se na antimikrobiální reakci podílí jen zřídka. Úlohou spontánní fagocytózy je odstranit mrtvé buňky a „vyčistit“ nepotřebné prvky v tkáních. K zahájení spontánní fagocytózy je nutné stimulovat tzv „zachycovací receptory“ primárně přítomné na makrofágech. Tento typ fagocytózy má protizánětlivou povahu.
- usnadněná fagocytóza
Usnadněná fagocytóza je mnohem rychlejší a účinnější než spontánní fagocytóza. Výsledkem je, že je vysoce účinný při ničení patogenů. Aby proces fagocytózy probíhal tak intenzivně, je nutné - jak název napovídá - některá zařízení.
Jak mohou fagocyty usnadnit jejich aktivitu? Jednou z nejběžnějších metod je speciální „značení“ předmětů, které by měly být zlikvidovány. Tento proces se nazývá opsonizace.
Podstatou opsonizace je připojení určitých molekul k povrchu mikroorganismu. Tento „označený“ patogen je rychle zacílen a zničen potravinovými buňkami. Molekuly, které umožňují opsonizaci, se nazývají opsoniny. Jedná se hlavně o protilátky a složky tzv systém doplňků.
Opsoniny účinně rozpoznávají patogeny, označují je a významně tak usnadňují průběh procesu fagocytózy.
Fagocytóza - stadia
Už víme, které buňky, kdy a proč, se zabývají fagocytózou. Zkusme tedy tento proces pečlivě sledovat:
1. Aktivace a příliv fagocytů do místa infekce
Proniknutí mikroorganismu do těla způsobuje okamžitou stimulaci imunitního systému. Buňky v bráně infekce začnou vysílat signál o existující hrozbě.
Poselské molekuly (hlavně takzvané prozánětlivé cytokiny) se šíří po celé krvi. Tímto způsobem se fagocyty „učí“, že se nakazily a aktivovaly.
Aktivované fagocyty se dostanou do místa infekce krví. Efektivní příliv fagocytů na správné místo je možný díky tzv chemotaxe. Jedná se o proces řízeného pohybu buněk pod vlivem chemických signálů.
Aktivní fagocyty mají také schopnost procházet stěnami krevních cév a vytvářet zánětlivý infiltrát v místě infekce.
2. Rozpoznání patogenu
Když fagocyty dosáhnou místa infekce, začnou rozpoznávat patogeny. Tento proces je často usnadněn jinými molekulami (usnadněná fagocytóza viz část 4). Každý fagocyt má na povrchu své buněčné membrány tzv receptory, tj. proteiny, které umožňují rozpoznávání různých molekul.
Když jsou stimulovány receptory odpovědné za rozpoznávání mikroorganismů, fagocyt se pevně váže na cíl svého útoku.
3. Absorpce patogenu
Fagocyt „přilepený“ k patogenu zahajuje proces jeho absorpce. Buněčná membrána fagocytů začíná obklopovat patogen a „šplhá“ po jeho okrajích. Tím se vytvoří vezikul obsahující mikroorganismus. Tento váček, nazývaný fagozom, je nyní uvnitř fagocytické buňky. Aby byl mikroorganismus plně neškodný, je nutné zničit obsah fagosomu.
Trávení obsahu fagozomu
Aby byl obsah fagozomu tráven, je nutné do něj dodávat trávicí enzymy. Tyto enzymy jsou uloženy ve speciálních vezikulách nazývaných lysozomy.
Poslední fáze fagocytózy proto vyžaduje kombinování obsahu lysozomů s obsahem fagozomu - takto vznikají tzv. fagolysozom.
Enzymy v lysozomech mohou rozkládat nejsložitější chemikálie a ničit mikroorganismy. Eliminace patogenu za účasti trávicích enzymů se nazývá kyslíkově nezávislá.
Jak můžete snadno uhodnout, existuje také eliminace závislá na kyslíku. Je to mnohem rychlejší a efektivnější, ale zvládnou to jen některé fagocyty. K eliminaci závislé na kyslíku dochází pouze v buňkách schopných generovat tzv „výbuch kyslíku“.
Výbuch kyslíku je náhlé uvolnění vysoce reaktivních druhů kyslíku (např. Peroxidu vodíku), které mají silný antimikrobiální účinek. Výbuch kyslíku zahajuje řadu chemických reakcí vedoucích k rychlé eliminaci patogenů. Zničení mikrobů závislé na kyslíku je charakteristické především pro neutrofily.
Fagocytóza - a co dál?
Proces fagocytózy končí trávením obsahu fagozomu uvnitř buňky. Co se stane vedle trosek zničených částic? Fagocytární buňka se zbaví většiny nepotřebných produktů pouhým „vyhodením“ ven. Část materiálu, který zbyl po trávení, však může být velmi užitečná.
Některé fagocyty také hrají v imunitním systému jiné role. Dobrým příkladem jsou makrofágy, které se kromě fagocytózy zabývají také tzv prezentace antigenů. Prezentace antigenu je založena na zobrazení fragmentů zničených mikroorganismů z jiných imunitních buněk.
Po skončení fagocytózy patogenu vystaví makrofág na svém povrchu část fagocytárního materiálu a poté s ním „cestuje“ po celém těle.
Každá buňka imunitního systému, se kterou se setká, se „naučí“, jak rozpoznat konkrétní patogen. Tento jev je nesmírně důležitý při budování účinných mechanismů antimikrobiální obrany.
Je také třeba vědět, že proces fagocytózy ne vždy končí konečnou destrukcí mikroorganismu. Existují patogeny, které mohou přežít uvnitř fagozomů díky speciálně vyvinutým obranným mechanismům. Dobrým příkladem jsou tuberkulóza bacily, které mohou přežít uvnitř makrofágů po mnoho let.
Způsoby, jak se vyhnout fagocytóze mikroorganismy
Fagocytóza jako prostředek eliminace „biologických oponentů“ je velmi starý mechanismus. Z tohoto důvodu se některým mikroorganismům podařilo vyvinout způsoby, jak se vyhnout nebo přežít fagocytózu. Zde jsou jejich příklady:
- zabíjení fagocytů
Nejjednodušším způsobem, jak se vyhnout fagocytóze, je neutralizace buňky, která ji způsobuje. Některé mikroorganismy mají schopnost produkovat látky, které nevratně poškozují fagocyty. Příkladem takového patogenu je staphylococcus aureus (latinsky. Staphylococcus aureus), produkující toxiny, které ničením buněčných membrán fagocytů způsobují jejich smrt.
- zánik zánětlivé reakce
Zánět v bráně infekce usnadňuje přenos signálu infekce. Díky tomu je možná aktivace a příjezd fagocytů na správné místo. Existují patogeny, které se mohou maskovat takovým způsobem, aby nebyly rozpoznány imunitním systémem hostitele a aby nezpůsobovaly zánět.
- vyhýbání se opsonizaci
Opsonizace nebo speciální „označení“ patogenů je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak usnadnit fagocytózu. Není divu, že se tomu mikroby snaží vyhnout. Některé kmeny stafylokoků mohou opsoniny zničit nebo je skrýt na povrchu.
- vyhýbání se rozpoznávání fagocytů
K zahájení fagocytózy je nutné rozpoznat škodlivost daného mikroorganismu fagocytem. Některé patogeny, jako jsou spirochety Treponema pallidum způsobující syfilis se může připojit k jejich povrchovým antigenům podobným hostitelským buňkám. Imunitní systém je poté rozpozná jako své vlastní, což umožňuje patogenům vyhnout se fagocytóze.
- blokování produkce fagozomů
Jedním z klíčových stádií fagocytózy je obklopení napadeného mikroorganismu vezikulem, který je poté absorbován do buňky. V přírodě však existuje mnoho způsobů, jak se tomu vyhnout. Některé mikroby produkují látky, které rozkládají fagozomovou stěnu. Jiný mechanismus používá tyčinka modrého oleje (Pseudomonas aeruginosa). Tato bakterie vytváří kolem sebe kluzký povlak (biofilm), který zabraňuje tvorbě bublin.
- přežití uvnitř fagocytů
Fagolysozom se během fagocytózy stává konečným stanovištěm patogenů. Jeho prostředí je extrémně nepřátelské; je plný enzymů a smrtících látek. Mikroorganismy však mohou vyvinout mechanismy, které jim umožní přežít i v takových obtížných podmínkách. Jedním z příkladů je tuberkulóza (Mycobacterium tuberculosis). Tato bakterie vyvinula speciální buněčnou membránu s velmi vysokým obsahem lipidů, která není ovlivněna standardními trávicími enzymy.
- uniknout z fagozomu
Jak neuvěřitelně to zní uniknout z fagosomu, existují skutečně mikroby, které vyvinuly takový chytrý obranný mechanismus. Listeria monocytogenes produkuje látky, které mohou zničit stěnu fagozomu. Navíc se tento patogen po úniku z fagozomu může množit uvnitř fagocytů a také se dostat dále za jeho hranice.
Poruchy fagocytózy
Správně probíhající proces fagocytózy má zásadní význam pro účinné fungování imunitního systému. Poruchy v určitých stádiích fagocytózy jsou základem onemocnění imunodeficience. Příklady takových podmínek jsou:
- Chronická granulomatózní nemoc
Příčinou chronického granulomatózního onemocnění je porucha fagocytózy ve fázi generování kyslíkového výbuchu. Nedostatek vhodného enzymu (takzvaná NADPH oxidáza) brání tvorbě reaktivních forem kyslíku, což zase neumožňuje rychlou a účinnou eliminaci mikroorganismů.
Poškození enzymů je genetické, takže dosud neexistuje kauzální léčba nemoci. Chronické granulomatózní onemocnění způsobuje časté infekce a tvorbu abscesů a granulomů v důsledku neúčinného systému eliminace intracelulárních patogenů.
Přečtěte si také: Wegenerova granulomatóza: příčiny, příznaky a léčba
- Chediak-Higashiho syndrom
U syndromu Chediak-Higashi se vyskytuje porucha fagocytózy ve stadiu spojení fagozom-lysozom. Genetická mutace jednoho z proteinů brání přenosu trávicích enzymů do váčku obsahujícího patogen, čímž brání jeho eliminaci.
Kromě významného poškození imunity je pro Chediak-Higashi syndrom charakteristický také albinismus a poruchy fungování nervového systému.
Bibliografie:
- „Fagocytóza: základní imunitní proces“ C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontrola fagocytózy mikrobiálními patogeny" C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- „Immunologia“ K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. vydání
- „Phagocytosis: An Immunobiologic Process“ S. Gordon, Immunity, Review, svazek 44, číslo 3, P463-475, 15. března 2016
Přečtěte si více článků od tohoto autora
