Fagocitoza je jedan od najosnovnijih i, istovremeno, najučinkovitijih obrambenih mehanizama ljudskog tijela. Ispravno funkcioniranje procesa fagocitoze bitna je komponenta pravilnog imunološkog odgovora. Saznajte što je točno fagocitoza, kako fagocitoza djeluje, zašto je potrebna fagocitoza i koje učinke mogu imati poremećaji fagocitoze?
Fagocitoza je gutanje patogena, fragmenata mrtvih stanica i sitnih čestica od strane specijaliziranih stanica nazvanih fagociti. Fagocitozu možemo usporediti s "čišćenjem" na staničnoj razini - omogućuje stanicama da se riješe nepotrebnih ili opasnih elemenata.
Sadržaj:
- Što je fagocitoza?
- Uloga fagocitoze u tijelu
- Koje stanice imaju sposobnost fagocitoze?
- Fagocitoza - vrste
- spontana fagocitoza (tzv. nativna)
- olakšana fagocitoza
- Fagocitoza - faze
- Fagocitoza - i što dalje?
- Načini izbjegavanja fagocitoze mikroorganizmima
- Poremećaji fagocitoze
- Kronična granulomatozna bolest
- Chediak-Higashi sindrom
Što je fagocitoza?
Fagocitoza je biološki proces u kojem stanica apsorbira strane čestice. Fenomen fagocitoze čest je u mnogih živih organizama - oni najprimitivniji (npr. Protozoji) koriste fagocitozu kao način uzimanja hrane iz vanjskog okruženja.
Kod ljudi sposobnost fagocitoze prvenstveno koriste stanice imunološkog sustava.
Fagocitoza pripada mehanizmima urođenog ili nespecifičnog imuniteta. Proces fagocitoze stoga je jedna od prvih i osnovnih obrambenih linija našeg tijela. Pored uloge u imunološkom sustavu, fagocitoza je od velike važnosti za održavanje homeostaze tkiva (ili ravnoteže).
Fagocitoza omogućuje uklanjanje mrtvih i oštećenih stanica vlastitog tijela, što zauzvrat omogućuje učinkovitu regeneraciju i rekonstrukciju svih tkiva.
Fagocitoza je jedna od vrsta endocitoze, tj. Prijenos molekula iz vanjskog okruženja u unutrašnjost stanice. U fagocitozi se krute čestice apsorbiraju: fagocitna stanica prvo ih okružuje fragmentom vlastite stanične membrane, a zatim uvlači unutra. Tako nastaje vezikula koja sadrži apsorbiranu česticu, koja se naziva fagosom.
Sadržaj fagosoma zatim se probavlja raznim kemikalijama i enzimima. Čitav postupak nalikuje "jelu" čestice od strane stanice, što se odražava i na pojam fagocitoza.
Ime dolazi od grčkog phagein, što znači "jesti, žderati".
Fagocitoza se u našem tijelu odvija cijelo vrijeme - milijarde fagocita neprestano "jedu" opasne mikroorganizme, fragmente mrtvih stanica ili nepotrebne čestice. To je uobičajen proces, iako izuzetno složen.
Ispravno prepoznavanje cilja od strane fagocitne stanice i pravilna interakcija između fagocita i cilja "napada" zahtijeva kontinuiranu suradnju različitih proteina, signalnih molekula, antitijela i pomoćnih stanica.
Uloga fagocitoze u tijelu
Nije teško pogoditi da je osnovna primjena procesa fagocitoze obrana našeg tijela od patogena. Prodiranje zaraznog agensa u tijelo započinje kaskadu signala za "pozivanje" fagocitnih stanica na mjesto infekcije.
Počinje akutna upala čija je uloga neutralizirati patogen. Fagociti do krvi leze u krv, što je jedan od najvažnijih mehanizama primarnog imunološkog odgovora. Na mjestu upale fagociti "jedu" i patogene i stanice koje su njima oštećene.
Tijekom infekcije postoji još jedna, vrlo važna vrsta fagocitoze. To je takozvana eferocitoza.
Proces eferocitoze uključuje gutanje stanica koje umiru kad upala popusti. Nakon što fagociti ispune svoju funkciju i eliminiraju patogene, postaju nepotrebni.
Tada umiru prirodno, nakon čega slijedi eferocitoza ili "čišćenje bojnog polja". Ova vrsta fagocitoze smanjuje upalu i omogućuje tijelu da se vrati u stanje prije infekcije.
U ovom trenutku vrijedi naglasiti da je odumiranje stanica u našem tijelu proces koji se neprestano događa, ne samo kao posljedica infekcije. Svaka stanica ima određeni životni vijek, nakon čega umire i zamjenjuje se novom. Proces programirane stanične smrti naziva se apoptoza.
Apoptoza je prirodni fenomen koji omogućuje da se naša tkiva neprestano obnavljaju. Da bi se umiruće stanice mogle zamijeniti novim kolegama, prvo ih je potrebno očistiti. Kao što lako možete pretpostaviti, ovo je i zadatak fagocita.
Apoptotske (umiruće) stanice emitiraju posebne signale na površini svojih staničnih membrana, što omogućuje njihovo prepoznavanje i neutralizaciju fagocitima.
U tom se slučaju fagocitoza javlja bez upale. Dakle, vidimo da fagocitoza nije samo metoda obrane od stranih mikroorganizama, već i proces koji omogućuje razvoj, preoblikovanje i obnavljanje svih tkiva.
Koje stanice imaju sposobnost fagocitoze?
Stanice sposobne za provođenje fagocitoze nazivaju se fagocitima. Ovisno o učinkovitosti i djelotvornosti fagocitoze, razlikujemo tzv profesionalni i neprofesionalni fagociti.
Neprofesionalni fagociti "fagocitozom" se bave "povremeno" - ovaj proces nije njihov glavni zadatak. Međutim, ponekad u blizini tih stanica ima čestica / fragmenata mrtvih stanica koje trebaju čišćenje.
Tada pokazuju određenu fagocitnu aktivnost, iako je u usporedbi s profesionalnim fagocitima znatno ograničena i manje učinkovita. Mnoge vrste stanica klasificirane su kao neprofesionalni fagociti, uklj. epitelne stanice, neke stanice vezivnog tkiva, kao i vaskularni endotelij.
Profesionalni fagociti su glavne stanice odgovorne za fagocitozu u našem tijelu. Među njima razlikujemo uglavnom neutrofile, monocite i makrofage. Te stanice pripadaju obitelji leukocita, odnosno bijelih krvnih stanica, koje uglavnom obavljaju imunološke funkcije. Sve tri vrste profesionalnih fagocita specijalizirale su se za fagocitozu, iako je svaka provodi ponešto drugačije.
Neutrofili su glavne stanice odgovorne za razvoj akutne upale. U normalnim okolnostima, neutrofili cirkuliraju krvlju kroz tijelo. Kada infekcija započne, ove stanice se odmah skupljaju u fokus bolesti. Fagocitoza posredovana neutrofilima brza je i intenzivna: ove stanice imaju širok spektar načina za inaktivaciju apsorbiranih patogena.
Monociti, poput neutrofila, cirkuliraju u krvotoku, međutim, mogu napustiti krvotok i kolonizirati različita tkiva. Zreli monociti zatim se transformiraju u tkivne makrofage. Makrofagom posredovana fagocitoza je manje brza i puno sporija. Makrofagi su glavni bazen stanica koji se nalaze na mjestima kronične upale.
Fagocitoza - vrste
Fagocitoza je složen proces koji ovisi o vrsti fagocitne stanice, objektu koji prolazi fagocitozu i mnogim posredničkim molekulama. Postoje dva osnovna puta fagocitoze:
- spontana fagocitoza (tzv. nativna)
Radi se o relativno sporoj fagocitozi koja je rijetko uključena u antimikrobni odgovor. Uloga spontane fagocitoze je uklanjanje mrtvih stanica i "čišćenje" nepotrebnih elemenata u tkivima. Da bi se pokrenula spontana fagocitoza, potrebno je potaknuti tzv "receptori za čišćenje" prvenstveno prisutni na makrofazima. Ova vrsta fagocitoze protuupalne je prirode.
- olakšana fagocitoza
Olakšana fagocitoza je mnogo brža i učinkovitija od spontane fagocitoze. Zahvaljujući tome, vrlo je učinkovit u uništavanju patogena. Da bi se proces fagocitoze odvijao tako intenzivno, potrebni su - kao što i samo ime govori - neka postrojenja.
Kako fagociti mogu olakšati njihovu aktivnost? Jedna od najčešćih metoda je posebno "označavanje" predmeta koji se trebaju zbrinuti. Taj se proces naziva opsonizacija.
Bit opsonizacije je vezivanje određenih molekula za površinu mikroorganizma. Ovaj "označeni" patogen brzo je usmjeren i uništen od strane ćelija hrane. Molekule koje omogućuju opsonizaciju nazivaju se opsonini. To su uglavnom antitijela i komponente tzv sustav komplementa.
Opsonini učinkovito prepoznaju patogene, obilježavaju ih i tako značajno olakšavaju tijek procesa fagocitoze.
Fagocitoza - faze
Već znamo koje se stanice, kada i zašto bave fagocitozom. Pokušajmo pomno pratiti ovaj postupak:
1. Aktivacija i priljev fagocita na mjesto infekcije
Prodiranje mikroorganizma u tijelo uzrokuje trenutnu stimulaciju imunološkog sustava. Stanice na vratima infekcije počinju slati signal o postojećoj prijetnji.
Molekule glasnika (uglavnom takozvani proupalni citokini) šire se kroz krvotok. Na taj način fagociti "saznaju" da su se zarazili i aktivirali.
Aktivirani fagociti krvlju stižu do mjesta zaraze. Učinkovit priljev fagocita na ispravno mjesto moguć je zahvaljujući tzv kemotaksija. To je proces usmjerenog kretanja stanica pod utjecajem kemijskih signala.
Aktivni fagociti također imaju sposobnost prolaska kroz zidove krvnih žila, stvarajući upalni infiltrat na mjestu infekcije.
2. Prepoznavanje patogena
Kad fagociti dođu do mjesta zaraze, počinju prepoznavati patogene. Taj postupak često olakšavaju druge molekule (vidi odjeljak 4 radi olakšane fagocitoze). Svaki fagocit na površini svoje stanične membrane ima tzv receptore, tj. proteine koji omogućuju prepoznavanje različitih molekula.
Kada se stimuliraju receptori odgovorni za prepoznavanje mikroorganizama, fagocit se čvrsto veže za metu svog napada.
3. Apsorpcija uzročnika
Fagocit "zalijepljen" za patogen započinje proces njegove apsorpcije. Stanična membrana fagocita počinje okruživati patogena, "penjući se" po njegovim rubovima. To stvara mjehurić koji sadrži mikroorganizam. Ova vezikula, koja se naziva fagosom, sada je unutar fagocitne stanice. Kako bi mikroorganizam bio u potpunosti bezopasan, potrebno je uništiti sadržaj fagosoma.
Probava sadržaja fagosoma
Da bi se sadržaj fagosoma probavio, potrebno je u njegovu unutrašnjost dostaviti probavne enzime. Takvi enzimi pohranjeni su u posebne vezikule zvane lizosomi.
Posljednja faza fagocitoze stoga zahtijeva kombiniranje sadržaja lizosoma sa sadržajem fagosoma - tako nastaju tzv. fagolizom.
Enzimi u lizosomima mogu razgraditi većinu složenih kemikalija, uništavajući mikroorganizam. Eliminacija patogena uz sudjelovanje probavnih enzima naziva se neovisna o kisiku.
Kao što lako možete pretpostaviti, postoji i eliminacija ovisna o kisiku. Puno je brži i učinkovitiji, ali to mogu učiniti samo neki fagociti. O kisiku ovisna eliminacija događa se samo u stanicama sposobnim generirati tzv "eksplozija kisika".
Eksplozija kisika naglo je oslobađanje visoko reaktivnih vrsta kisika (npr. Vodikov peroksid), koje ima snažno antimikrobno djelovanje. Eksplozija kisika započinje niz kemijskih reakcija koje dovode do brzog uklanjanja patogena. O kisiku ovisno uništavanje mikroba karakteristično je prvenstveno za neutrofile.
Fagocitoza - i što dalje?
Proces fagocitoze završava probavom sadržaja fagosoma unutar stanice. Što se događa pored krhotina uništenih čestica? Fagocitna stanica rješava se većine nepotrebnih proizvoda jednostavnim "bacanjem" vani. Međutim, dio materijala koji ostane nakon probave može biti vrlo koristan.
Neki fagociti imaju i druge uloge u imunološkom sustavu. Dobar su primjer makrofagi, koji se osim fagocitozom bave i tzv prezentacija antigena. Prezentacija antigena temelji se na prikazivanju fragmenata drugih imunih stanica uništenih mikroorganizama.
Nakon završetka fagocitoze patogena, makrofag izlaže dio fagocitoziranog materijala na svojoj površini, a zatim s njim "putuje" po tijelu.
Svaka pojedina stanica imunološkog sustava na koju naiđe "uči" kako prepoznati određeni patogen. Ova je pojava izuzetno važna za izgradnju učinkovitih mehanizama antimikrobne obrane.
Također je vrijedno znati da proces fagocitoze ne završava uvijek konačnim uništenjem mikroorganizma. Postoje patogeni koji mogu preživjeti unutar fagosoma zahvaljujući posebno razvijenim obrambenim mehanizmima. Dobar primjer su bacili tuberkuloze, koji unutar makrofaga mogu preživjeti dugi niz godina.
Načini izbjegavanja fagocitoze mikroorganizmima
Fagocitoza kao sredstvo za uklanjanje "bioloških protivnika" vrlo je stari mehanizam. Iz tog su razloga neki mikroorganizmi uspjeli razviti načine za izbjegavanje ili preživljavanje fagocitoze. Evo njihovih primjera:
- ubijajući fagocite
Čini se da je najlakši način za izbjegavanje fagocitoze neutraliziranje stanice koja je uzrokuje. Neki mikroorganizmi imaju sposobnost stvaranja tvari koje nepovratno oštećuju fagocite. Primjer takvog patogena je staphylococcus aureus (lat. Staphylococcus aureus), proizvodeći toksine koji uništavajući stanične membrane fagocita uzrokuju njihovu smrt.
- izumiranje upalnog odgovora
Upala na vratima infekcije olakšava prijenos signala infekcije. Zahvaljujući njemu moguća je aktivacija i dolazak fagocita na točno mjesto. Postoje patogeni koji se mogu maskirati na takav način da ih imunološki sustav domaćina ne prepozna i da izbjegnu izazivanje upale.
- izbjegavanje opsonizacije
Opsonizacija ili posebno "obilježavanje" patogena jedan je od najučinkovitijih načina za olakšavanje fagocitoze. Nije ni čudo što ga mikrobi pokušavaju izbjeći. Neki sojevi stafilokoka mogu uništiti opsonine ili ih sakriti na svojoj površini.
- izbjegavajući prepoznavanje fagocita
Da bi fagocitoza započela, potrebno je prepoznati štetnost datog mikroorganizma od strane fagocita. Određeni patogeni, poput spiroheta Treponema pallidum uzrokujući sifilis mogu se na njihovu površinu prikačiti antigeni slični stanicama domaćina. Tada ih imunološki sustav prepoznaje kao vlastite, što omogućava patogenima da izbjegnu fagocitozu.
- blokada proizvodnje fagosoma
Jedna od ključnih faza fagocitoze je okruživanje napadnutog mikroorganizma vezikulom, koja se zatim apsorbira u stanicu. Međutim, u prirodi postoji mnogo načina da se to izbjegne. Neki mikrobi proizvode tvari koje razgrađuju stijenku fagosoma. Drugačiji mehanizam koristi štap plavog ulja (Pseudomonas aeruginosa). Ova bakterija oko sebe stvara sklisku prevlaku (biofilm) koja sprječava stvaranje mjehurića.
- preživljavanje unutar fagocita
Fagolizosom postaje konačno stanište patogena tijekom fagocitoze. Njegova je okolina izuzetno neprijateljska; pun je enzima i smrtonosnih tvari. Međutim, mikroorganizmi mogu razviti mehanizme koji im omogućuju preživljavanje čak i u tako teškim uvjetima. Jedan od primjera je tuberkuloza (Mycobacterium tuberculosis). Ova je bakterija razvila određenu staničnu membranu s vrlo visokim udjelom lipida na koju ne utječu standardni probavni enzimi.
- bijeg od fagosoma
Koliko god nevjerojatno zvučalo pobjeći od fagosoma, doista postoje mikrobi koji su razvili tako pametan obrambeni mehanizam. Listeria monocytogenes stvara tvari koje mogu uništiti zid fagosoma. Štoviše, ovaj patogen, nakon što pobjegne iz fagosoma, može se razmnožavati unutar fagocita i također izaći dalje izvan njegovih granica.
Poremećaji fagocitoze
Ispravno vođen proces fagocitoze od temeljne je važnosti za učinkovito funkcioniranje imunološkog sustava. Poremećaji u određenim fazama fagocitoze temelj su bolesti imunodeficijencije. Primjeri takvih uvjeta su:
- Kronična granulomatozna bolest
Uzrok kronične granulomatozne bolesti je poremećaj fagocitoze u fazi stvaranja naleta kisika. Nedostatak odgovarajućeg enzima (takozvana NADPH oksidaza) sprječava stvaranje reaktivnih vrsta kisika, što zauzvrat ne omogućuje brzo i učinkovito uklanjanje mikroorganizama.
Oštećenje enzimima je genetsko, pa još nema uzročnog liječenja bolesti. Kronična granulomatozna bolest uzrokuje česte infekcije i stvaranje apscesa i granuloma zbog neadekvatnog sustava za uklanjanje unutarćelijskih patogena.
Također pročitajte: Wegenerova granulomatoza: uzroci, simptomi i liječenje
- Chediak-Higashi sindrom
Kod sindroma Chediak-Higashi postoji nedostatak fagocitoze u fazi povezanosti fagosoma i lizosoma. Genetska mutacija jednog od proteina sprječava prijenos probavnih enzima u vezikulu koja sadrži patogen, čime se sprječava njegovo uklanjanje.
Uz značajno oštećenje imuniteta, albinizam i poremećaji živčanog sustava karakteristični su i za Chediak-Higashi sindrom.
Bibliografija:
- "Fagocitoza: temeljni proces imuniteta" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontrola fagocitoze mikrobnim patogenima", C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017. godine
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. izdanje
- "Fagocitoza: imunobiološki proces" S. Gordon, Imunitet, pregled, svezak 44, broj 3, P463-475, 15. ožujka 2016.
Pročitajte više članaka ovog autora
