Fagocytos är en av de mest grundläggande och samtidigt de mest effektiva försvarsmekanismerna i människokroppen. Att fungocytosprocessen fungerar korrekt är en väsentlig komponent i ett korrekt immunsvar. Ta reda på exakt fagocytos, hur fagocytos fungerar, varför fagocytos behövs och vilka effekter kan fagocytosstörningar ha?
Fagocytos är när patogener, döda cellfragment och små partiklar absorberas av specialiserade celler som kallas fagocyter. Fagocytos kan jämföras med att "städa upp" på mobilnivå - det gör att celler kan bli av med onödiga eller farliga element.
Innehållsförteckning:
- Vad är fagocytos?
- Fagocytos roll i kroppen
- Vilka celler har förmågan att fagocytosera?
- Fagocytos - typer
- spontan fagocytos (så kallad infödd)
- underlättade fagocytos
- Fagocytos - stadier
- Fagocytos - och vad händer nu?
- Sätt att undvika fagocytos av mikroorganismer
- Fagocytosstörningar
- Kronisk granulomatös sjukdom
- Chediak-Higashis syndrom
Vad är fagocytos?
Fagocytos är en biologisk process där en cell absorberar främmande partiklar. Fenomenet fagocytos är vanligt i många levande organismer - de mest primitiva (t.ex. protozoer) använder fagocytos som ett sätt att ta mat från den yttre miljön.
Hos människor används förmågan att fagocytos primärt av cellerna i immunsystemet.
Fagocytos tillhör mekanismerna för medfödd eller icke-specifik immunitet. Processen med fagocytos är därför en av de första och grundläggande försvarslinjerna i vår kropp. Förutom dess roll i immunsystemet är fagocytos av stor betydelse för att upprätthålla vävnadshomeostas (eller jämvikt).
Fagocytos möjliggör avlägsnande av döda och skadade celler i kroppens egen kropp, vilket i sin tur möjliggör effektiv regenerering och rekonstruktion av alla vävnader.
Fagocytos är en av typerna av endocytos, dvs överföring av molekyler från den yttre miljön till insidan av cellen. I fagocytos absorberas fasta partiklar: den fagocytiska cellen omger dem först med ett fragment av sitt eget cellmembran och drar det sedan inåt. Detta skapar en vesikel som innehåller en absorberad partikel, kallad fagosom.
Fagosominnehållet rötas sedan med en mängd olika kemikalier och enzymer. Hela processen liknar cellens "ätning" av partikeln, vilket också återspeglas i termen fagocytos.
Namnet kommer från det grekiska faginet, vilket betyder "att äta, att sluka".
Fagocytos äger rum i vår kropp hela tiden - miljarder fagocyter "äter" ständigt farliga mikroorganismer, fragment av döda celler eller onödiga partiklar. Det är en vanlig, om än extremt komplicerad process.
Korrekt igenkänning av målet med den fagocytiska cellen och korrekt interaktion mellan fagocyten och målet för "attack" kräver kontinuerligt samarbete mellan en mängd olika proteiner, signalmolekyler, antikroppar och hjälpceller.
Fagocytos roll i kroppen
Det är inte svårt att gissa att den grundläggande tillämpningen av fagocytosprocessen är vår kropps försvar mot patogener. Genomträngningen av ett infektiöst medel i kroppen startar en kaskad av signaler för att "kalla" fagocytiska celler till infektionsstället.
Akut inflammation börjar, vars roll är att neutralisera patogenen. Fagocyter flyter till lesionen med blodet och är en av de viktigaste mekanismerna för det primära immunsvaret. På platsen för inflammation "äter" fagocyter både patogener och de celler som skadats av dem.
Under infektionen finns det en annan, mycket viktig typ av fagocytos. Det är den så kallade eferocytosen.
Processen med eferocytos innebär att man sväljer döende celler när inflammationen avtar. När fagocyterna har uppfyllt sin funktion och eliminerat patogener blir de onödiga.
Sedan dör de naturligt, följt av eferocytos, det vill säga "rengöring av slagfältet". Denna typ av fagocytos minskar inflammation och gör att kroppen kan återgå till sitt tillstånd före infektionen.
Vid denna tidpunkt är det värt att betona att dö av celler i vår kropp är en process som sker kontinuerligt, inte bara som ett resultat av infektion. Varje cell har en specifik livslängd, varefter den dör och ersätts med en ny. Processen för programmerad celldöd kallas apoptos.
Apoptos är ett naturfenomen som gör att våra vävnader ständigt kan förnyas. För att de döende cellerna ska kunna ersättas med sina nya motsvarigheter måste de först rengöras. Som du enkelt kan gissa är detta också fagocyternas uppgift.
Apoptotiska (döende) celler avger speciella signaler på ytan av deras cellmembran, vilket möjliggör deras igenkänning och neutralisering av fagocyter.
I detta fall inträffar fagocytos utan inflammation. Så vi ser att fagocytos inte bara är en metod för försvar mot främmande mikroorganismer utan också en process som möjliggör utveckling, ombyggnad och förnyelse av alla vävnader.
Vilka celler har förmågan att fagocytosera?
Celler som kan utföra fagocytos kallas fagocyter. Beroende på fagocytosens effektivitet och skillnad skiljer vi ut den så kallade professionella och icke-professionella fagocyter.
Icke-professionella fagocyter hanterar fagocytos "tillfälligt" - denna process är inte deras huvuduppgift. Ibland finns det emellertid partiklar / fragment av döda celler i närheten av dessa celler som behöver rengöras.
Sedan visar de en viss fagocytisk aktivitet, men jämfört med professionella fagocyter är den betydligt begränsad och mindre effektiv. Många typer av celler klassificeras som icke-professionella fagocyter, inkl. epitelceller, några bindvävsceller, såväl som vaskulärt endotel.
Professionella fagocyter är de viktigaste cellerna som är ansvariga för fagocytos i vår kropp. Bland dem skiljer vi främst neutrofiler, monocyter och makrofager. Dessa celler tillhör familjen leukocyter, eller vita blodkroppar, som huvudsakligen utför immunfunktioner. Alla tre typer av professionella fagocyter är specialiserade på fagocytos, även om de utför det något annorlunda.
Neutrofiler är huvudcellerna som är ansvariga för utvecklingen av akut inflammation. Under normala omständigheter cirkulerar neutrofiler med blodet genom hela kroppen. När en infektion börjar samlas dessa celler omedelbart i sjukdomsfokus. Neutrofilmedierad fagocytos är snabb och intensiv: dessa celler har ett brett spektrum av sätt att inaktivera absorberade patogener.
Monocyter, som neutrofiler, cirkulerar i blodomloppet, men de kan lämna blodomloppet och kolonisera olika vävnader. De mogna monocyterna omvandlas sedan till vävnadsmakrofager. Makrofagmedierad fagocytos är mindre snabb och mycket långsammare. Makrofager är den huvudsakliga poolen av celler som finns på platser med kronisk inflammation.
Fagocytos - typer
Fagocytos är en komplicerad process som beror på typen av fagocytisk cell, objektet som genomgår fagocytos och många mellanliggande molekyler. Det finns två grundläggande fagocytosvägar:
- spontan fagocytos (så kallad infödd)
Det är en relativt långsam förekommande fagocytos som sällan är involverad i det antimikrobiella svaret. Rollen för spontan fagocytos är att ta bort döda celler och "rensa upp" onödiga element i vävnaderna. För att initiera spontan fagocytos är det nödvändigt att stimulera den så kallade "rensningsreceptorer" förekommer främst på makrofager. Denna typ av fagocytos är antiinflammatorisk.
- underlättade fagocytos
Underlättad fagocytos är mycket snabbare och effektivare än spontan fagocytos. Tack vare detta är det mycket effektivt att förstöra patogener. För att fagocytosprocessen ska kunna ske så intensivt är det nödvändigt - som namnet antyder - några anläggningar.
Hur kan fagocyter underlätta deras aktivitet? En av de vanligaste metoderna är att specifikt "markera" föremål som ska kasseras. Denna process kallas opsonisering.
Kärnan i opsonisering är bindningen av vissa molekyler till mikroorganismens yta. Denna "markerade" patogen riktas snabbt och förstörs av matcellerna. Molekylerna som möjliggör opsonisering kallas opsoniner. Dessa är främst antikroppar och komponenter i sk komplementsystemet.
Opsoniner känner igen patogener, markerar dem och underlättar därmed avsevärt förloppet av fagocytosprocessen.
Fagocytos - stadier
Vi vet redan vilka celler, när och varför, är inblandade i fagocytos. Så låt oss försöka följa denna process noga:
1. Aktivering och tillströmning av fagocyter till infektionsstället
Mikroorganismens penetration i kroppen orsakar omedelbar stimulering av immunsystemet. Celler i infektionsgrinden börjar sända en signal om ett befintligt hot.
Budbärarmolekylerna (främst de så kallade proinflammatoriska cytokinerna) är spridda över blodomloppet. På detta sätt "lär sig" fagocyterna att de har smittats och aktiverats.
De aktiverade fagocyterna når infektionsstället med blodet. Effektiv tillströmning av fagocyter till rätt plats är möjlig tack vare den så kallade kemotaxi. Det är en process med riktad cellrörelse under påverkan av kemiska signaler.
Aktiva fagocyter har också förmågan att passera genom blodkärlens väggar och skapa ett inflammatoriskt infiltrat vid infektionsstället.
2. Erkännande av patogenen
När fagocyterna når infektionsstället börjar de känna igen patogenerna. Denna process underlättas ofta av andra molekyler (se avsnitt 4 för underlättad fagocytos). Varje fagocyt har på ytan av sitt cellmembran den så kallade receptorer, dvs. proteiner som möjliggör igenkänning av olika molekyler.
När receptorerna som är ansvariga för att känna igen mikroorganismer stimuleras, binder fagocyten nära målet för dess attack.
3. Absorption av patogenen
Fagocyten "fastnat" vid patogenen startar processen för dess absorption. Fagocytcellmembranet börjar omge patogenen och "klättrar" dess kanter. Detta skapar en vesikel som innehåller mikroorganismen. Denna vesikel, kallad fagosom, är nu inne i den fagocytiska cellen. För att göra mikroorganismen helt ofarlig är det nödvändigt att förstöra innehållet i fagosomen.
Uppslutning av fagosominnehåll
För att innehållet i fagosomen ska smälta är det nödvändigt att leverera matsmältningsenzymer till dess inre. Sådana enzymer lagras i speciella vesiklar som kallas lysosomer.
Det sista steget av fagocytos kräver därför att man kombinerar lysosominnehållet med fagosomens innehåll - det är så den så kallade fagolysosom.
Enzymerna i lysosomerna kan bryta ner de flesta komplexa kemikalier och förstöra mikroorganismen. Eliminering av en patogen med matsmältningsenzymer kallas syreoberoende.
Som du enkelt kan gissa finns det också syreberoende eliminering. Det är mycket snabbare och effektivare, men bara vissa fagocyter kan göra det. Syreberoende eliminering sker endast i celler som kan generera så kallade "syrexplosion".
En syrexplosion är en plötslig frisättning av mycket reaktiva syrearter (t.ex. väteperoxid), som har en stark antimikrobiell effekt. En syrexplosion börjar en serie kemiska reaktioner som leder till snabb eliminering av patogener. Syreberoende förstörelse av mikrober är främst kännetecknande för neutrofiler.
Fagocytos - och vad händer nu?
Fagocytosprocessen slutar med matsmältningen av fagosominnehållet inuti cellen. Vad händer bredvid skräp från de förstörda partiklarna? Den fagocytiska cellen blir av med de flesta onödiga produkterna genom att helt enkelt "kasta" dem utanför. En del av det material som finns kvar efter matsmältningen kan vara mycket användbart.
Vissa fagocyter spelar också andra roller i immunsystemet. Ett bra exempel är makrofager, som förutom fagocytos också handlar om så kallade presentation av antigener. Antigenpresentation baseras på att visa andra immunceller fragment av förstörda mikroorganismer.
Efter slutet av patogenens fagocytos exponerar makrofagen en del av det fagocytoserade materialet på dess yta och "färdas" sedan med det genom hela kroppen.
Varje enskild cell i immunsystemet som den möter "lär sig" hur man känner igen en specifik patogen. Detta fenomen är extremt viktigt för att bygga effektiva mekanismer för antimikrobiellt försvar.
Det är också värt att veta att fagocytosprocessen inte alltid slutar med den slutliga förstörelsen av mikroorganismen. Det finns patogener som kan överleva inom fagosomer tack vare specialutvecklade försvarsmekanismer. Ett bra exempel är tuberkulosbacillerna, som kan överleva i makrofager i många år.
Sätt att undvika fagocytos av mikroorganismer
Fagocytos som ett sätt att eliminera "biologiska motståndare" är en mycket gammal mekanism. Av denna anledning har vissa mikroorganismer lyckats utveckla sätt att undvika eller överleva fagocytos. Här är deras exempel:
- döda fagocyter
Det enklaste sättet att undvika fagocytos verkar vara att neutralisera cellen som orsakar den. Vissa mikroorganismer har förmågan att producera ämnen som oåterkalleligt skadar fagocyter. Ett exempel på en sådan patogen är staphylococcus aureus (latin. Staphylococcus aureus), producerar toxiner som, genom att förstöra cellmembranen i fagocyter, orsakar deras död.
- utrotning av det inflammatoriska svaret
Inflammation i infektionsgrinden underlättar överföring av en infektionssignal. Tack vare det är aktivering och ankomst av fagocyter till rätt plats möjlig. Det finns patogener som kan maskera sig på ett sådant sätt att de inte känns igen av värdens immunsystem och undviker att orsaka inflammation.
- undviker opsonisering
Opsonisering, eller speciell "märkning" av patogener, är ett av de mest effektiva sätten att underlätta fagocytos. Inte konstigt att mikrober försöker undvika det. Vissa stammar av stafylokocker kan förstöra opsoniner eller dölja dem på ytan.
- undvika fagocytigenkänning
För att fagocytosprocessen ska börja är det nödvändigt att känna igen skadligheten hos en given mikroorganism av fagocyten. Vissa patogener, såsom spiroketer Treponema pallidum orsakar syfilis kan fästa på ytan antigener som liknar värdcellerna. Immunsystemet känner sedan igen dem som sina egna, vilket gör att patogener kan undvika fagocytos.
- blockering av fagosomproduktion
Ett av de viktigaste stadierna av fagocytos omger den attackerade mikroorganismen med en vesikel, som sedan absorberas i cellen. I naturen finns det dock många sätt att undvika det. Vissa mikrober producerar ämnen som bryter ner fagosomväggen. En annan mekanism används av pinnen med blå olja (Pseudomonas aeruginosa). Denna bakterie producerar en hal beläggning (biofilm) runt sig själv som förhindrar bildandet av en bubbla.
- överlevnad inuti fagocyten
Fagolysosomen blir den sista livsmiljön för patogener under fagocytos. Dess miljö är extremt fientlig; den är full av enzymer och dödliga ämnen. Men mikroorganismer kan utveckla mekanismer som gör det möjligt för dem att överleva även under sådana svåra förhållanden. Ett exempel är tuberkulos (Mycobacterium tuberculosis). Denna bakterie har utvecklat ett särskilt cellmembran med ett mycket högt lipidinnehåll som inte påverkas av vanliga matsmältningsenzymer.
- fly från fagosomen
Så otroligt som det låter för att undkomma fagosomen, det finns verkligen mikrober som har utvecklat en så smart försvarsmekanism. Listeria monocytogenes producerar ämnen som kan förstöra fagosomväggen. Dessutom kan denna patogen, efter att ha rymt från fagosomen, föröka sig inuti fagocyten och också komma ut längre än dess gränser.
Fagocytosstörningar
En fungerande fagocytosprocess är av grundläggande betydelse för immunsystemets effektiva funktion. Störningar i vissa fagocytosstadier ligger till grund för immunbristsjukdomar. Exempel på sådana tillstånd är:
- Kronisk granulomatös sjukdom
Orsaken till kronisk granulomatös sjukdom är en störning av fagocytos i det skede som genererar en syresprängning. Bristen på ett lämpligt enzym (det så kallade NADPH-oxidaset) förhindrar bildandet av reaktiva syrearter, vilket i sin tur inte möjliggör en snabb och effektiv eliminering av mikroorganismer.
Enzymskadorna är genetiska, så det finns ingen kausal behandling av sjukdomen ännu. Kronisk granulomatös sjukdom orsakar frekventa infektioner och bildande av abscesser och granulom på grund av det ineffektiva eliminationssystemet för intracellulär patogen.
Läs också: Wegeners granulomatos: orsaker, symtom och behandling
- Chediak-Higashis syndrom
I Chediak-Higashis syndrom finns det en defekt i fagocytos i samband med fagosom-lysosomförbindelse. En genetisk mutation av ett av proteinerna förhindrar överföring av matsmältningsenzymer till vesikeln som innehåller patogenen, vilket förhindrar dess eliminering.
Förutom en signifikant försämring av immuniteten är albinism och störningar i nervsystemet också karaktäristiska för Chediak-Higashis syndrom.
Bibliografi:
- "Phagocytosis: A Fundamental Process in Immunity" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontroll av fagocytos med mikrobiella patogener" av C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1: a upplagan
- "Phagocytosis: An Immunobiologic Process" S. Gordon, Immunity, Review, Volym 44, nummer 3, P463-475, 15 mars 2016
Läs fler artiklar av denna författare
