Fagotsütoos - mis see on ja kuidas see toimub? Fagotsütoosi roll kehas

Fagotsütoos on inimkeha üks põhilisemaid ja samal ajal ka kõige tõhusamaid kaitsemehhanisme. Fagotsütoosiprotsessi nõuetekohane toimimine on õige immuunvastuse oluline komponent. Siit saate teada, mis täpselt on fagotsütoos, kuidas fagotsütoos töötab, miks on vaja fagotsütoosi ja millised võivad olla fagotsütoosihäired?

Fagotsütoos on patogeenide, surnud rakufragmentide ja väikeste osakeste allaneelamine spetsialiseeritud rakkudes, mida nimetatakse fagotsüütideks. Fagotsütoosi võib võrrelda rakutasandil "puhastamisega" - see võimaldab rakkudel vabaneda tarbetutest või ohtlikest elementidest.

Sisukord:

1. Mis on fagotsütoos?
2. Fagotsütoosi roll kehas
3. Millistel rakkudel on võime fagotsütoosida?
4. Fagotsütoos - tüübid
• spontaanne fagotsütoos (nn kohalik)
• hõlbustas fagotsütoosi
5. Fagotsütoos - etapid
6. Fagotsütoos - ja mis edasi?
7. Fagotsütoosi vältimise viisid mikroorganismide poolt
8. Fagotsütoosi häired
• Krooniline granulomatoosne haigus
• Chediak-Higashi sündroom

Mis on fagotsütoos?

Fagotsütoos on bioloogiline protsess, mille käigus rakk neelab võõrkehi. Fagotsütoosi nähtus on levinud paljudes elusorganismides - kõige primitiivsemad (nt algloomad) kasutavad fagotsütoosi kui võimalust väliskeskkonnast toitu võtta.

Inimestel kasutavad fagotsütoosivõimet peamiselt immuunsüsteemi rakud.

Fagotsütoos kuulub kaasasündinud või mittespetsiifilise immuunsuse mehhanismidesse. Fagotsütoosiprotsess on seetõttu üks meie keha esimestest ja põhilistest kaitseliinidest. Lisaks oma rollile immuunsüsteemis on fagotsütoosil kudede homöostaasi (või tasakaalu) säilitamisel suur tähtsus.

Fagotsütoos võimaldab eemaldada keha enda keha surnud ja kahjustatud rakke, mis omakorda võimaldab tõhusalt taastada ja taastada kõiki kudesid.

Fagotsütoos on üks endotsütoosi tüüp, see tähendab molekulide ülekandmine väliskeskkonnast raku sisemusse. Fagotsütoosi korral imenduvad tahked osakesed: fagotsüütrakk ümbritseb neid kõigepealt oma rakumembraani fragmendiga ja tõmbab seejärel selle sisse. Nii tekib vesiikul, mis sisaldab imendunud osakest, mida nimetatakse fagosoomiks.

Seejärel lagundatakse fagosoomide sisaldus mitmesuguste kemikaalide ja ensüümidega. Kogu protsess sarnaneb osakese "söömisega" raku poolt, mis kajastub ka mõistes fagotsütoos.

See nimi pärineb kreeka phageinist, mis tähendab "süüa, neelata".

Fagotsütoos toimub meie kehas kogu aeg - miljardid fagotsüüdid "söövad" pidevalt ohtlikke mikroorganisme, surnud rakkude fragmente või mittevajalikke osakesi. See on tavaline, ehkki äärmiselt keeruline protsess.

Sihtmärgi õige äratundmine fagotsütaarraku poolt ning fagotsüüdi ja "rünnaku" sihtmärgi õige interaktsioon eeldavad mitmesuguste valkude, signaalmolekulide, antikehade ja abirakkude pidevat koostööd.

Fagotsütoosi roll kehas

Pole raske arvata, et fagotsütoosiprotsessi põhiline rakendus on meie keha kaitsmine patogeenide eest. Nakkusetekitaja tungimine organismi käivitab signaalide kaskaadi, et fagotsüüdirakud nakkuskohta "kutsuda".

Algab äge põletik, mille roll on patogeeni neutraliseerimine. Fagotsüüdid voolavad verega kahjustusele, moodustades primaarse immuunvastuse ühe olulisema mehhanismi. Põletikukohas "söövad" fagotsüüdid nii patogeene kui ka nende poolt kahjustatud rakke.

Nakatumise käigus on meil tegemist veel ühe väga olulise fagotsütoosi tüübiga. See on nn eferotsütoos.

Eferotsütoosiprotsess hõlmab põletiku taandumisel surevate rakkude neelamist. Kui fagotsüüdid on oma ülesande täitnud ja patogeenid kõrvaldanud, muutuvad nad tarbetuks.

Siis nad surevad loomulikult, millele järgneb eferotsütoos ehk "lahinguvälja koristamine". Seda tüüpi fagotsütoos vähendab põletikku ja võimaldab kehal naasta infektsioonieelsesse seisundisse.

Siinkohal tasub rõhutada, et meie keha rakkude suremine on protsess, mis toimub pidevalt, mitte ainult nakkuse tagajärjel. Igal rakul on kindel eluiga, misjärel see sureb ja asendatakse uuega. Programmeeritud rakusurma protsessi nimetatakse apoptoosiks.

Apoptoos on loomulik nähtus, mis võimaldab meie kudedel pidevalt uueneda. Selleks, et surevad rakud asendataks uute kolleegidega, tuleb need kõigepealt puhastada. Nagu võite kergesti aimata, on see ka fagotsüütide ülesanne.

Apoptootilised (surevad) rakud kiirgavad oma rakumembraanide pinnal erilisi signaale, mis võimaldavad neid fagotsüütide poolt ära tunda ja neutraliseerida.

Sellisel juhul toimub fagotsütoos ilma põletikuta. Nii näeme, et fagotsütoos pole mitte ainult võõraste mikroorganismide eest kaitsmise meetod, vaid ka protsess, mis võimaldab kõigi kudede arengut, ümberkujundamist ja uuenemist.

Millistel rakkudel on võime fagotsütoosida?

Rakke, mis on võimelised läbi viima fagotsütoosi, nimetatakse fagotsüütideks. Sõltuvalt fagotsütoosi efektiivsusest ja efektiivsusest eristame nn professionaalsed ja mitteprofessionaalsed fagotsüüdid.

Mitteprofessionaalsed fagotsüüdid tegelevad fagotsütoosiga "aeg-ajalt" - see protsess pole nende peamine ülesanne. Mõnikord on nende rakkude läheduses siiski surnud rakkude osakesed / killud, mis vajavad puhastamist.

Siis näitavad nad teatud fagotsüütilist aktiivsust, ehkki võrreldes professionaalsete fagotsüütidega on see oluliselt piiratud ja vähem efektiivne. Paljud rakutüübid klassifitseeritakse mitteprofessionaalseteks fagotsüütideks, sh. epiteelirakud, mõned sidekoe rakud, samuti vaskulaarne endoteel.

Professionaalsed fagotsüüdid on peamised rakud, mis vastutavad fagotsütoosi eest meie kehas. Nende hulgas eristame peamiselt neutrofiile, monotsüüte ja makrofaage. Need rakud kuuluvad leukotsüütide ehk valgete vereliblede perekonda, mis täidavad peamiselt immuunfunktsioone. Kõik kolm professionaalsete fagotsüütide tüüpi on spetsialiseerunud fagotsütoosile, kuigi kumbki juhib seda veidi erinevalt.

Neutrofiilid on peamised ägeda põletiku tekkimise eest vastutavad rakud. Normaalsetes oludes ringlevad neutrofiilid koos verega kogu kehas. Kui nakkus algab, koonduvad need rakud kohe haiguse fookusesse. Neutrofiilide vahendatud fagotsütoos on kiire ja intensiivne: neil rakkudel on imendunud patogeenide inaktiveerimiseks väga erinevaid võimalusi.

Monotsüüdid, nagu neutrofiilid, ringlevad vereringes, kuid võivad vereringest lahkuda ja koloniseerida mitmesuguseid kudesid. Küpsed monotsüüdid muunduvad seejärel kudede makrofaagideks. Makrofaagide vahendatud fagotsütoos on vähem kiire ja palju aeglasem. Makrofaagid on peamine rakkude kogum, mida leidub kroonilise põletiku kohtades.

Fagotsütoos - tüübid

Fagotsütoos on keeruline protsess, mis sõltub fagotsütoosse raku tüübist, fagotsütoosi läbivast objektist ja paljudest vahemolekulidest. Fagotsütoosil on kaks põhiteed:

• spontaanne fagotsütoos (nn kohalik)

See on suhteliselt aeglaselt esinev fagotsütoos, mis on antimikroobse ravivastusega harva seotud. Spontaanse fagotsütoosi roll on surnud rakkude eemaldamine ja kudedes mittevajalike elementide "puhastamine". Spontaanse fagotsütoosi algatamiseks on vaja stimuleerida nn "puhastavad retseptorid" esinevad peamiselt makrofaagides. Seda tüüpi fagotsütoos on põletikuvastane.

• hõlbustas fagotsütoosi

Hõlbustatud fagotsütoos on palju kiirem ja tõhusam kui spontaanne fagotsütoos. Seetõttu on see patogeenide hävitamisel väga tõhus. Fagotsütoosiprotsessi nii intensiivseks toimumiseks on vaja - nagu nimigi ütleb - mõned rajatised.

Kuidas saavad fagotsüüdid nende tegevust hõlbustada? Üks levinumaid meetodeid on esemete spetsiaalne "märgistamine", mis tuleks utiliseerida. Seda protsessi nimetatakse opsoniseerimiseks.

Opsoniseerimise olemus on teatud molekulide kinnitumine mikroorganismi pinnale. Toidurakud on selle "märgistatud" patogeeni kiiresti sihtmärgiks ja hävitanud. Opsoniseerimist võimaldavaid molekule nimetatakse opsoniinideks. Need on peamiselt antikehad ja nn komplemendisüsteem.

Opsoniinid tunnevad patogeenid tõhusalt ära, märgistavad neid ja hõlbustavad seega oluliselt fagotsütoosiprotsessi kulgu.

Fagotsütoos - etapid

Me teame juba, millised rakud, millal ja miks, osalevad fagotsütoosis. Nii et proovime seda protsessi tähelepanelikult jälgida:

1. Fagotsüütide aktiveerimine ja sissevool nakkuspiirkonda

Mikroorganismi tungimine organismi põhjustab immuunsüsteemi kohest stimuleerimist. Nakkuseväravas olevad rakud hakkavad saatma signaali olemasolevast ohust.

Messenger-molekulid (peamiselt nn põletikku soodustavad tsütokiinid) on levinud kogu vereringes. Sel viisil "õpivad" fagotsüüdid, et nad on nakatunud ja aktiveerunud.

Aktiveeritud fagotsüüdid jõuavad verega nakatumiskohta. Fagotsüütide tõhus sissevool õigesse kohta on võimalik tänu nn kemotaksis. See on rakkude suunatud liikumise protsess keemiliste signaalide mõjul.

Aktiivsetel fagotsüütidel on ka võime läbida veresoonte seinu, tekitades infektsioonikoldes põletikulise infiltraadi.

2. Patogeeni äratundmine

Kui fagotsüüdid jõuavad nakatumiskohta, hakkavad nad patogeene ära tundma. Seda protsessi hõlbustavad sageli teised molekulid (hõlbustatud fagotsütoosi kohta vt 4. osa). Igal fagotsüüdil on rakumembraani pinnal nn retseptorid, st valgud, mis võimaldavad ära tunda erinevaid molekule.

Kui stimuleeritakse mikroorganismide äratundmise eest vastutavaid retseptoreid, seondub fagotsüüt oma rünnaku sihtmärgiga tihedalt.

3. Patogeeni imendumine

Patogeeni külge "kinni jäänud" fagotsüüt alustab selle imendumise protsessi. Fagotsüütide rakumembraan hakkab patogeeni ümbritsema, "ronides" selle servadele. Nii tekib mikroorganismi sisaldav vesiikul. See vesiikul, mida nimetatakse fagosoomiks, on nüüd fagotsüütilises rakus. Mikroorganismi täielikuks kahjutuks muutmiseks on vaja hävitada fagosoomi sisu.

Fagosoomi sisu seedimine

Fagosoomi sisu seedimiseks on vaja seedeensüüme viia selle sisemusse. Selliseid ensüüme hoitakse spetsiaalsetes vesiikulites, mida nimetatakse lüsosoomideks.

Fagotsütoosi viimane etapp nõuab seetõttu lüsosoomide ja fagosoomi sisalduse ühendamist - nii saab nn. fagolüsosoom.

Lüsosoomides olevad ensüümid suudavad lagundada kõige keerukamaid kemikaale, hävitades mikroorganismi. Patogeeni kõrvaldamist seedeensüümide osalusel nimetatakse hapnikust sõltumatuks.

Nagu võite arvata, on olemas ka hapnikust sõltuv eliminatsioon. See on palju kiirem ja tõhusam, kuid ainult mõned fagotsüüdid saavad seda teha. Hapnikust sõltuv eliminatsioon toimub ainult rakkudes, mis on võimelised genereerima nn "hapniku plahvatus".

Hapnikuplahvatus on väga reaktiivsete hapnikuliikide (nt vesinikperoksiid) äkiline vabanemine, millel on tugev antimikroobne toime. Hapniku plahvatusel algab rida keemilisi reaktsioone, mis põhjustavad patogeenide kiiret elimineerimist. Mikroobide hapnikust sõltuv hävitamine on iseloomulik peamiselt neutrofiilidele.

Fagotsütoos - ja mis edasi?

Fagotsütoosiprotsess lõpeb raku sees oleva fagosoomi sisu seedimisega. Mis juhtub hävinud osakestest tekkinud prahi kõrval? Fagotsüütrakk vabaneb enamikust mittevajalikest toodetest, lihtsalt "visates" need väljapoole. Osa seedimisest järelejäänud materjalist võib aga olla väga kasulik.

Mõnedel fagotsüütidel on immuunsüsteemis ka teised rollid. Heaks näiteks on makrofaagid, mis lisaks fagotsütoosile tegelevad ka nn antigeenide esitlus. Antigeeni esitlus põhineb hävitatud mikroorganismide teiste immuunrakkude fragmentide näitamisel.

Pärast patogeeni fagotsütoosi lõppu paljastab makrofaag osa fagotsütoositud materjalist selle pinnal ja siis "reisib" sellega kogu kehas.

Iga üksik immuunsüsteemi rakk, millega ta kokku puutub, "õpib", kuidas konkreetset patogeeni ära tunda. See nähtus on antimikroobse kaitse tõhusate mehhanismide ülesehitamisel äärmiselt oluline.

Samuti tasub teada, et fagotsütoosiprotsess ei lõpe alati mikroorganismi lõpliku hävitamisega. On patogeene, mis suudavad ellu jääda fagosoomide sees tänu spetsiaalselt välja töötatud kaitsemehhanismidele. Hea näide on tuberkuloosi batsillid, mis võivad makrofaagides püsida aastaid.

Fagotsütoosi vältimise viisid mikroorganismide poolt

Fagotsütoos kui "bioloogiliste vastaste" kõrvaldamise vahend on väga vana mehhanism. Sel põhjusel on mõnedel mikroorganismidel õnnestunud välja töötada viisid fagotsütoosi vältimiseks või ellujäämiseks. Siin on nende näited:

• fagotsüütide tapmine

Lihtsaim viis fagotsütoosi vältimiseks näib olevat selle põhjustanud raku neutraliseerimine. Mõnedel mikroorganismidel on võime toota fagotsüüte pöördumatult kahjustavaid aineid. Sellise patogeeni näiteks on staphylococcus aureus (ladina keeles. Staphylococcus aureus), tekitades toksiine, mis fagotsüütide rakumembraane hävitades põhjustavad nende surma.

• põletikulise reaktsiooni väljasuremine

Põletik nakkuse väravas hõlbustab nakkuse signaali edastamist. Tänu sellele on fagotsüütide aktiveerimine ja jõudmine õigesse kohta võimalik. On patogeene, mis võivad end maskeerida nii, et peremehe immuunsüsteem ei tunneks neid ära ja väldiks põletiku tekitamist.

• opsoniseerimise vältimine

Opsoniseerimine ehk patogeenide spetsiaalne "märgistamine" on üks tõhusamaid viise fagotsütoosi hõlbustamiseks. Pole ime, et mikroobid üritavad seda vältida. Mõned stafülokokkide tüved võivad opsoniine hävitada või oma pinnale peita.

• vältides fagotsüütide äratundmist

Fagotsütoosiprotsessi alustamiseks on vaja tunnistada fagotsüüdi poolt antud mikroorganismi kahjulikkust. Teatud patogeenid, näiteks spiroheedid Treponema pallidum süüfilise põhjustamine võib nende pinnale kinnituda peremeesrakkudega sarnaselt. Immuunsüsteem tunnistab need siis enda omaks, mis võimaldab patogeenidel fagotsütoosi vältida.

• fagosoomide tootmise blokeerimine

Fagotsütoosi üks võtmeastmeid on rünnatud mikroorganismi ümbritsemine vesiikuliga, mis seejärel imendub rakku. Looduses on selle vältimiseks aga palju võimalusi. Mõned mikroobid toodavad aineid, mis lagundavad fagosoomiseina. Erinevat mehhanismi kasutab sinise õli pulk (Pseudomonas aeruginosa). See bakter tekitab enda ümber libeda katte (biokile), mis takistab mulli tekkimist.

• ellujäämine fagotsüüdi sees

Fagolüsosoomist saab fagotsütoosi ajal patogeenide lõplik olemasolu. Selle keskkond on äärmiselt vaenulik; see on täis ensüüme ja surmavaid aineid. Mikroorganismid võivad aga välja töötada mehhanismid, mis võimaldavad neil ellu jääda ka sellistes rasketes tingimustes. Üks näide on tuberkuloos (Mycobacterium tuberculosis). Sellel bakteril on välja töötatud konkreetne rakumembraan, millel on väga kõrge lipiidide sisaldus ja mida tavalised seedeensüümid ei mõjuta.

• põgeneda fagosoomist

Nii uskumatult kui see fagosoomist pääsemiseks kõlab, on tõepoolest mikroobe, kes on välja töötanud sellise nutika kaitsemehhanismi. Listeria monocytogenes toodab aineid, mis võivad hävitada fagosoomiseina. Veelgi enam, see patogeen võib pärast fagosoomist põgenemist paljuneda fagotsüüdis ja ka väljapoole oma piire.

Fagotsütoosi häired

Õigesti kulgev fagotsütoosiprotsess on immuunsüsteemi tõhusa toimimise jaoks üliolulise tähtsusega. Teatud fagotsütoosietappide häired on immuunpuudulikkuse haiguste aluseks. Selliste seisundite näited on:

• Krooniline granulomatoosne haigus

Kroonilise granulomatoosse haiguse põhjuseks on fagotsütoosi häire hapnikupurske tekitamise staadiumis. Sobiva ensüümi (nn NADPH oksüdaas) puudumine takistab reaktiivsete hapnikuliikide moodustumist, mis omakorda ei võimalda mikroorganismide kiiret ja tõhusat elimineerimist.

Ensüümi kahjustus on geneetiline, mistõttu haiguse põhjuslikku ravi veel pole. Krooniline granulomatoosne haigus põhjustab ebaefektiivse rakusisese patogeeni eliminatsiooni süsteemi tõttu sagedasi infektsioone ning abstsesside ja granuloomide moodustumist.

Loe ka: Wegeneri granulomatoos: põhjused, sümptomid ja ravi

• Chediak-Higashi sündroom

Chediak-Higashi sündroomi korral on fagosoomi-lüsosoomi ühenduse staadiumis fagotsütoosis defekt. Ühe valgu geneetiline mutatsioon takistab seedeensüümide ülekandumist patogeeni sisaldavasse vesiikulisse, takistades seeläbi selle eliminatsiooni.

Lisaks märkimisväärsele immuunsuse kahjustusele on Chediak-Higashi sündroomile iseloomulikud ka albinismi ja närvisüsteemi häired.

Bibliograafia:

1. "Fagotsütoos: fundamentaalne protsess immuunsuses" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
2. "Fagotsütoosi kontroll mikroobide patogeenide poolt", autor C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
3. "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. väljaanne
4. "Fagotsütoos: immunobioloogiline protsess" S. Gordon, Immunity, Review, Volume 44, issue 3, P463-475, 15. märts 2016

Autori kohta

Krzysztof Białoży Krakovi ülikooli Collegium Medicumi meditsiinitudeng, astudes aeglaselt arsti töö pidevate väljakutsete maailma. Eriti huvitavad teda günekoloogia ja sünnitusabi, lastehaigused ja elustiilimeditsiin. Võõrkeelte, reisimise ja mägimatkamise armastaja.

Loe veel selle autori artikleid