Fagocytóza
Obsah boxu
Fagocytóza (z řeckého fagein - jíst, kytos - buňka) je klíčový buněčný proces, při kterém buňka, označovaná jako fagocyt, pohlcuje pevné částice větší než 0,5 µm, jako jsou bakterie, houby, buněčné zbytky nebo apoptotické buňky. Jedná se o specifický typ endocytózy, který hraje zásadní roli v přirozené imunitě a udržování tkáňové homeostázy. Tento proces je nezbytný pro obranu organismu proti infekčním patogenům a pro odstraňování starých a poškozených buněk.
Fagocytóza je aktivní proces vyžadující energii ve formě ATP a zahrnuje komplexní přestavbu aktinového cytoskeletu buňky. Buňky schopné fagocytózy se dělí na "profesionální" a "neprofesionální" fagocyty.
📜 Historie objevu
Proces fagocytózy poprvé popsal a pojmenoval ruský zoolog a imunolog Ilja Iljič Mečnikov v roce 1882. Během svého výzkumu larev hvězdice na Sicílii si všiml, že určité pohyblivé buňky v těle larvy obklopují a pohlcují cizí částice, jako jsou třísky. Tyto buňky nazval "fagocyty". Mečnikov správně usoudil, že tento mechanismus je základní formou buněčné imunity, která chrání organismus před cizorodými vetřelci.
Jeho teorie buněčné imunity byla zpočátku v rozporu s tehdy převládající teorií humorální imunity, kterou prosazoval Paul Ehrlich a která zdůrazňovala roli protilátek v krvi. Nakonec se ukázalo, že oba mechanismy jsou klíčové a vzájemně se doplňují. Za svůj průkopnický výzkum fagocytózy a imunity obdržel Ilja Mečnikov společně s Paulem Ehrlichem v roce 1908 Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství.
⚙️ Mechanismus procesu
Fagocytóza je vícekrokový proces, který lze rozdělit do několika po sobě jdoucích fází. Vyžaduje koordinovanou aktivitu buněčných receptorů, signálních drah a cytoskeletu.
1. Rozpoznání a přilnutí (Chemotaxe a adherence)
Prvním krokem je přilákání fagocytu k cílové částici. To se děje prostřednictvím chemotaxe, kdy se fagocyt pohybuje podél koncentračního gradientu chemických látek (chemokinů) uvolňovaných z místa zánětu nebo poškození tkáně.
Samotné rozpoznání a přilnutí (adherence) je zprostředkováno receptory na povrchu fagocytu. Tento proces může být:
- Přímý: Fagocyt rozpoznává molekulární vzory spojené s patogeny (PAMPs), jako jsou lipopolysacharidy na povrchu gramnegativních bakterií, pomocí svých receptorů (např. Toll-like receptory).
- Nepřímý (Opsonizace): Částice je nejprve označena molekulami zvanými opsoniny, což výrazně usnadňuje její rozpoznání a pohlcení. Nejvýznamnějšími opsoniny jsou protilátky (zejména třídy IgG) a složky komplementového systému (např. C3b). Fagocyty mají na svém povrchu specifické receptory pro tyto opsoniny (např. Fc receptory pro protilátky a komplementové receptory pro C3b).
2. Pohlcení (Ingesce)
Po navázání částice na receptory dojde k aktivaci signálních drah uvnitř fagocytu. To spustí polymerizaci aktinových filament, což vede k tvorbě výběžků cytoplazmatické membrány zvaných pseudopodie (panožky). Tyto pseudopodie obklopí částici a postupně se spojí, čímž částici uzavřou do nitrobuněčného váčku zvaného fagosom. Tento proces připomíná "zapínání zipu" kolem částice.
3. Vytvoření fagolysozomu
Nově vytvořený fagosom putuje do nitra buňky, kde postupně "zraje". Během tohoto procesu se mění jeho membránové složení a snižuje se jeho vnitřní pH. Nakonec fagosom fúzuje s jedním nebo více lysozomy, což jsou organely obsahující širokou škálu hydrolytických enzymů a antimikrobiálních látek. Spojením těchto dvou váčků vzniká struktura zvaná fagolysozom.
4. Zabíjení a trávení
Uvnitř fagolysozomu je pohlcená částice vystavena vysoce agresivnímu prostředí, které vede k jejímu usmrcení a rozkladu. Na tomto procesu se podílí dva hlavní typy mechanismů:
Kyslík-dependentní mechanismy
Tento mechanismus, známý jako respirační (oxidační) vzplanutí, je energeticky náročný proces, při kterém dochází k rapidní spotřebě kyslíku. Enzym NADPH oxidáza na membráně fagolysozomu produkuje velké množství reaktivních forem kyslíku (ROS), jako jsou:
- Superoxidový aniont (O₂⁻)
- Peroxid vodíku (H₂O₂)
- V neutrofilech je peroxid vodíku dále využíván enzymem myeloperoxidáza k tvorbě vysoce reaktivní kyseliny chlorné (HClO), která je hlavní složkou bělidla.
Tyto látky jsou extrémně toxické a účinně ničí mikroorganismy poškozením jejich DNA, proteinů a lipidů.
Kyslík-independentní mechanismy
Tyto mechanismy nezávisí na spotřebě kyslíku a zahrnují působení látek uložených v lysozomech:
- Nízké pH: Kyselé prostředí (pH 4.5–5.0) ve fagolysozomu je samo o sobě bakteriostatické a optimalizuje funkci trávicích enzymů.
- Hydrolytické enzymy: Proteázy, lipázy a nukleázy rozkládají bílkoviny, lipidy a nukleové kyseliny pohlceného materiálu.
- Lysozym: Enzym, který narušuje peptidoglykanovou stěnu bakterií.
- Laktoferin: Protein, který váže železo, čímž ho znepřístupňuje bakteriím, které ho potřebují pro svůj růst.
- Defensiny a kationické proteiny: Malé peptidy, které vytvářejí póry v membránách mikrobů.
5. Vyloučení zbytků (Exocytóza)
Po úplném strávení obsahu fagolysozomu jsou nestravitelné zbytky vyloučeny z buňky procesem zvaným exocytóza. V některých případech, jako u antigen prezentujících buněk, jsou fragmenty pohlceného patogenu (antigeny) zpracovány a vystaveny na povrchu buňky pomocí MHC glykoproteinů, což slouží k aktivaci adaptivní imunity.
🔬 Typy fagocytujících buněk
Buňky schopné fagocytózy se dělí do dvou hlavních kategorií.
Profesionální fagocyty
Tyto buňky mají fagocytózu jako svou primární funkci a jsou vybaveny vysoce účinnými mechanismy pro pohlcování a ničení patogenů. Patří sem:
- Neutrofily: Nejhojnější typ leukocytů v krvi. Jsou to "první zasahující" buňky, které rychle migrují do místa infekce. Mají krátkou životnost a po fagocytóze hynou, čímž přispívají k tvorbě hnisu.
- Makrofágy: Velké buňky nacházející se v tkáních. Vznikají z monocytů, které opustily krevní oběh. Kromě ničení patogenů hrají klíčovou roli při odstraňování buněčného odpadu, apoptotických buněk a při hojení tkání. Fungují také jako antigen prezentující buňky.
- Dendritické buňky: Jsou nejdůležitějšími antigen prezentujícími buňkami. Pohlcují patogeny v periferních tkáních, zpracovávají jejich antigeny a migrují do lymfatických uzlin, kde je prezentují T-lymfocytům a tím spouštějí adaptivní imunitní odpověď.
- Monocyty: Cirkulují v krvi a jsou prekurzory makrofágů a dendritických buněk.
Neprofesionální (fakultativní) fagocyty
Tyto buňky mohou za určitých okolností fagocytovat, ale není to jejich hlavní funkce a jejich schopnosti jsou omezené. Patří sem například fibroblasty, endotelové buňky nebo epitelové buňky. Obvykle se podílejí na odstraňování apoptotických buněk ze svého bezprostředního okolí.
🧬 Fyziologický a patologický význam
Fagocytóza je nezbytná pro zdraví organismu, ale její dysfunkce může vést k závažným onemocněním.
Imunitní obrana
Je to první linie obrany proti bakteriálním a houbovým infekcím. Poruchy fagocytózy, jako je například chronická granulomatózní choroba, vedou k těžkým a opakovaným infekcím, protože fagocyty nejsou schopny produkovat reaktivní formy kyslíku k zabíjení mikrobů.
Udržování homeostázy
Každý den v lidském těle zanikají miliardy buněk procesem programované buněčné smrti (apoptóza). Fagocyty, zejména makrofágy, jsou zodpovědné za jejich tiché a efektivní odstranění, čímž zabraňují uvolnění jejich obsahu a vzniku zánětlivé reakce.
Prezentace antigenu
Jak již bylo zmíněno, makrofágy a dendritické buňky po fagocytóze patogenu prezentují jeho fragmenty T-lymfocytům. Tím propojují vrozenou a adaptivní imunitu a umožňují vytvoření specifické a dlouhodobé imunitní paměti.
Patologické stavy
- Únik patogenů: Některé patogeny, jako například Mycobacterium tuberculosis (původce tuberkulózy) nebo Salmonella, si vyvinuly mechanismy, jak přežít a množit se uvnitř makrofágů, čímž unikají imunitnímu systému.
- Autoimunitní onemocnění: Při poruše odstraňování apoptotických buněk mohou být imunitnímu systému prezentovány vlastní antigeny, což může vést ke vzniku autoimunitních chorob, jako je systémový lupus erythematodes.
- Chronický zánět: Nadměrná nebo neustálá aktivace fagocytů, například při vdechování částic jako azbest nebo křemík, může vést k chronickému zánětu a poškození tkání, například v plicích (plicní fibróza).
💡 Pro laiky: Pohlcování buněčného odpadu
Představte si fagocytózu jako práci specializovaných "uklízecích a strážních" buněk ve vašem těle. Tyto buňky, jako jsou makrofágy a neutrofily, neustále hlídkují v tkáních a krevním oběhu.
Když narazí na něco, co do těla nepatří (například bakterii) nebo na něco, co je potřeba uklidit (starou, umírající buňku), zachovají se jako buněčný Pac-Man. Nejprve cíl obklopí svými výběžky, jako by ho chtěly obejmout. Poté ho úplně pohltí do svého nitra a uzavřou do malého "žaludku" zvaného fagosom.
Uvnitř buňky se tento "žaludek" spojí s dalším váčkem plným silných chemikálií a enzymů (lysozomem). Vznikne tak jakási "mixovací nádoba", kde je pohlcený vetřelec nebo odpad rozložen na neškodné základní součástky. Tímto způsobem fagocytóza chrání tělo před infekcemi a udržuje v něm pořádek.