Fagocytose is een van de meest basale en tegelijkertijd de meest effectieve afweermechanismen van het menselijk lichaam. De goede werking van het fagocytoseproces is een essentieel onderdeel van een goede immuunrespons. Ontdek wat fagocytose precies is, hoe fagocytose werkt, waarom fagocytose nodig is en welke effecten kunnen fagocytosestoornissen hebben?
Fagocytose is de opname van pathogenen, dode celfragmenten en kleine deeltjes door gespecialiseerde cellen die fagocyten worden genoemd. Fagocytose kan worden vergeleken met "opruimen" op cellulair niveau - het stelt cellen in staat om zich te ontdoen van onnodige of gevaarlijke elementen.
Inhoudsopgave:
- Wat is fagocytose?
- De rol van fagocytose in het lichaam
- Welke cellen kunnen fagocyteren?
- Fagocytose - typen
- spontane fagocytose (zogenaamd native)
- vergemakkelijkte fagocytose
- Fagocytose - stadia
- Fagocytose - en wat nu?
- Manieren om fagocytose door micro-organismen te vermijden
- Fagocytose-aandoeningen
- Chronische granulomateuze ziekte
- Chediak-Higashi-syndroom
Wat is fagocytose?
Fagocytose is een biologisch proces waarbij vreemde deeltjes door de cel worden geabsorbeerd. Het fenomeen van fagocytose komt veel voor in veel levende organismen - de meest primitieve (bijv. Protozoa) gebruiken fagocytose als een manier om voedsel uit de externe omgeving te halen.
Bij mensen wordt het vermogen tot fagocyten voornamelijk gebruikt door de cellen van het immuunsysteem.
Fagocytose behoort tot de mechanismen van aangeboren of niet-specifieke immuniteit. Het proces van fagocytose is daarom een van de eerste en fundamentele verdedigingslinies van ons lichaam. Naast zijn rol in het immuunsysteem, is fagocytose van groot belang bij het handhaven van weefselhomeostase (of evenwicht).
Fagocytose maakt de verwijdering mogelijk van dode en beschadigde cellen van het lichaamseigen lichaam, wat op zijn beurt een efficiënte regeneratie en reconstructie van alle weefsels mogelijk maakt.
Fagocytose is een vorm van endocytose, namelijk de overdracht van moleculen van de externe omgeving naar de binnenkant van de cel. Bij fagocytose worden vaste deeltjes geabsorbeerd: de fagocytische cel omgeeft ze eerst met een fragment van zijn eigen celmembraan en trekt dit vervolgens naar binnen. Hierdoor ontstaat een blaasje dat een geabsorbeerd deeltje bevat, een fagosoom genaamd.
De fagosoominhoud wordt vervolgens verteerd met een verscheidenheid aan chemicaliën en enzymen. Het hele proces lijkt op het "eten" van het deeltje door de cel, wat ook tot uiting komt in de term fagocytose.
De naam komt van het Griekse fageïne, wat "eten, verslinden" betekent.
Fagocytose vindt de hele tijd in ons lichaam plaats - miljarden fagocyten 'eten' constant gevaarlijke micro-organismen, fragmenten van dode cellen of onnodige deeltjes. Het is een veelvoorkomend proces, zij het buitengewoon ingewikkeld.
Correcte herkenning van het doelwit door de fagocytische cel en de juiste interactie tussen de fagocyt en het doelwit van "aanval" vereist de continue samenwerking van een verscheidenheid aan eiwitten, signaalmoleculen, antilichamen en helpercellen.
De rol van fagocytose in het lichaam
Het is niet moeilijk te raden dat de basistoepassing van het fagocytoseproces de verdediging van ons lichaam tegen ziekteverwekkers is. De penetratie van een infectieus agens in het lichaam brengt een cascade van signalen op gang om fagocytische cellen naar de plaats van infectie te "roepen".
Acute ontsteking begint, waarvan de rol is om de ziekteverwekker te neutraliseren. Fagocyten stromen met het bloed naar de laesie, wat een van de belangrijkste mechanismen is van de primaire immuunrespons. Op de plaats van ontsteking "eten" fagocyten zowel pathogenen als de cellen die erdoor beschadigd zijn.
Tijdens een infectie hebben we te maken met een ander zeer belangrijk type fagocytose. Het is de zogenaamde eferocytose.
Het proces van eferocytose omvat het inslikken van cellen die afsterven wanneer de ontsteking afneemt. Zodra de fagocyten hun functie hebben vervuld en ziekteverwekkers hebben geëlimineerd, worden ze overbodig.
Daarna sterven ze op natuurlijke wijze, gevolgd door eferocytose, of "het slagveld opruimen". Dit type fagocytose vermindert ontstekingen en stelt het lichaam in staat terug te keren naar de toestand van vóór de infectie.
Op dit punt is het de moeite waard om te benadrukken dat het afsterven van cellen in ons lichaam een continu proces is, niet alleen als gevolg van een infectie. Elke cel heeft een specifieke levensduur, waarna hij sterft en wordt vervangen door een nieuwe. Het proces van geprogrammeerde celdood wordt apoptose genoemd.
Apoptose is een natuurlijk fenomeen waardoor onze weefsels constant kunnen vernieuwen. Om de stervende cellen te vervangen door hun nieuwe tegenhangers, moeten ze eerst worden opgeruimd. Zoals je gemakkelijk kunt raden, is dit ook de taak van fagocyten.
Apoptotische (stervende) cellen zenden speciale signalen uit op het oppervlak van hun celmembranen, die hun herkenning en neutralisatie door fagocyten mogelijk maken.
In dit geval treedt fagocytose op zonder ontsteking. We zien dus dat fagocytose niet alleen een verdedigingsmethode is tegen vreemde micro-organismen, maar ook een proces dat de ontwikkeling, hermodellering en vernieuwing van alle weefsels mogelijk maakt.
Welke cellen kunnen fagocyteren?
Cellen die fagocytose kunnen uitvoeren, worden fagocyten genoemd. Afhankelijk van de efficiëntie en effectiviteit van fagocytose onderscheiden we de zogenaamde professionele en niet-professionele fagocyten.
Niet-professionele fagocyten behandelen fagocytose "incidenteel" - dit proces is niet hun hoofdtaak. Soms zijn er echter deeltjes / fragmenten van dode cellen in de buurt van deze cellen die moeten worden schoongemaakt.
Vervolgens vertonen ze een bepaalde fagocytische activiteit, hoewel deze in vergelijking met professionele fagocyten aanzienlijk beperkt en minder effectief is. Veel soorten cellen worden geclassificeerd als niet-professionele fagocyten, incl. epitheelcellen, sommige bindweefselcellen, evenals vasculair endotheel.
Professionele fagocyten zijn de belangrijkste cellen die verantwoordelijk zijn voor fagocytose in ons lichaam. Onder hen onderscheiden we voornamelijk neutrofielen, monocyten en macrofagen. Deze cellen behoren tot de familie van leukocyten, of witte bloedcellen, die voornamelijk immuunfuncties vervullen. Alle drie soorten professionele fagocyten zijn gespecialiseerd in fagocytose, hoewel ze het allemaal iets anders uitvoeren.
Neutrofielen zijn de belangrijkste cellen die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van acute ontstekingen. Onder normale omstandigheden circuleren neutrofielen met het bloed door het hele lichaam. Wanneer een infectie begint, clusteren deze cellen zich onmiddellijk in het ziektefocus. Door neutrofielen gemedieerde fagocytose is snel en intens: deze cellen hebben een breed scala aan manieren om geabsorbeerde pathogenen te inactiveren.
Monocyten, zoals neutrofielen, circuleren in de bloedbaan, maar ze kunnen de bloedbaan verlaten en verschillende weefsels koloniseren. De volwassen monocyten transformeren vervolgens in weefselmacrofagen. Macrofaag-gemedieerde fagocytose is minder snel en veel langzamer. Macrofagen zijn de belangrijkste pool van cellen die worden aangetroffen op plaatsen met chronische ontsteking.
Fagocytose - typen
Fagocytose is een complex proces dat afhangt van het type fagocytische cel, het object dat fagocytose ondergaat en vele intermediaire moleculen. Er zijn twee fundamentele fagocytose-routes:
- spontane fagocytose (zogenaamd native)
Het is een relatief langzaam optredende fagocytose die zelden betrokken is bij de antimicrobiële respons. De rol van spontane fagocytose is om dode cellen te verwijderen en onnodige elementen in de weefsels "op te ruimen". Om spontane fagocytose te initiëren, is het noodzakelijk om de zogenaamde te stimuleren "scavenger receptoren" zijn voornamelijk aanwezig op macrofagen. Dit type fagocytose is ontstekingsremmend van aard.
- vergemakkelijkte fagocytose
Gefaciliteerde fagocytose is veel sneller en efficiënter dan spontane fagocytose. Hierdoor is het zeer effectief in het vernietigen van ziekteverwekkers. Om het fagocytoseproces zo intensief te laten plaatsvinden, zijn - zoals de naam suggereert - enkele voorzieningen nodig.
Hoe kunnen fagocyten hun activiteit vergemakkelijken? Een van de meest gebruikelijke methoden is om objecten die moeten worden weggegooid, specifiek te "markeren". Dit proces wordt opsonisatie genoemd.
De essentie van opsonisatie is de hechting van bepaalde moleculen aan het oppervlak van het micro-organisme. Deze "gemarkeerde" ziekteverwekker wordt snel gericht en vernietigd door de voedselcellen. De moleculen die opsonisatie mogelijk maken, worden opsonines genoemd. Dit zijn voornamelijk antilichamen en componenten van de zogenaamde het complementsysteem.
Opsonines herkennen pathogenen efficiënt, markeren ze en vergemakkelijken zo het verloop van het fagocytoseproces aanzienlijk.
Fagocytose - stadia
We weten al welke cellen, wanneer en waarom, betrokken zijn bij fagocytose. Dus laten we proberen dit proces van dichtbij te volgen:
1. Activering en instroom van fagocyten naar de plaats van infectie
De penetratie van het micro-organisme in het lichaam veroorzaakt de onmiddellijke stimulatie van het immuunsysteem. Cellen in de poort van infectie beginnen een signaal te geven van een bestaande dreiging.
De boodschappermoleculen (voornamelijk de zogenaamde pro-inflammatoire cytokines) worden door de bloedbaan verspreid. Op deze manier 'leren' de fagocyten dat ze geïnfecteerd zijn geraakt en geactiveerd worden.
De geactiveerde fagocyten bereiken de plaats van infectie met het bloed. De efficiënte instroom van fagocyten naar de juiste locatie is mogelijk dankzij de zogenaamde chemotaxis. Het is een proces van gerichte celbeweging onder invloed van chemische signalen.
Actieve fagocyten kunnen ook door de wanden van bloedvaten gaan, waardoor een inflammatoir infiltraat ontstaat op de plaats van infectie.
2. Erkenning van de ziekteverwekker
Wanneer de fagocyten de infectieplaats bereiken, beginnen ze de ziekteverwekkers te herkennen. Dit proces wordt vaak vergemakkelijkt door andere moleculen (zie sectie 4 voor gefaciliteerde fagocytose). Elke fagocyt heeft op het oppervlak van zijn celmembraan de zogenaamde receptoren, dat zijn eiwitten die de herkenning van verschillende moleculen mogelijk maken.
Wanneer de receptoren die verantwoordelijk zijn voor het herkennen van micro-organismen worden gestimuleerd, bindt de fagocyt zich stevig aan het doelwit van zijn aanval.
3. Opname van de ziekteverwekker
De fagocyt die aan de ziekteverwekker "vastzit", begint het proces van zijn opname. Het fagocytcelmembraan begint de ziekteverwekker te omringen en 'klimt' langs de randen. Hierdoor ontstaat een blaasje dat het micro-organisme bevat. Dit blaasje, het fagosoom genaamd, bevindt zich nu in de fagocytische cel. Om het micro-organisme volledig onschadelijk te maken, is het noodzakelijk om de inhoud van het fagosoom te vernietigen.
Vertering van fagosoominhoud
Om de inhoud van het fagosoom te verteren, is het noodzakelijk om spijsverteringsenzymen aan het binnenste af te leveren. Dergelijke enzymen worden opgeslagen in speciale blaasjes, lysosomen genaamd.
De laatste fase van fagocytose vereist daarom het combineren van de inhoud van lysosomen met de inhoud van het fagosoom - dit is hoe de zogenaamde fagolysosoom.
De enzymen in de lysosomen kunnen de meest complexe chemicaliën afbreken en het micro-organisme vernietigen. De eliminatie van een ziekteverwekker met de deelname van spijsverteringsenzymen wordt zuurstofonafhankelijk genoemd.
Zoals u gemakkelijk kunt raden, is er ook zuurstofafhankelijke eliminatie. Het is veel sneller en effectiever, maar slechts enkele fagocyten kunnen het. Zuurstofafhankelijke eliminatie vindt alleen plaats in cellen die in staat zijn om de zogenaamde "zuurstofexplosie".
Een zuurstofexplosie is een plotselinge afgifte van zeer reactieve zuurstofsoorten (bijv. Waterstofperoxide), die een sterk antimicrobieel effect heeft. Een zuurstofexplosie begint een reeks chemische reacties die leiden tot de snelle eliminatie van ziekteverwekkers. Zuurstofafhankelijke vernietiging van microben is vooral kenmerkend voor neutrofielen.
Fagocytose - en wat nu?
Het fagocytoseproces eindigt met de vertering van de fagosoominhoud in de cel. Wat gebeurt er naast het puin van de vernietigde deeltjes? De fagocytische cel verwijdert de meeste overbodige producten door ze simpelweg naar buiten te "gooien". Een deel van het materiaal dat overblijft na de spijsvertering kan echter erg nuttig zijn.
Sommige fagocyten spelen ook een andere rol in het immuunsysteem. Een goed voorbeeld zijn macrofagen, die naast fagocytose ook te maken hebben met de zogenaamde presentatie van antigenen. Antigeenpresentatie is gebaseerd op het tonen van fragmenten van andere immuuncellen van vernietigde micro-organismen.
Na het einde van de fagocytose van de ziekteverwekker, legt de macrofaag een deel van het fagocytische materiaal op zijn oppervlak bloot en "reist" ermee door het lichaam.
Elke cel van het immuunsysteem die het tegenkomt, "leert" een specifieke ziekteverwekker te herkennen. Dit fenomeen is buitengewoon belangrijk bij het opbouwen van efficiënte mechanismen voor antimicrobiële afweer.
Het is ook de moeite waard om te weten dat het fagocytoseproces niet altijd eindigt met de uiteindelijke vernietiging van het micro-organisme. Er zijn ziekteverwekkers die kunnen overleven in phagosomes dankzij speciaal ontwikkelde afweermechanismen. Een goed voorbeeld zijn de tuberculosebacillen die vele jaren in macrofagen kunnen overleven.
Manieren om fagocytose door micro-organismen te vermijden
Fagocytose als middel om "biologische tegenstanders" uit te schakelen is een heel oud mechanisme. Om deze reden zijn sommige micro-organismen erin geslaagd manieren te ontwikkelen om fagocytose te vermijden of te overleven. Hier zijn hun voorbeelden:
- het doden van fagocyten
De eenvoudigste manier om fagocytose te voorkomen, lijkt te zijn door de cel die het veroorzaakt te neutraliseren. Sommige micro-organismen hebben het vermogen stoffen te produceren die fagocyten onomkeerbaar beschadigen. Een voorbeeld van zo'n ziekteverwekker is staphylococcus aureus (Latijn. Staphylococcus aureus), die gifstoffen produceren die, door de celmembranen van fagocyten te vernietigen, hun dood veroorzaken.
- uitsterven van de ontstekingsreactie
Ontsteking in de poort van infectie vergemakkelijkt de overdracht van een infectiesignaal. Hierdoor is activering en aankomst van fagocyten op de juiste locatie mogelijk. Er zijn ziekteverwekkers die zichzelf zo kunnen maskeren dat ze niet worden herkend door het immuunsysteem van de gastheer en geen ontstekingen veroorzaken.
- opsonisatie vermijden
Opsonisatie, of speciale "etikettering" van pathogenen, is een van de meest effectieve manieren om fagocytose te vergemakkelijken. Geen wonder dat microben het proberen te vermijden. Sommige stammen van stafylokokken kunnen opsoninen vernietigen of ze op hun oppervlak verbergen.
- het vermijden van fagocytherkenning
Om het fagocytoseproces te laten beginnen, is het noodzakelijk om de schadelijkheid van een bepaald micro-organisme door de fagocyt te herkennen. Bepaalde ziekteverwekkers, zoals spirocheten Treponema pallidum waardoor syfilis kan hechten aan hun oppervlakteantigenen, vergelijkbaar met de gastheercellen. Het immuunsysteem herkent ze vervolgens als het zijne, waardoor ziekteverwekkers fagocytose kunnen voorkomen.
- blokkering van de productie van fagosomen
Een van de belangrijkste stadia van fagocytose is het omringen van het aangevallen micro-organisme met een blaasje, dat vervolgens in de cel wordt opgenomen. In de natuur zijn er echter veel manieren om het te vermijden. Sommige microben produceren stoffen die de fagosoomwand afbreken. Een ander mechanisme wordt gebruikt door het staafje blauwe olie (Pseudomonas aeruginosa). Deze bacterie vormt een gladde laag (biofilm) om zich heen die de vorming van een bel voorkomt.
- overleving in de fagocyt
Het fagolysosoom wordt de laatste habitat van pathogenen tijdens fagocytose. Zijn omgeving is buitengewoon vijandig; het zit vol met enzymen en dodelijke stoffen. Micro-organismen kunnen echter mechanismen ontwikkelen waarmee ze zelfs in zulke moeilijke omstandigheden kunnen overleven. Een voorbeeld is de tuberculose (Mycobacterium tuberculosis). Deze bacterie heeft een bepaald celmembraan ontwikkeld met een zeer hoog lipidengehalte dat niet wordt aangetast door standaard spijsverteringsenzymen.
- ontsnappen uit het fagosoom
Hoe ongelooflijk het ook klinkt om aan het fagosoom te ontsnappen, er zijn inderdaad microben die zo'n slim verdedigingsmechanisme hebben ontwikkeld. Listeria monocytogenes produceert stoffen die de fagosoomwand kunnen vernietigen. Bovendien kan deze ziekteverwekker, nadat hij uit het fagosoom is ontsnapt, zich binnen de fagocyt vermenigvuldigen en ook verder buiten zijn grenzen komen.
Fagocytose-aandoeningen
Een goed lopend fagocytoseproces is van fundamenteel belang voor het efficiënt functioneren van het immuunsysteem. Storingen in bepaalde fagocytose-stadia liggen ten grondslag aan immunodeficiëntieziekten. Voorbeelden van dergelijke aandoeningen zijn:
- Chronische granulomateuze ziekte
De oorzaak van chronische granulomateuze ziekte is een aandoening van fagocytose in het stadium van het genereren van een zuurstofstoot. Het ontbreken van een geschikt enzym (het zogenaamde NADPH-oxidase) verhindert de vorming van reactieve zuurstofsoorten, die op hun beurt geen snelle en effectieve eliminatie van micro-organismen mogelijk maken.
De enzymschade is genetisch bepaald, dus er is nog geen oorzakelijke behandeling van de ziekte. Chronische granulomateuze ziekte veroorzaakt frequente infecties en de vorming van abcessen en granulomen als gevolg van het ineffectieve intracellulaire eliminatiesysteem van pathogenen.
Lees ook: Wegener-granulomatose: oorzaken, symptomen en behandeling
- Chediak-Higashi-syndroom
Bij het Chediak-Higashi-syndroom is er een defect in fagocytose in het stadium van de fagosoom-lysosoomverbinding. Een genetische mutatie van een van de eiwitten verhindert de overdracht van spijsverteringsenzymen naar het blaasje dat de ziekteverwekker bevat, waardoor de eliminatie ervan wordt voorkomen.
Naast een aanzienlijke verslechtering van de immuniteit, zijn ook albinisme en storingen in de werking van het zenuwstelsel kenmerkend voor het Chediak-Higashi-syndroom.
Bibliografie:
- "Fagocytose: een fundamenteel proces in immuniteit" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Controle van fagocytose door microbiële pathogenen" door C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1e editie
- "Phagocytosis: An Immunobiologic Process" S. Gordon, Immunity, Review, Volume 44, issue 3, P463-475, 15 maart 2016
Lees meer artikelen van deze auteur
