Die Phagozytose ist einer der grundlegendsten und gleichzeitig wirksamsten Abwehrmechanismen des menschlichen Körpers. Das ordnungsgemäße Funktionieren des Phagozytoseprozesses ist ein wesentlicher Bestandteil einer ordnungsgemäßen Immunantwort. Finden Sie heraus, was genau Phagozytose ist, wie Phagozytose funktioniert, warum Phagozytose erforderlich ist und welche Auswirkungen Phagozytose-Störungen haben können.
Phagozytose ist, wenn Krankheitserreger, tote Zellfragmente und winzige Partikel von spezialisierten Zellen, sogenannten Phagozyten, absorbiert werden. Phagozytose kann mit "Aufräumen" auf zellulärer Ebene verglichen werden - sie ermöglicht es den Zellen, unnötige oder gefährliche Elemente loszuwerden.
Inhaltsverzeichnis:
- Was ist Phagozytose?
- Die Rolle der Phagozytose im Körper
- Welche Zellen können phagozytieren?
- Phagozytose - Typen
- spontane Phagozytose (sogenannte native)
- erleichterte Phagozytose
- Phagozytose - Stadien
- Phagozytose - und wie geht es weiter?
- Möglichkeiten zur Vermeidung von Phagozytose durch Mikroorganismen
- Phagozytose-Störungen
- Chronische granulomatöse Erkrankung
- Chediak-Higashi-Syndrom
Was ist Phagozytose?
Phagozytose ist ein biologischer Prozess, bei dem Fremdpartikel von der Zelle absorbiert werden. Das Phänomen der Phagozytose ist bei vielen lebenden Organismen häufig - die primitivsten (z. B. Protozoen) verwenden die Phagozytose, um Nahrung aus der äußeren Umgebung zu entnehmen.
Beim Menschen wird die Fähigkeit zur Phagozytose hauptsächlich von den Zellen des Immunsystems genutzt.
Die Phagozytose gehört zu den Mechanismen der angeborenen oder unspezifischen Immunität. Der Prozess der Phagozytose ist daher eine der ersten und grundlegenden Verteidigungslinien unseres Körpers. Zusätzlich zu ihrer Rolle im Immunsystem ist die Phagozytose von großer Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase (oder des Gleichgewichts).
Die Phagozytose ermöglicht die Entfernung toter und beschädigter Zellen des körpereigenen Körpers, was wiederum eine effiziente Regeneration und Rekonstruktion aller Gewebe ermöglicht.
Die Phagozytose ist eine der Arten der Endozytose, d. H. Die Übertragung von Molekülen von der äußeren Umgebung in das Innere der Zelle. Bei der Phagozytose werden feste Partikel absorbiert: Die Phagozytose umgibt sie zunächst mit einem Fragment ihrer eigenen Zellmembran und zieht sie dann hinein. Dadurch entsteht ein Vesikel, das ein absorbiertes Partikel enthält, das als Phagosom bezeichnet wird.
Der Phagosomengehalt wird dann mit einer Vielzahl von Chemikalien und Enzymen verdaut. Der gesamte Prozess ähnelt dem "Essen" des Partikels durch die Zelle, was sich auch im Begriff Phagozytose widerspiegelt.
Der Name kommt vom griechischen Phagein und bedeutet "essen, verschlingen".
Die Phagozytose findet in unserem Körper ständig statt - Milliarden von Phagozyten "fressen" ständig gefährliche Mikroorganismen, Fragmente toter Zellen oder unnötige Partikel. Es ist ein üblicher, wenn auch äußerst komplizierter Prozess.
Die korrekte Erkennung des Ziels durch die Phagozytenzelle und die ordnungsgemäße Wechselwirkung zwischen dem Phagozyten und dem Ziel des "Angriffs" erfordert die kontinuierliche Zusammenarbeit einer Vielzahl von Proteinen, Signalmolekülen, Antikörpern und Helferzellen.
Die Rolle der Phagozytose im Körper
Es ist nicht schwer zu erraten, dass die grundlegende Anwendung des Phagozytoseprozesses die Abwehr unseres Körpers gegen Krankheitserreger ist. Das Eindringen eines Infektionserregers in den Körper löst eine Signalkaskade aus, um phagozytische Zellen an die Infektionsstelle zu "rufen".
Es beginnt eine akute Entzündung, deren Aufgabe es ist, den Erreger zu neutralisieren. Phagozyten fließen mit dem Blut zur Läsion und sind einer der wichtigsten Mechanismen der primären Immunantwort. An der Entzündungsstelle "fressen" Phagozyten sowohl Krankheitserreger als auch die von ihnen geschädigten Zellen.
Im Verlauf der Infektion gibt es eine andere, sehr wichtige Art der Phagozytose. Es ist die sogenannte Eferozytose.
Der Prozess der Eferozytose beinhaltet das Verschlucken sterbender Zellen, wenn die Entzündung nachlässt. Sobald die Phagozyten ihre Funktion erfüllt und Krankheitserreger beseitigt haben, werden sie unnötig.
Dann sterben sie auf natürliche Weise, gefolgt von Eferozytose oder "Aufräumen des Schlachtfeldes". Diese Art der Phagozytose reduziert Entzündungen und ermöglicht es dem Körper, in seinen Zustand vor der Infektion zurückzukehren.
An dieser Stelle ist hervorzuheben, dass das Absterben von Zellen in unserem Körper ein Prozess ist, der ständig stattfindet, nicht nur als Folge einer Infektion. Jede Zelle hat eine bestimmte Lebensdauer, nach der sie stirbt und durch eine neue ersetzt wird. Der Prozess des programmierten Zelltods wird Apoptose genannt.
Apoptose ist ein natürliches Phänomen, das es unserem Gewebe ermöglicht, sich ständig zu erneuern. Damit die sterbenden Zellen durch ihre neuen Gegenstücke ersetzt werden können, müssen sie zuerst gereinigt werden. Wie Sie leicht erraten können, ist dies auch die Aufgabe der Phagozyten.
Apoptotische (sterbende) Zellen senden auf der Oberfläche ihrer Zellmembranen spezielle Signale aus, die ihre Erkennung und Neutralisierung durch Phagozyten ermöglichen.
In diesem Fall tritt eine Phagozytose ohne Entzündung auf. Wir sehen also, dass Phagozytose nicht nur eine Methode zur Abwehr fremder Mikroorganismen ist, sondern auch ein Prozess, der die Entwicklung, den Umbau und die Erneuerung aller Gewebe ermöglicht.
Welche Zellen können phagozytieren?
Zellen, die eine Phagozytose durchführen können, werden Phagozyten genannt. Abhängig von der Effizienz und Wirksamkeit der Phagozytose unterscheiden wir die sogenannte professionelle und nicht professionelle Phagozyten.
Nicht professionelle Phagozyten befassen sich "gelegentlich" mit Phagozytose - dieser Prozess ist nicht ihre Hauptaufgabe. Manchmal befinden sich jedoch Partikel / Fragmente toter Zellen in der Nähe dieser Zellen, die gereinigt werden müssen.
Dann zeigen sie eine gewisse phagozytische Aktivität, obwohl sie im Vergleich zu professionellen Phagozyten signifikant begrenzt und weniger wirksam ist. Viele Zelltypen werden als nicht professionelle Phagozyten klassifiziert, einschließlich. Epithelzellen, einige Bindegewebszellen sowie Gefäßendothel.
Professionelle Phagozyten sind die Hauptzellen, die für die Phagozytose in unserem Körper verantwortlich sind. Unter diesen unterscheiden wir hauptsächlich Neutrophile, Monozyten und Makrophagen. Diese Zellen gehören zur Familie der Leukozyten oder weißen Blutkörperchen, die hauptsächlich Immunfunktionen erfüllen. Alle drei Arten von professionellen Phagozyten sind auf Phagozytose spezialisiert, obwohl jede diese leicht unterschiedlich durchführt.
Neutrophile sind die Hauptzellen, die für die Entwicklung einer akuten Entzündung verantwortlich sind. Unter normalen Umständen zirkulieren Neutrophile mit dem Blut im ganzen Körper. Wenn eine Infektion beginnt, sammeln sich diese Zellen sofort im Krankheitsfokus. Die durch Neutrophile vermittelte Phagozytose ist schnell und intensiv: Diese Zellen haben eine Vielzahl von Möglichkeiten, absorbierte Krankheitserreger zu inaktivieren.
Monozyten zirkulieren wie Neutrophile im Blutkreislauf, können jedoch den Blutkreislauf verlassen und verschiedene Gewebe besiedeln. Die reifen Monozyten wandeln sich dann in Gewebemakrophagen um. Die durch Makrophagen vermittelte Phagozytose ist weniger schnell und viel langsamer. Makrophagen sind der Hauptpool von Zellen, die an Orten chronischer Entzündungen gefunden werden.
Phagozytose - Typen
Die Phagozytose ist ein komplexer Prozess, der von der Art der Phagozytose, dem Objekt, das einer Phagozytose unterzogen wird, und vielen Zwischenmolekülen abhängt. Es gibt zwei grundlegende Phagozytosewege:
- spontane Phagozytose (sogenannte native)
Es ist eine relativ langsam auftretende Phagozytose, die selten an der antimikrobiellen Reaktion beteiligt ist. Die Rolle der spontanen Phagozytose besteht darin, tote Zellen zu entfernen und unnötige Elemente im Gewebe zu "säubern". Um eine spontane Phagozytose auszulösen, ist es notwendig, die sogenannte zu stimulieren "Scavenger-Rezeptoren", die hauptsächlich auf Makrophagen vorhanden sind. Diese Art der Phagozytose ist entzündungshemmender Natur.
- erleichterte Phagozytose
Die erleichterte Phagozytose ist viel schneller und effizienter als die spontane Phagozytose. Infolgedessen ist es hochwirksam bei der Zerstörung von Krankheitserregern. Damit der Phagozytoseprozess so intensiv abläuft, sind - wie der Name schon sagt - einige Einrichtungen erforderlich.
Wie können Phagozyten ihre Aktivität fördern? Eine der gebräuchlichsten Methoden besteht darin, Objekte, die entsorgt werden sollen, gezielt zu "markieren". Dieser Vorgang wird als Opsonisierung bezeichnet.
Das Wesen der Opsonisierung ist die Anlagerung bestimmter Moleküle an die Oberfläche des Mikroorganismus. Dieser "markierte" Erreger wird von den Nahrungszellen schnell angegriffen und zerstört. Die Moleküle, die die Opsonisierung ermöglichen, werden Opsonine genannt. Dies sind hauptsächlich Antikörper und Bestandteile der sogenannten das Komplementsystem.
Opsonine erkennen Krankheitserreger effizient, markieren sie und erleichtern so den Verlauf des Phagozytoseprozesses erheblich.
Phagozytose - Stadien
Wir wissen bereits, welche Zellen wann und warum an der Phagozytose beteiligt sind. Versuchen wir also, diesen Prozess genau zu verfolgen:
1. Aktivierung und Zustrom von Phagozyten an die Infektionsstelle
Das Eindringen des Mikroorganismus in den Körper bewirkt die sofortige Stimulation des Immunsystems. Zellen im Tor der Infektion beginnen, ein Signal einer bestehenden Bedrohung zu senden.
Die Botenmoleküle (hauptsächlich die sogenannten proinflammatorischen Zytokine) sind im gesamten Blutkreislauf verteilt. Auf diese Weise "lernen" die Phagozyten, dass sie infiziert und aktiviert wurden.
Die aktivierten Phagozyten erreichen die Infektionsstelle mit dem Blut. Der effiziente Zustrom von Phagozyten an den richtigen Ort ist dank der sogenannten möglich Chemotaxis. Es ist ein Prozess der gerichteten Zellbewegung unter dem Einfluss chemischer Signale.
Aktive Phagozyten können auch durch Blutgefäßwände gelangen und an der Infektionsstelle ein entzündliches Infiltrat erzeugen.
2. Erkennung des Erregers
Wenn die Phagozyten die Infektionsstelle erreichen, beginnen sie, die Krankheitserreger zu erkennen. Dieser Prozess wird häufig durch andere Moleküle erleichtert (siehe Abschnitt 4 für eine erleichterte Phagozytose). Jeder Phagozyt hat auf der Oberfläche seiner Zellmembran das sogenannte Rezeptoren, d. h. Proteine, die die Erkennung verschiedener Moleküle ermöglichen.
Wenn die Rezeptoren, die für die Erkennung von Mikroorganismen verantwortlich sind, stimuliert werden, bindet der Phagozyt eng an das Ziel seines Angriffs.
3. Aufnahme des Erregers
Der am Erreger "haftende" Phagozyt startet den Prozess seiner Absorption. Die Phagozytenzellmembran beginnt den Erreger zu umgeben und "klettert" an seinen Rändern. Dadurch entsteht ein Vesikel, das den Mikroorganismus enthält. Dieses Vesikel, das als Phagosom bezeichnet wird, befindet sich jetzt in der Phagozytenzelle. Um den Mikroorganismus vollständig unschädlich zu machen, ist es notwendig, den Inhalt des Phagosoms zu zerstören.
Verdauung von Phagosomeninhalten
Damit der Inhalt des Phagosoms verdaut werden kann, müssen darin Verdauungsenzyme abgegeben werden. Solche Enzyme werden in speziellen Vesikeln gespeichert, die als Lysosomen bezeichnet werden.
Das letzte Stadium der Phagozytose erfordert daher die Kombination des Gehalts an Lysosomen mit dem Inhalt des Phagosoms - so wird es genannt Phagolysosom.
Die Enzyme in den Lysosomen können die komplexesten Chemikalien abbauen und den Mikroorganismus zerstören. Die Eliminierung eines Erregers unter Beteiligung von Verdauungsenzymen wird als sauerstoffunabhängig bezeichnet.
Wie Sie sich vorstellen können, erfolgt auch eine sauerstoffabhängige Ausscheidung. Es ist viel schneller und effektiver, aber nur einige Phagozyten können es tun. Die sauerstoffabhängige Elimination erfolgt nur in Zellen, die das sogenannte erzeugen können "Sauerstoffexplosion".
Eine Sauerstoffexplosion ist eine plötzliche Freisetzung hochreaktiver Sauerstoffspezies (z. B. Wasserstoffperoxid), die eine starke antimikrobielle Wirkung hat. Eine Sauerstoffexplosion löst eine Reihe chemischer Reaktionen aus, die zur schnellen Beseitigung von Krankheitserregern führen. Die sauerstoffabhängige Zerstörung von Mikroben ist vor allem für Neutrophile charakteristisch.
Phagozytose - und wie geht es weiter?
Der Phagozytoseprozess endet mit der Verdauung des Phagosomeninhalts in der Zelle. Was passiert neben den Trümmern der zerstörten Partikel? Die Phagozytose entfernt die meisten unnötigen Produkte, indem sie sie einfach nach draußen "wirft". Ein Teil des nach dem Aufschluss verbleibenden Materials kann jedoch sehr nützlich sein.
Einige Phagozyten spielen auch andere Rollen im Immunsystem. Ein gutes Beispiel sind Makrophagen, die sich neben der Phagozytose auch mit den sogenannten befassen Präsentation von Antigenen. Die Antigenpräsentation basiert auf der Darstellung anderer Immunzellfragmente zerstörter Mikroorganismen.
Nach dem Ende der Phagozytose des Erregers legt der Makrophagen einen Teil des phagozytierten Materials auf seiner Oberfläche frei und "wandert" dann mit ihm durch den Körper.
Jede einzelne Zelle des Immunsystems, auf die sie trifft, "lernt", wie man einen bestimmten Krankheitserreger erkennt. Dieses Phänomen ist äußerst wichtig für den Aufbau effizienter Mechanismen der antimikrobiellen Abwehr.
Es ist auch wichtig zu wissen, dass der Phagozytoseprozess nicht immer mit der endgültigen Zerstörung des Mikroorganismus endet. Es gibt Krankheitserreger, die dank speziell entwickelter Abwehrmechanismen in Phagosomen überleben können. Ein gutes Beispiel sind die Tuberkulose-Bazillen, die in Makrophagen viele Jahre überleben können.
Möglichkeiten zur Vermeidung von Phagozytose durch Mikroorganismen
Die Phagozytose als Mittel zur Beseitigung "biologischer Gegner" ist ein sehr alter Mechanismus. Aus diesem Grund ist es einigen Mikroorganismen gelungen, Wege zu entwickeln, um Phagozytose zu vermeiden oder zu überleben. Hier sind ihre Beispiele:
- Phagozyten abtöten
Der einfachste Weg, eine Phagozytose zu vermeiden, scheint darin zu bestehen, die Zelle, die sie verursacht, zu neutralisieren. Einige Mikroorganismen haben die Fähigkeit, Substanzen zu produzieren, die Phagozyten irreversibel schädigen. Ein Beispiel für einen solchen Erreger ist Staphylococcus aureus (lateinisch). Staphylococcus aureus), wobei Toxine produziert werden, die durch Zerstörung der Zellmembranen von Phagozyten ihren Tod verursachen.
- Aussterben der Entzündungsreaktion
Eine Entzündung im Infektionsgatter erleichtert die Übertragung eines Infektionssignals. Dank dessen ist die Aktivierung und Ankunft von Phagozyten an der richtigen Stelle möglich. Es gibt Krankheitserreger, die sich so maskieren können, dass sie vom Immunsystem des Wirts nicht erkannt werden und keine Entzündungen verursachen.
- Vermeidung von Opsonisierung
Die Opsonisierung oder spezielle "Markierung" von Krankheitserregern ist eine der wirksamsten Methoden zur Erleichterung der Phagozytose. Kein Wunder, dass Mikroben versuchen, dies zu vermeiden. Einige Staphylokokkenstämme können Opsonine zerstören oder auf ihrer Oberfläche verstecken.
- Vermeidung der Phagozytenerkennung
Damit der Phagozytoseprozess beginnen kann, muss die Schädlichkeit eines bestimmten Mikroorganismus durch den Phagozyten erkannt werden. Bestimmte Krankheitserreger wie Spirochäten Treponema pallidum bewirkt, dass Syphilis ähnlich wie die Wirtszellen an ihre Oberflächenantigene binden kann. Das Immunsystem erkennt sie dann als seine eigenen, wodurch Krankheitserreger eine Phagozytose vermeiden können.
- Blockade der Phagosomenproduktion
Eines der Schlüsselstadien der Phagozytose besteht darin, den angegriffenen Mikroorganismus mit einem Vesikel zu umgeben, das dann von der Zelle absorbiert wird. In der Natur gibt es jedoch viele Möglichkeiten, dies zu vermeiden. Einige Mikroben produzieren Substanzen, die die Phagosomenwand zerstören. Ein anderer Mechanismus wird vom blauen Ölstift verwendet (Pseudomonas aeruginosa). Dieses Bakterium bildet um sich herum eine rutschige Beschichtung (Biofilm), die die Bildung einer Blase verhindert.
- Überleben im Phagozyten
Das Phagolysosom wird während der Phagozytose zum endgültigen Lebensraum für Krankheitserreger. Seine Umgebung ist äußerst feindlich; Es ist voll von Enzymen und tödlichen Substanzen. Mikroorganismen können jedoch Mechanismen entwickeln, die es ihnen ermöglichen, auch unter solch schwierigen Bedingungen zu überleben. Ein Beispiel ist die Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis). Dieses Bakterium hat eine spezielle Zellmembran mit einem sehr hohen Lipidgehalt entwickelt, die von Standard-Verdauungsenzymen nicht beeinflusst wird.
- Flucht aus dem Phagosom
So unglaublich es auch klingt, dem Phagosom zu entkommen, es gibt tatsächlich Mikroben, die einen so cleveren Abwehrmechanismus entwickelt haben. Listeria monocytogenes produziert Substanzen, die die Phagosomenwand zerstören können. Darüber hinaus kann sich dieser Erreger nach dem Entweichen aus dem Phagosom im Phagozyten vermehren und auch über seine Grenzen hinaus aussteigen.
Phagozytose-Störungen
Ein ordnungsgemäß ablaufender Phagozytoseprozess ist von grundlegender Bedeutung für das effiziente Funktionieren des Immunsystems. Störungen in bestimmten Phagozytosestadien liegen Immunschwächekrankheiten zugrunde. Beispiele für solche Bedingungen sind:
- Chronische granulomatöse Erkrankung
Die Ursache einer chronischen granulomatösen Erkrankung ist eine Störung der Phagozytose im Stadium der Erzeugung eines Sauerstoffstoßes. Das Fehlen eines geeigneten Enzyms (der sogenannten NADPH-Oxidase) verhindert die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, was wiederum keine schnelle und effektive Eliminierung von Mikroorganismen ermöglicht.
Der Enzymschaden ist genetisch bedingt, daher gibt es noch keine kausale Behandlung der Krankheit. Chronische granulomatöse Erkrankungen verursachen häufige Infektionen und die Bildung von Abszessen und Granulomen aufgrund des unzureichenden intrazellulären Eliminierungssystems für Krankheitserreger.
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- Chediak-Higashi-Syndrom
Beim Chediak-Higashi-Syndrom liegt im Stadium der Phagosom-Lysosom-Verbindung ein Defekt der Phagozytose vor. Eine genetische Mutation eines der Proteine verhindert die Übertragung von Verdauungsenzymen auf das Vesikel, das den Erreger enthält, und verhindert so dessen Elimination.
Neben einer signifikanten Beeinträchtigung der Immunität sind Albinismus und Störungen des Nervensystems auch für das Chediak-Higashi-Syndrom charakteristisch.
Literaturverzeichnis:
- "Phagozytose: Ein grundlegender Prozess der Immunität" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontrolle der Phagozytose durch mikrobielle Pathogene" von C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. Auflage
- "Phagozytose: Ein immunbiologischer Prozess" S. Gordon, Immunität, Review, Band 44, Ausgabe 3, P463-475, 15. März 2016
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