Фагоцитоз — це біологічний процес, під час якого певні клітини, відомі як фагоцити, поглинають і знищують сторонні частинки, такі як бактерії, віруси, мертві клітини або інші мікроорганізми. Цей механізм відіграє ключову роль в імунній системі організмів, допомагаючи захищати їх від інфекцій і підтримувати гомеостаз. Давайте розглянемо цей процес докладно.
Що таке фагоцитоз?
Термін “фагоцитоз” походить від грецьких слів “phagein” (їсти) і “kytos” (клітина), що буквально означає “клітина, яка їсть”. Це форма ендоцитозу, при якій клітина активно захоплює великі частинки (зазвичай розміром понад 0,5 мкм) шляхом оточення їх своєю мембраною з утворенням внутрішньої везикули, відомої як фагосома.
Основні учасники фагоцитозу
Фагоцитоз здійснюють спеціалізовані клітини — фагоцити. У людини та інших ссавців до них належать:
- Нейтрофіли — найпоширеніші лейкоцити, які швидко реагують на інфекцію.
- Моноцити — циркулюють у крові, а при потраплянні в тканини перетворюються на макрофаги.
- Макрофаги — “професійні” фагоцити, які не лише поглинають патогени, а й беруть участь в активації інших імунних клітин.
- Дендритні клітини — поглинають патогени та презентують їх антигени іншим імунним клітинам.
- Еозинофіли — активні проти паразитів, таких як гельмінти.
Етапи фагоцитозу
Процес фагоцитозу складається з кількох послідовних етапів:
- Хемотаксис (виявлення)
Фагоцити виявляють сторонні частинки завдяки хімічним сигналам, таким як цитокіни, компоненти комплементу або молекули, що виділяються патогенами (наприклад, ліпополісахариди бактерій). Рецептори на поверхні фагоцитів, такі як толл-подібні рецептори (TLR), розпізнають ці сигнали. - Адгезія (прикріплення)
Фагоцит прикріплюється до частинки за допомогою рецепторів на своїй мембрані. Цей процес може бути посилений опсонізацією — покриттям частинки антитілами або білками комплементу, що полегшує її розпізнавання фагоцитом. - Поглинання (інтерналзація)
Після контакту фагоцит починає обволікати частинку своєю плазматичною мембраною, утворюючи псевдоподії — тимчасові вирости цитоплазми. Цей процес залежить від реорганізації актинового цитоскелету. Зрештою частинка повністю опиняється всередині фагосоми — мембранного мішечка. - Утворення фаголізосоми
Фагосома зливається з лізосомою — органелою, що містить гідролітичні ферменти (наприклад, лізоцим, протеази) і реактивні форми кисню (ROS). Утворюється фаголізосома, де відбувається знищення поглинутої частинки. - Деградація (руйнування)
У фаголізосомі патоген або частинка розщеплюється на простіші компоненти (амінокислоти, цукри, ліпіди) під дією ферментів і окислювальних агентів. - Екзоцитоз або презентація антигенів
Залишки деградації можуть бути виведені з клітини шляхом екзоцитозу. У випадку макрофагів чи дендритних клітин фрагменти патогену можуть бути представлені на поверхні клітини за допомогою молекул головного комплексу гістосумісності (MHC) для активації Т-лімфоцитів.
Механізми регуляції
Фагоцитоз є енергоємним процесом, який залежить від АТФ. Він регулюється сигнальними молекулами, такими як кальцій, фосфоліпіди та протеїнкінази. Крім того, патогени можуть намагатися уникнути фагоцитозу, наприклад, виділяючи токсини чи блокуючи злиття фагосоми з лізосомою (як це робить Mycobacterium tuberculosis).
Значення фагоцитозу
- Імунний захист: знищення патогенів і запобігання інфекціям.
- Очищення організму: видалення мертвих клітин (апоптоз) і тканинних уламків.
- Розвиток: у деяких організмів фагоцитоз бере участь у формуванні тканин (наприклад, при метаморфозі у комах).
Цікаві факти
- Фагоцитоз був відкритий Іллею Мечниковим у 1882 році, за що він отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1908 році.
- Не всі фагоцити однаково ефективні: наприклад, макрофаги можуть поглинати до 100 бактерій, тоді як нейтрофіли зазвичай “одноразові” і гинуть після фагоцитозу, утворюючи гній.
Таким чином, фагоцитоз — це складний і висококоординований процес, який є основою як вродженого імунітету, так і тканинного гомеостазу.