17.4: Kutambua pathogen na Phagocytosis

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi leukocytes huhamia kutoka damu ya pembeni ndani ya tishu
• Eleza njia ambazo leukocytes hutambua vimelea
• Eleza mchakato wa phagocytosis na taratibu ambazo phagocytes huharibu na kuharibu vimelea

Aina kadhaa za seli zilizojadiliwa katika sehemu ya awali zinaweza kuelezewa kama phagocytes-seli ambazo kazi kuu ni kutafuta, kumeza, na kuua vimelea. Utaratibu huu, unaoitwa phagocytosis, ulionekana mara ya kwanza katika kiti cha pweza katika miaka ya 1880 na mwanasayansi wa zoolojia aliyeshinda tuzo ya Nobel Ilya Metchnikoff (1845—1916), ambaye alifanya uhusiano na seli nyeupe za damu (WBCs) katika binadamu na wanyama wengine. Wakati huo, Pasteur na wanasayansi wengine waliamini kwamba WBCs walikuwa wakieneza vimelea badala ya kuwaua (ambayo ni kweli kwa baadhi ya magonjwa, kama vile kifua kikuu). Lakini katika hali nyingi, phagocytes hutoa ulinzi wenye nguvu, wa haraka, na ufanisi dhidi ya aina mbalimbali za microbes, na kuwafanya kuwa sehemu muhimu ya kinga isiyo ya kawaida ya kinga. Sehemu hii itazingatia taratibu ambazo phagocytes zinaweza kutafuta, kutambua, na kuharibu vimelea.

Extravasation (Diapedesis) ya Leukocytes

Baadhi ya phagocytes ni leukocytes (WBCs) ambazo kawaida huzunguka katika damu. Ili kufikia vimelea vilivyo kwenye tishu zilizoambukizwa, leukocytes zinapaswa kupitisha kuta za mishipa ya damu ndogo ya capillary ndani ya tishu. Utaratibu huu, unaoitwa extravasation, au diapedesis, unaanzishwa na inayosaidia sababu C5a, pamoja na cytokines iliyotolewa katika maeneo ya jirani ya haraka na macrophages mkazi na seli tishu kukabiliana na uwepo wa wakala wa kuambukiza (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Sawa na C5a, wengi wa cytokines hizi ni proinflammatory na chemotaksia, na wao hufunga kwa seli za mishipa ndogo ya damu kapilari, kuanzisha majibu katika seli endothelial bitana ndani ya kuta za mishipa ya damu. Jibu hili linahusisha upregulation na usemi wa molekuli mbalimbali za kujitoa za mkononi na receptors. Leukocytes inayopita itashika kidogo kwa molekuli za kujitoa, kupunguza kasi na kuzunguka kuta za chombo cha damu karibu na eneo lililoambukizwa. Wakati wao kufikia makutano ya seli, wao kumfunga kwa zaidi ya molekuli hizi kujitoa, flattening nje na kufinya kupitia makutano ya seli katika mchakato unaojulikana kama uhamiaji transendothelial. Utaratibu huu wa “kujitoa” inaruhusu leukocytes kuondoka kwenye damu na kuingia maeneo yaliyoambukizwa, ambapo wanaweza kuanza phagocytosing vimelea vya kuvamia.

Kumbuka kuwa extravasation haitoke katika mishipa au mishipa. Mishipa hii ya damu imezungukwa na kuta nyingi za kinga, za multilayer, kinyume na kuta nyembamba za safu moja ya seli za capillaries. Zaidi ya hayo, mtiririko wa damu katika mishipa ni msukosuko mno kuruhusu kujitoa rolling. Pia, baadhi ya leukocytes huwa na kukabiliana na maambukizi kwa haraka zaidi kuliko wengine. Wa kwanza kufika kwa kawaida ni neutrophils, mara nyingi ndani ya masaa ya maambukizi ya bakteria. Kwa mkataba, monocytes inaweza kuchukua siku kadhaa kuondoka damu na kutofautisha katika macrophages.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Seli zilizoharibiwa na macrophages ambazo zimeingiza vimelea vimelea hutoa cytokines ambazo zina uchochezi na chemotactic kwa leukocytes. Aidha, uanzishaji wa inayosaidia kwenye tovuti ya matokeo ya maambukizi katika uzalishaji wa chemotactic na proinflammatory C5a. Leukocytes hutoka kwenye chombo cha damu na kufuata ishara ya chemoattractant ya cytokines na C5a kwenye tovuti ya maambukizi. Granulocytes kama vile neutrophils kutolewa kemikali kwamba kuharibu vimelea. Pia wana uwezo wa phagocytosis na mauaji ya intracellular ya vimelea vya bakteria.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video zifuatazo kwenye extravasation ya leukocyte na leukocyte rolling ili kujifunza zaidi.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Eleza jukumu la molekuli za kujitoa katika mchakato wa extravasation.

Utambuzi wa pathogen

Kama ilivyoelezwa katika sehemu ya awali, opsonization ya vimelea na antibody; inayosaidia sababu C1q, C3b, na C4b; na lectini zinaweza kusaidia seli za phagocytic katika kutambua vimelea na attachment kuanzisha phagocytosis. Hata hivyo, sio utambuzi wote wa pathogen unategemea opsonin. Phagocytes pia inaweza kutambua miundo ya Masi ambayo ni ya kawaida kwa makundi mengi ya microbes pathogenic. Miundo kama hiyo inaitwa mifumo ya Masi inayohusishwa na pathogen (PAMPs). PAMPs ya kawaida ni pamoja na yafuatayo:

• peptidoglycan, hupatikana katika kuta za seli za bakteria;
• flagellin, protini iliyopatikana katika flagella ya bakteria;
• lipopolysaccharide (LPS) kutoka kwenye utando wa nje wa bakteria ya gramu-hasi;
• lipopeptides, molekuli zilizoelezwa na bakteria nyingi; na
• asidi nucleic kama vile DNA virusi au RNA.

Kama PAMPs nyingine nyingi, vitu hivi ni muhimu kwa muundo wa madarasa mapana ya microbes.

Miundo ambayo inaruhusu seli za phagocytic kuchunguza PAMPs huitwa receptors ya kutambua mfano (PRRs). Kundi moja la PRR ni receptors toll-kama (TLRs), ambayo hufunga kwa PAMPs mbalimbali na kuwasiliana na kiini cha phagocyte ili kuchochea majibu. TLR nyingi (na PRR nyingine) ziko juu ya uso wa phagocyte, lakini baadhi pia yanaweza kupatikana iliyoingia kwenye membrane ya vyumba vya ndani na organelles (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). PRR hizi za ndani zinaweza kuwa na manufaa kwa ajili ya kumfunga na kutambua vimelea vya intracellular ambavyo vinaweza kupata upatikanaji wa ndani ya seli kabla ya phagocytosis inaweza kutokea. Asidi ya nucleic ya virusi, kwa mfano, inaweza kukutana na PRR ya mambo ya ndani, na kusababisha uzalishaji wa interferon ya antiviral cytokine.

Mbali na kutoa hatua ya kwanza ya kutambua pathogen, mwingiliano kati ya PAMPs na PRR juu ya macrophages hutoa ishara ndani ya seli ambayo activates phagocyte, na kusababisha mpito kutoka hali dormant ya utayari na kuenea polepole kwa hali ya kutokuwa na nguvu, kuenea, uzalishaji/secretion ya cytokines, na kuimarishwa ndani ya seli mauaji. PRRs juu ya macrophages pia hujibu ishara za dhiki za kemikali kutoka kwenye seli zilizoharibiwa au zilizosisitizwa. Hii inaruhusu macrophages kupanua majibu yao zaidi ya ulinzi kutoka magonjwa ya kuambukiza kwa jukumu pana katika majibu ya uchochezi yaliyoanzishwa kutokana na majeraha au magonjwa mengine.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Seli za Phagocytic zina receptors za kutambua mfano (PRRs) zinazoweza kutambua mifumo mbalimbali ya Masi inayohusishwa na pathogen (PAMPs). PRR hizi zinaweza kupatikana kwenye membrane ya plasma au katika phagosomes za ndani. Wakati PRR inatambua PAMP, inapeleka ishara kwa kiini kwamba activates jeni kushiriki katika phagocytosis, uenezi wa seli, uzalishaji na secretion ya interferons antiviral na cytokines proinflammatory, na kuimarishwa ndani ya seli mauaji.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

1. Jina chati nne za Masi zinazohusiana na pathogen (PAMPs).
2. Eleza mchakato wa uanzishaji wa phagocyte.

Uharibifu wa pathogen

Mara baada ya kutambua pathogen na attachment hutokea, pathogen inakabiliwa na kilengelenge na kuletwa ndani ya compartment ya ndani ya phagocyte katika mchakato unaoitwa phagocytosis (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). PRRs inaweza kusaidia katika phagocytosis kwa kumfunga kwanza kwa uso wa pathogen, lakini phagocytes pia zina uwezo wa kuingiza vitu vya karibu hata kama hazifungwa na vipokezi maalum. Ili kuingiza pathogen, phagocyte huunda pseudopod inayozunguka pathogen na kisha kuifuta ndani ya kilengelenge cha membrane kinachoitwa phagosome. Acidification ya phagosome (pH inapungua kwa kiwango cha 4—5) hutoa utaratibu muhimu wa antibacterial mapema. Phagosome iliyo na fuses ya pathogen na lysosomes moja au zaidi, kutengeneza phagolysosome. Malezi ya phagolysosome huongeza acidification, ambayo ni muhimu kwa ajili ya uanzishaji wa pH tegemezi digestive lysosomal Enzymes na uzalishaji wa peroksidi hidrojeni na sumu tendaji oksijeni aina. Enzymes Lysosomal kama vile lysozyme, phospholipase, na proteases kuchimba pathojeni. Enzymes nyingine zinahusika kupasuka kwa kupumua. Wakati wa kupasuka kwa kupumua, phagocytes itaongeza matumizi yao na matumizi ya oksijeni, lakini si kwa uzalishaji wa nishati. Kuongezeka kwa matumizi ya oksijeni inalenga uzalishaji wa anion ya superoxide, peroxide ya hidrojeni, radicals ya hidrojeni, na aina nyingine za oksijeni za athari ambazo ni antibacterial.

Mbali na aina za oksijeni zinazozalishwa na kupasuka kwa kupumua, misombo ya nitrojeni yenye nguvu na uwezo wa cytotoxic (kiini cha kuua) pia huweza kuunda. Kwa mfano, oksidi ya nitriki inaweza kuguswa na superoxide kuunda peroxynitriti, kiwanja cha nitrojeni yenye nguvu yenye uwezo unaoharibika sawa na ule wa aina za oksijeni za tendaji. Baadhi ya phagocytes hata vyenye ghala la ndani la protini za microbicidal defensin (kwa mfano, granules neutrophil). Majeshi haya ya uharibifu yanaweza kutolewa katika eneo karibu na kiini ili kuharibu microbes nje. Neutrophils, hasa, inaweza kuwa na ufanisi kabisa katika utaratibu huu wa pili wa antimicrobial.

Mara uharibifu ukamilika, bidhaa za taka zilizobaki hutolewa kutoka kwenye seli kwenye vesicle ya exocytic. Hata hivyo, ni muhimu kutambua kwamba sio mabaki yote ya pathogen yanayotengwa kama taka. Macrophages na seli za dendritic pia ni seli zinazowasilisha antijeni zinazohusika katika majibu maalum ya kinga ya kinga. Seli hizi hutengeneza zaidi mabaki ya pathogen iliyoharibika na sasa antigens muhimu (protini maalum za pathogen) kwenye uso wao wa seli. Hii ni hatua muhimu kwa ajili ya kuchochea baadhi ya majibu adaptive kinga, kama itajadiliwa kwa undani zaidi katika sura inayofuata.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Hatua za phagocytosis ni pamoja na kuingizwa kwa pathogen, malezi ya phagosome, digestion ya chembe ya pathogenic katika phagolysosome, na kufukuzwa kwa vifaa vya undigested kutoka kwenye seli.

Unganisha na Kujifunza

Tembelea kiungo hiki ili uone phagocyte chasing na engulfing pathogen.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Ni tofauti gani kati ya phagosome na lysosome?

Wakati Phagocytosis inashindwa

Ingawa phagocytosis huharibu kwa mafanikio vimelea vingi, wengine wanaweza kuishi na hata kutumia utaratibu huu wa ulinzi ili kuzidi katika mwili na kusababisha maambukizi yaliyoenea. Protozoans wa jenasi Leishmania ni mfano mmoja. Hizi zinawahimiza vimelea vya intracellular ni flagellates zinazotumiwa kwa wanadamu kwa bite ya kuruka mchanga. Maambukizi husababisha vidonda vingi na wakati mwingine vinavyoharibika na vidonda katika ngozi na tishu nyingine (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Duniani kote, wastani wa watu milioni 1.3 wanaambukizwa hivi karibuni na leishmaniasis kila mwaka. ¹

Peptides ya salivary kutoka kuruka mchanga kuamsha macrophages jeshi kwenye tovuti ya bite yao. Njia ya kawaida au mbadala ya uanzishaji inayosaidia hufuata na opsonization ya C3b ya vimelea. Seli za Leishmania ni phagocytosed, hupoteza flagella yao, na kuzidisha katika fomu inayojulikana kama amastigote (mwili wa Leishman-Donovan) ndani ya phagolysosome. Ingawa vimelea vingine vingi vinaharibiwa katika phagolysosome, uhai wa amastigotes ya Leishmania huhifadhiwa kwa kuwepo kwa lipophosphoglycan ya uso na phosphatase ya asidi. Dutu hizi huzuia kupasuka kwa kupumua kwa macrophage na enzymes za lysosomal. Vimelea kisha huzidisha ndani ya seli na hupunguza macrophage iliyoambukizwa, ikitoa amastigotes kuambukiza macrophages nyingine ndani ya jeshi moja. Je, mchanga mwingine kuruka kuuma mtu aliyeambukizwa, inaweza kumeza amastigotes na kisha kuwapeleka kwa mtu mwingine kupitia bite nyingine.

Kuna aina mbalimbali za leishmaniasis. kawaida ni localized cutaneous aina ya ugonjwa unaosababishwa na L. tropica, ambayo kwa kawaida resolves kuwaka baada ya muda lakini kwa baadhi muhimu lymphocyte infiltration na makovu ya kudumu. Aina ya mucocutaneous ya ugonjwa huo, unaosababishwa na L. viannia brasilienfsis, hutoa vidonda katika tishu za pua na kinywa na inaweza kuwa hatari ya maisha. Aina ya ugonjwa wa visceral inaweza kusababishwa na aina kadhaa za Leishmania tofauti. Inathiri mifumo mbalimbali ya chombo na husababisha upanuzi usio wa kawaida wa ini na wengu. Homa isiyo ya kawaida, upungufu wa damu, ugonjwa wa ini, na kupoteza uzito ni ishara zote na dalili za leishmaniasis ya visceral. Kama kushoto bila kutibiwa, ni kawaida mbaya.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): (a) Leishmaniasis ya cutaneous ni ugonjwa wa kupasuka unaosababishwa na flagellate ya ndani ya seli Leishmania tropica, inayoambukizwa na kuumwa kwa kuruka kwa mchanga. (b) Micrograph hii ya mwanga ya sampuli iliyochukuliwa kutoka kwenye lesion ya ngozi inaonyesha seli kubwa, ambayo ni macrophage iliyoambukizwa na L. tropica amastigotes (mishale). Wamastigoti wamepoteza flagella yao lakini viini vyao vinaonekana. Hivi karibuni amastigotes watapiga macrophage na kuingizwa na phagocytes nyingine, kueneza maambukizi. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Otis Historia Archives ya “Makumbusho ya Taifa ya Afya & Tiba”; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa)

Dhana muhimu na Muhtasari

• Phagocytes ni seli zinazotambua vimelea na kuziharibu kupitia phagocytosis.
• Kutambuliwa mara nyingi hufanyika kwa matumizi ya vipokezi vya phagocyte ambavyo hufunga molekuli zinazopatikana kwa kawaida kwenye vimelea, vinavyojulikana kama mifumo ya Masi inayohusishwa na pathogen-kuhusishwa (PAMPs).
• Wapokeaji ambao hufunga PAMPs huitwa receptors ya kutambua mfano, au PRRs. Vipokezi vya Toll-kama (TLRs) ni aina moja ya PRR inayopatikana kwenye phagocytes.
• Extravasation ya seli nyeupe za damu kutoka damu ndani ya tishu zilizoambukizwa hutokea kupitia mchakato wa uhamiaji wa transendothelial.
• Phagocytes kuharibu vimelea kupitia phagocytosis, ambayo inahusisha engulfing pathogen, kuua na digesting ndani ya phagolysosome, na kisha excreting undigested jambo.

maelezo ya chini

1. 1 Shirika la Afya Duniani. “Leishmaniasis.” 2016. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs375/en/.