Фагоцитоз это в биологии, определение, функции, роль в иммунитете

Фагоцитоз

Фагоцито́з (др.-греч. φαγεῖν «пожирать» + κύτος «клетка») — процесс, при котором клетки (простейшие, либо специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма — фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы.

Фагоцитоз, наряду с пиноцитозом, является одним из видов эндоцитоза. У некоторых клеток он используется для получения полезных веществ, и для одноклеточных организмов гомологичен питанию. У многоклеточных животных этот процесс взял на себя функцию удаления отходов и патогенов.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Фагоциты
  • 3 Этапы фагоцитоза
  • 4 См. также
  • 5 Примечания

История

Явление фагоцитоза было открыто канадским врачом Уильямом Ослером [1] . Дальнейшее его изучение принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела.

Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на неё нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввёл слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр., Мечников назвал фагоцитами.

Фагоциты

Фагоцитоз осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами.

У человека различают два типа профессиональных фагоцитов:

У некоторых других животных фагоцитировать могут ооциты, плацентные клетки, клетки, выстилающие полость тела, пигментный эпителий сетчатки глаза [2] .

Этапы фагоцитоза

Основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько этапов:

1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису. В качестве хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин), а также продукты расщепления компонентов комплемента (С3а, С5а), протеолитические фрагменты факторов свертывания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов и др. Однако, «профессиональными» хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов.

Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже поступают макрофаги. Скорость хемотаксического перемещения для нейтрофилов и макрофагов сопоставима, различия во времени поступления, вероятно, связаны с разной скоростью их активации.

2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп — глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др., которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.

В тех случаях, когда объектами фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и др., фагоциты предварительно делают объект поглощения приемлемым для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами, в том числе компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.

Хотя фагоциты способны поглощать и разного рода «неподготовленные» объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс достигает при опсонизации, то есть фиксации на поверхности объектов опсонинов к которым у фагоцитов есть специфические рецепторы — к Fc-фрагменту антител, компонентам системы комплемента, фибронектину и т. д.

3. Активация мембраны. На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо. Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных коллоидов и актино-миозиновые перестройки.

4. Погружение. Происходит обволакивание объекта.

5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.

6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки. Механизмы сближения фагосомы и лизосом неясны; вероятно, происходит активное перемещение лизосом к фагосомам.

7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества, участвующие в бактериолизе: пероксид водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях pH.

8. Выброс продуктов деградации.

Фагоцитоз может быть:

  • завершённым (киллинг и переваривание прошло успешно);
  • незавершённым (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например, у микобактерий и гонококков).

Илья Мечников: отец теории иммунитета

Илья Ильич Мечников вошел в историю как создатель науки о старении — геронтологии

Илья Ильич Мечников вошел в историю как создатель науки о старении — геронтологии. Кроме того, именно он понял, что такое иммунитет, и открыл явление фагоцитоза.

Илья Мечников родился 15 мая 1845 года в деревне Панасовка в Харьковской области. Его семья происходила из молдавских бояр, и они были довольно образованными для своего времени людьми. Например, его дед был вхож в литературные круги столицы и водил знакомство с Пушкиным и Крыловым. Старший брат будущего ученого водил дружбу со Львом Толстым — кстати, именно его последние дни писатель описал в повести «Смерть Ивана Ильича».

Читайте также:  Что делать, если заложен нос у новорожденного

А вот отец Ильи был заядлым игроком в карты и после свадьбы быстро промотал почти все состояние жены. После этого родственники супруги заставили его уйти в отставку и поселиться в отдаленном имении. Там и появился на свет будущий ученый.

По традициям того времени у всех детей Мечниковых были домашние учителя. Один из них, студент-медик, преподававший старшим ребятам биологию, привил Илье интерес к природе и естественным наукам.

В 1856 году Илья Мечников поступает в харьковскую гимназию, но биологию не бросает. Он ходит на лекции по анатомии и физиологии в Харьковском университете, выписывает научные книги и уговаривает родителей купить ему микроскоп. В 1862 году он оканчивает гимназию с золотой медалью и, окрыленный, уезжает в Германию — поступать в Вюрцбургский университет.

И тут начинаются проблемы. Илья оказывается один в чужом городе, без знания языка. Квартирная хозяйка, у которой он планировал снимать жилье, отказывается сдать ему комнату. А ведь учеба еще даже не началась — до начала занятий оставалось почти 2 месяца… Илья, обескураженный неудачами, решает вернуться в Харьков, и поступает на естественное отделение физико-математического факультета Харьковского университета.

Но назвать полным провалом всю эту эпопею нельзя. Мечников привез с собой из Германии книгу, которая навсегда определила его убеждения — «Происхождение видов путем естественного отбора» Чарльза Дарвина.

Четырехлетний университетский курс Илья Мечников проходит за два года. За это время он определился со сферой своих научных исследований. Согласно теории Дарвина птицы и млекопитающие эволюционировали из самых простых животных — червей и других беспозвоночных. Вот их-то Мечников и решил исследовать. Тем более что позвоночные животные в то время были изучены куда лучше.

С 1864 по 1867 год Мечников работает за границей. Открывает новую группу червей-гастротрих на острове Гельголанд в Северном море, исследует чередование поколений беспозвоночных в Гисенском университете, исследует морских беспозвоночных в Неаполе. Там он знакомится с молодым русским зоологом Александром Ковалевским. И вместе они публикуют работу, которая подтверждает теорию Дарвина — они показали, что эмбрионы многоклеточных животных на разных стадиях развития очень похожи между собой. Сейчас картинки, иллюстрирующие этот принцип, есть во всех учебниках биологии.

Мечникову в то время всего 22 года, но он уже защитил диссертацию и получил докторскую степень в Санкт-Петербургском университете. Из-за постоянного сидения над микроскопом и работы с бумагами у него сильно портится зрение. Поэтому Илья Ильич вынужден делать перерывы в исследованиях и в 1870 году становится ординарным профессором кафедры зоологии в Новороссийском университете в Одессе.

Как отмечали современники, Илья Ильич был мрачным и пессимистичным по натуре. Оказавшись в незнакомом городе, он остро переживал свое одиночество и впал в депрессию. Во время болезни за ним ухаживала родственница известного химика Бекетова — Людмила Федорович. И ученый влюбляется в нее. Но вскоре она сама тяжело заболела чахоткой. Людмила была настолько слаба, что в церковь для венчания ее вносили в кресле. От болезни она так и не оправилась.

После смерти жены ученый был так подавлен, что попытался покончить с собой и выпил морфий. Но судьба сыграла шутку: доза оказалась слишком высока, яд вызвал рвоту и не успел попасть в кровь. Оправившись, Мечников выбросил все запасы морфия и никогда больше не прибегал к нему.

Но уже в 1875 году он женится на своей студентке Ольге Белокопытовой. На тот момент ей было всего 15 лет, и на свадьбу она надела первое в своей жизни длинное платье. А на следующее утро девочка поднялась пораньше, чтобы лучше приготовить урок по зоологии и тем самым доставить приятное супругу. Детей у них не было, и после смерти родителей жены Мечниковы стали опекунами ее братьев и сестер.

Но после 1881 года все меняется. Убийство Александра II влечет за собой реакционную волну. В университетах начинают ужесточать дисциплину. В ответ на это возникает все больше радикально настроенных студенческих группировок. Мечников выступает против закручивания гаек в области просвещения и в 1882 году уходит в отставку. И переезжает в Мессину. Именно там ученый делает открытие, которое перевернуло всю его жизнь.

«Мне пришло в голову, — писал потом Мечников, — что подобные клетки должны служить в организме для противодействия вредным деятелям. Я сказал себе, что если мое предположение справедливо, то заноза, вставленная в тело личинки морской звезды, не имеющей ни сосудистой, ни нервной системы, должна в короткое время окружиться налезшими на нее подвижными клетками, подобно тому, как это наблюдается у человека, занозившего себе палец. В крошечном садике при нашем доме я сорвал несколько розовых шипов и тотчас же вставил их под кожу великолепных, прозрачных, как вода, личинок морской звезды. Я, разумеется, всю ночь волновался в ожидании результата и на другой день, рано утром, с радостью констатировал удачу опыта. Этот последний и составил основу теории фагоцитов, разработке которой были посвящены последующие 25 лет моей жизни».

Читайте также:  Посттромботическая болезнь вен нижних конечностей, лечение посттромботической болезни в клинике ЦЭЛТ

Эту гипотезу Илья Ильич подтвердил очень простым способом. Он воткнул в тело личинки шип розы и наблюдал, как вокруг занозы скопились амебоциты. Они либо пытались поглотить инородное тело, либо создавали защитный слой вокруг него. Мечников назвал эти клетки фагоцитами (от греческого слова «есть»), а само явление — фагоцитозом.

Ученый приезжает в Одессу и открывает свою частную лабораторию. Однажды он получает выгодный заказ от местного помещика — сделать прививку овцам от сибирской язвы. Мечников в то время находился в своем имении и передал дело ученикам. Но те допустили несколько серьезных ошибок, и в результате от болезни погибло 80 процентов из четырехтысячной отары. Ученики еле-еле спаслись от расправы разгневанных пастухов, а помещик подал в суд. Скандал был таким громким, что Министерство внутренних дел запретило прививки от сибирской язвы по всей России! И даже то, что в Париже опыты по вакцинации закончились триумфом, никого не убеждало. В конце концов, то Париж, а то Одесса — две большие разницы.

Вдобавок к этому в имении Мечникова случился бунт, 12 человек отправились на каторгу на Сахалин. Все эти беды нервировали ученого и мешали работать. И в 1888 году он эмигрировал в Париж. Как оказалось, навсегда.

Там он знакомится с Луи Пастером, который предлагает ему кафедру в своем институте.

В Пастеровском институте Мечников нашел тихую гавань, которую так долго искал. Там никто не мешал ему заниматься исследованиями, и он проработал на своей кафедре 28 лет. Илья Ильич получил широкое признание в научной среде благодаря циклу работ, посвященных эпидемиологии холеры, чумы, брюшного тифа и туберкулеза.

Этими исследованиями Мечников занимается и по личным причинам: от брюшного тифа умирает его вторая жена. Илья Ильич снова пытается покончить с собой и вкалывает себе вакцину, содержащую возбудителей тифа. Но после тяжелой болезни он выздоравливает. А по иронии судьбы, вместе со здоровьем улучшаются и зрение, и даже характер — теперь Мечников уже не так мрачно смотрит на мир.

Эти исследования позволяют ему развить свою теорию фагоцитоза, и Мечников выдвигает фагоцитарную теорию иммунитета.

Суть теории вот в чем: Илья Ильич предположил, что фагоциты захватывают и изолируют вредные тела, вызывающие заболевание. Это позволяет организму их изучить и выработать стратегию борьбы с ними. Организм вырабатывает соответствующие антитела и при повторном заражении уже знает, как бороться ними. Так, например, работают прививки от гриппа и других заболеваний.

За эту теорию в 1908 году Мечникову присудили Нобелевскую премию. Но сам он к тому моменту уже увлекся механизмами старения организма.

В 1903 году Илья Ильич опубликовал книгу, посвященную умению «жить правильно». Ученый считал, что люди стареют и умирают слишком рано. По его мнению, это происходит из-за микробов кишечной флоры, которые отравляют организм токсинами. Бороться с этим Мечников предлагал с помощью диеты: употреблять побольше кисломолочных продуктов, например, йогуртов, и поменьше мяса. Современные компании до сих пор производят «мечниковскую простоквашу» по его рецепту.

Не меньший вред, с точки зрения ученого, наносят и «противоречия человеческой природы». А преодолеть их возможно только с помощью науки и культуры.

Начало Первой мировой войны Илья Ильич очень сильно переживал — он-то понимал сколько бед и несчастий она принесет людям. Мечников перенес несколько инфарктов и в 1916 году скончался. Согласно завещанию урна с его прахом хранится в библиотеке Пастеровского института.

Открытие И.И.Мечниковым фагоцитоза. Открытие гуморальных факторов иммунитета (П.Эрлих). Получение лечебных сывороток (Э.Беринг, Э.Ру).

В начале 1880-х годов Мечниковв Мессине, Италия, отправив семью смотреть цирковое представление, спокойно рассматривал под микроскопом прозрачную личинку морской звезды. Он увидел, как подвижные клетки окружают инородную частицу, попавшую в тело личинки. Явление поглощения наблюдали и до Мечникова, но было принято считать, что это — просто подготовка к транспорту частиц кровью. Неожиданно у Мечникова возникло предположение: а что если это — механизм не транспорта, а защиты? Мечников тотчас же ввел в тело личинки кусочки шипов мандаринового дерева, которое он приготовил вместо новогодней елки для своих детей. Подвижные клетки вновь окружили чужеродные тела и поглотили их.

Если подвижные клетки личинки, думал он, защищают организм, они должны поглощать и бактерии. И это предположение подтвердилось. Мечников прежде не раз наблюдал, как белые клетки крови — лейкоциты, так же собираются вокруг проникшей в организм инородной частицы, формируя очаг воспаления. Кроме того, после многих лет работы в области сравнительной эмбриологии он знал, что эти подвижные клетки в теле личинки и лейкоциты человека происходят из одного зародышевого листка — мезодермы. Получалось, что у всех организмов обладающих кровью или ее предшественником — гемолимфой, есть единый механизм зашиты — поглощение инородных частиц клетками крови. Так был открыт фундаментальный механизм, с помощью которого организм защищает себя от проникновения в него чужеродных веществ и микробов. По предложению профессора Клауса из Вены, которому Мечников рассказал о своем открытии, клетки-защитники были названы фагоцитами, а само явление — фагоцитозом. Механизм фагоцитоза был подтвержден в организме человека и высших животных. Лейкоциты человека окружают проникшие в организм микробы и, подобно амебам, образуют выпячивания, охватывают со всех сторон инородную частицу и переваривают ее.

Читайте также:  Что делать при отравлении Наш Красноярский край

Пауль Эрлих

Ярким представителем немецкой школы микробиологов был Пауль Эрлих (1854-1915). С 1891 Эрлих занимался поисками химических соединений, способных подавлять жизнидеятельность возбудителей заболеваний. Ввел в практику лечение четырехдневной малярии красителем метиленовым синим, лечение сифилиса мышьяком.

Начав с работы с дифтерийным токсином в Институте инфекционных болезней. Эрлих создал теорию гуморального иммунитета (по его терминологии — теорию боковых цепей). Согласно ей, микробы или токсины содержат в себе структурные единицы — антигены, которые вызывают в организме образование аптител — особых белков класса глобулинов. Антитела обладают стереоспецифичностью, то есть конформацией, позволяющей им связывать только те антигены, в ответ на проникновение которых они возникли. Так Эрлих подчинил взаимодействие аптиген-антитело законам стереохимии. Вначале антитела существуют в виде особых химических групп (боковых цепей) на поверхности клеток (фиксированные рецепторы), затем часть их отделяется от поверхности клетки и начинает циркулировать с кровью (свободно перерешающиеся рецепторы). Встречаясь с микробами или токсинами, антитела связываются с ними, обездвиживают их и предупреждают их действие на организм. Эрлих показал, что отравляющее действие токсина и его способность связываться с антитоксином — это разные функции и на них можно воздействовать раздельно. Повысить концентрацию антител можно было повторными введениями антигена — так Эрлих решил беспокоившую Беринга проблему получения высокоэффективных сывороток. Эрлих ввел различие между пассивным иммунитетом (введение готовых антител) и активным иммунитетом (введение антигенов для стимуляции собственного антителообразования). Исследуя растительный яд рицин, Эрлих показал, что антитела появляются не сразу после введения в кровь антигена. Он первым изучал передачу части иммунных свойств от матери к плоду через плаценту и к младенцу — с молоком.

Между Мечниковым и Эрлихом возникла долгая и упорная дискуссия в печати об «истинной теории иммунитета». В итоге фагоцитоз получил название клеточного, а антителообразование — гуморального иммунитета. Мечников и Эрлих разделили в 1908 году Нобелевскую премию .

Берингзанимался созданием сывороток путем подбора бактериальных культур и токсинов, которые он впрыскивал животным. Одним из крупнейших его достижений является создание в 1890 г. противостолбнячной сыворотки, которая оказалась очень эффективной при профилактике столбняка при ранениях, хотя и малоэффективной в более поздний период, при уже развившейся болезни.

«Беринг хотел, чтобы честь открытия противодифтерийной сыворотки принадлежала германским, а не французским ученым. В поисках прививки зараженным дифтерией животным Беринг делал сыворотки из разных веществ, но животные погибали. Однажды для прививки он использовал трихлорид йода. Правда, и на этот раз морские свинки тяжело заболели, но ни одна из них не погибла. Воодушевленный первой удачей, Беринг, дождавшись выздоровления подопытных свинок, сделал им прививку из отцеженного по способу Ру бульона с дифтерийным токсином, в котором ранее выращивались дифтерийные палочки. Животные превосходно выдержали прививку, несмотря на то, что получили огромную дозу токсина. Значит, они приобрели иммунитет против дифтерии, им не страшны ни бактерии, ни выделяемый ими яд. Беринг решил усовершенствовать свой метод. Он смешал кровь выздоровевших морских свинок с отцеженной жидкостью, содержащей дифтерийный токсин, и сделал инъекцию этой смеси здоровым морским свинкам — ни одна из них не заболела. Значит, решил Беринг, сыворотка крови животных, приобретших иммунитет, содержит в себе противоядие от дифтерийного яда, какой-то „антитоксин“.

Делая прививки сыворотки, полученной от переболевших животных, здоровым, Беринг убедился, что морские свинки получают иммунитет не только при заражении бактериями, но и при действии на них токсина. Позже он убедился, что эта сыворотка дает также лечебный эффект, то есть, если сделать прививку больным животным, те выздоравливают. В клинике детских болезней в Берлине, 26 декабря 1891 года, ребенку, умиравшему от дифтерии, сделали прививку из сыворотки переболевшей свинки, и ребенок выздоровел. Эмиль Беринг и его шеф — Роберт Кох одержали триумфальную победу над грозной болезнью. Теперь за дело вторично взялся Эмиль Ру. Делая прививки дифтерийного токсина лошадям в коротких интервалах времени, он постепенно добивался полной иммунизации животных. Потом он брал у лошадей по несколько литров крови, выделял из нее сыворотку, из которой стал делать прививки больным детям. Уже первые результаты превзошли все ожидания: смертность, достигавшая прежде при дифтерии от 60 до 70 %, упала до 1–2 %.

В 1901 году Беринг получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине – за работу по сывороточной терапии.

Ссылка на основную публикацию
Ушиб почки причины, симптомы, первая помощь и лечение травм
Травма почки , MD, Weill Cornell Medical School 3D модель (0) Аудио (0) Боковые панели (1) Видео (0) Изображения (1)...
Ученые выявили лекарства с повышенным риском остановки сердца — Rambler News Service
Кордафлекс 10 мг : инструкция по применению Что такое препарат Кордафлекс® и для чего его применяют Не принимайте препарат Меры...
Ученые выяснили, как стресс влияет на уровень холестерина — Medical Insider
Как стресс закупоривает артерии Хронический психологический стресс повышает активность воспалительных иммунных клеток, которые, не найдя в организме никаких инфекций, начинают...
Ушиб ребра симптомы и лечение в домашних условиях
Как правильно лечить ушиб ребра в домашних условиях 17 Апр, 2019 1 Street-Sport У шиб ребра представляет собой одну из...
Adblock detector