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La fagocitosis ( del griego antiguo φαγεῖν (phagein) ' comer ' y κύτος (kytos) ' célula ' ) es el proceso mediante el cual una célula utiliza su membrana plasmática para engullir una partícula grande (≥ 0,5 μm), dando lugar a un compartimento interno llamado fagosoma . Es un tipo de endocitosis . Una célula que realiza la fagocitosis se llama fagocito .
En el sistema inmunitario de los organismos multicelulares , la fagocitosis es un mecanismo fundamental para eliminar patógenos y restos celulares. El material ingerido se digiere en el fagosoma. Bacterias, células muertas de tejido y pequeñas partículas minerales son ejemplos de objetos que pueden ser fagocitados. Algunos protozoos utilizan la fagocitosis para obtener nutrientes. Las dos células principales que realizan este proceso son los macrófagos y los neutrófilos del sistema inmunitario.
Cuando la fagocitosis se utiliza como medio de alimentación y proporciona al organismo parte o la totalidad de su nutrición, se denomina fagotrofia y se distingue de la osmotrofia , que es la nutrición que se produce por absorción. [ 1 ]
Historia
La historia de la fagocitosis representa el establecimiento científico de la inmunología, ya que este proceso es el primer mecanismo de respuesta inmune descubierto y comprendido como tal. [ 2 ] [ 3 ] El primer relato definitivo de la ingestión celular fue dado por el científico suizo Albert von Kölliker en 1849. [ 4 ] En su informe en Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologie, Kölliker describió el proceso de alimentación de un alga similar a una ameba, Actinophyrys sol (un heliozoo ), mencionando detalles de cómo el protista engullía y tragaba (el proceso ahora llamado endocitosis) un pequeño organismo, al que denominó infusorio (un nombre genérico para los microbios en ese momento). [ 5 ]
La primera demostración de la fagocitosis como propiedad de los leucocitos, las células inmunitarias, fue realizada por el zoólogo alemán Ernst Haeckel . [ 6 ] [ 7 ] Haeckel descubrió que las células sanguíneas de la babosa marina Tethys podían ingerir partículas de tinta china (o índigo [ 8 ] ). Fue la primera evidencia directa de fagocitosis por células inmunitarias. [ 6 ] [ 8 ] Haeckel informó sobre su experimento en una monografía de 1862 titulada Die Radiolarien (Rhizopoda Radiaria): Eine Monographie. [ 9 ]
La fagocitosis fue observada por el médico canadiense William Osler (1876), [ 10 ] y posteriormente estudiada y nombrada por Élie Metchnikoff (1880, 1883). [ 11 ]
En el sistema inmunitario
La fagocitosis es uno de los principales mecanismos de la defensa inmunitaria innata . Es uno de los primeros procesos que responden a una infección y también una de las ramas iniciales de la respuesta inmunitaria adaptativa . Si bien la mayoría de las células son capaces de fagocitar, algunos tipos celulares la realizan como parte de su función principal. Estas se denominan «fagocitos profesionales». La fagocitosis es antigua en términos evolutivos, estando presente incluso en los invertebrados . [ 12 ]
Células fagocíticas profesionales
Los neutrófilos , macrófagos , monocitos , células dendríticas , osteoclastos y eosinófilos pueden clasificarse como fagocitos profesionales. [ 11 ] Los tres primeros desempeñan el papel más importante en la respuesta inmunitaria a la mayoría de las infecciones. [ 12 ]
La función de los neutrófilos es patrullar el torrente sanguíneo y migrar rápidamente a los tejidos en grandes cantidades solo en caso de infección. [ 12 ] Allí tienen un efecto microbicida directo por fagocitosis. Tras la ingestión, los neutrófilos son eficientes en la eliminación intracelular de patógenos. Los neutrófilos fagocitan principalmente a través de los receptores Fcγ y los receptores del complemento 1 y 3. El efecto microbicida de los neutrófilos se debe a un amplio repertorio de moléculas presentes en gránulos preformados. Las enzimas y otras moléculas preparadas en estos gránulos son proteasas, como la colagenasa , la gelatinasa o las serina proteasas , la mieloperoxidasa , la lactoferrina y las proteínas antibióticas. La degranulación de estas en el fagosoma, acompañada de una alta producción de especies reactivas de oxígeno (estallido oxidativo), es altamente microbicida. [ 13 ]
Los monocitos, y los macrófagos que maduran a partir de ellos, abandonan la circulación sanguínea para migrar a través de los tejidos. Allí son células residentes y forman una barrera de reposo. [ 12 ] Los macrófagos inician la fagocitosis mediante receptores de manosa , receptores depuradores , receptores Fcγ y receptores del complemento 1, 3 y 4. Los macrófagos son longevos y pueden continuar la fagocitosis formando nuevos lisosomas. [ 12 ] [ 14 ]
Las células dendríticas también residen en los tejidos e ingieren patógenos mediante fagocitosis. Su función no es matar ni eliminar microbios, sino descomponerlos para la presentación de antígenos a las células del sistema inmunitario adaptativo. [ 12 ]
Receptores iniciadores
Los receptores de fagocitosis se pueden dividir en dos categorías según las moléculas reconocidas. La primera, los receptores opsonizantes, dependen de las opsoninas . [ 15 ] Entre estos se encuentran receptores que reconocen la porción Fc de los anticuerpos IgG unidos, el complemento depositado o receptores que reconocen otras opsoninas de origen celular o plasmático. Los receptores no opsonizantes incluyen receptores de tipo lectina, el receptor Dectin o receptores depuradores. Algunas vías fagocíticas requieren una segunda señal de los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) activados por la unión a patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), lo que conduce a la activación de NF-κB . [ 11 ]
receptores Fcγ
Los receptores Fcγ reconocen dianas recubiertas de IgG. La parte principal reconocida es el fragmento Fc . La molécula del receptor contiene un dominio ITAM intracelular o se asocia con una molécula adaptadora que contiene ITAM. Los dominios ITAM transducen la señal desde la superficie del fagocito hasta el núcleo. Por ejemplo, los receptores activadores de los macrófagos humanos son FcγRI , FcγRIIA y FcγRIII . [ 14 ] La fagocitosis mediada por el receptor Fcγ incluye la formación de protrusiones de la célula llamadas "copa fagocítica" y activa una explosión oxidativa en los neutrófilos. [ 13 ]
Receptores del complemento
Estos receptores reconocen dianas recubiertas de C3b , C4b y C3bi del complemento plasmático. El dominio extracelular de los receptores contiene un dominio de unión al complemento similar a una lectina. El reconocimiento por los receptores del complemento no es suficiente para causar la internalización sin señales adicionales. En los macrófagos, los receptores CR1 , CR3 y CR4 son responsables del reconocimiento de las dianas. Las dianas recubiertas de complemento se internalizan mediante su "hundimiento" en la membrana del fagocito, sin protrusiones. [ 14 ]
Receptores de manosa
La manosa y otros azúcares asociados a patógenos, como la fucosa , son reconocidos por el receptor de manosa. Ocho dominios similares a lectinas forman la parte extracelular del receptor. La ingestión mediada por el receptor de manosa se distingue en sus mecanismos moleculares de la fagocitosis mediada por el receptor Fcγ o el receptor del complemento. [ 14 ]
Fagosoma
La fagocitosis facilita la entrada de material. El fagosoma es el orgánulo que se forma por la fagocitosis del material. Luego se desplaza hacia el centrosoma del fagocito y se fusiona con los lisosomas , formando un fagolisosoma y dando lugar a la degradación. Progresivamente, el fagolisosoma se acidifica, activando las enzimas degradativas. [ 11 ] [ 16 ]
La degradación puede depender del oxígeno o ser independiente del oxígeno.
- La degradación dependiente del oxígeno depende del NADPH y de la producción de especies reactivas de oxígeno . El peróxido de hidrógeno y la mieloperoxidasa activan un sistema de halogenación, que conduce a la creación de hipoclorito y a la destrucción de las bacterias. [ 17 ]
- La degradación independiente del oxígeno depende de la liberación de gránulos que contienen enzimas como lisozimas , proteína bactericida que aumenta la permeabilidad , proteína básica principal y proteínas catiónicas como las defensinas . En estos gránulos también se encuentran otros péptidos antimicrobianos, como la lactoferrina , que secuestra el hierro para crear condiciones desfavorables para el crecimiento bacteriano. Otras enzimas como la hialuronidasa, la lipasa, la colagenasa, la elastasa, la ribonucleasa y la desoxirribonucleasa también desempeñan un papel importante en la prevención de la propagación de la infección y la degradación de biomoléculas microbianas esenciales que conducen a la muerte celular. [ 13 ] [ 14 ]
Los leucocitos generan cianuro de hidrógeno durante la fagocitosis y pueden matar bacterias , hongos y otros patógenos mediante la generación de varias otras sustancias químicas tóxicas. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
Algunas bacterias, como por ejemplo Treponema pallidum , Escherichia coli y Staphylococcus aureus , son capaces de evitar la fagocitosis mediante diversos mecanismos.
En la apoptosis
Después de la apoptosis , las células moribundas deben ser captadas por los macrófagos en los tejidos circundantes en un proceso llamado eferocitosis . Una de las características de una célula apoptótica es la presentación de una variedad de moléculas intracelulares en la superficie celular, como calreticulina , fosfatidilserina (de la capa interna de la membrana plasmática), anexina A1 , LDL oxidada y glicanos alterados . [ 21 ] Estas moléculas son reconocidas por receptores en la superficie celular del macrófago, como el receptor de fosfatidilserina o por receptores solubles (de flotación libre) como trombospondina 1 , GAS6 y MFGE8 , que a su vez se unen a otros receptores en el macrófago, como CD36 y la integrina alfa-v beta-3 . Los defectos en la eliminación de células apoptóticas generalmente se asocian con una fagocitosis deficiente de los macrófagos. La acumulación de restos de células apoptóticas suele causar trastornos autoinmunes; por lo tanto, la potenciación farmacológica de la fagocitosis tiene potencial médico en el tratamiento de ciertas formas de trastornos autoinmunes. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
En protistas
Muchos protistas utilizan la fagocitosis como medio de alimentación, constituyendo así la fagotrofia.
- En algunos organismos, como las amebas , la fagocitosis se produce rodeando el objeto objetivo con pseudópodos , al igual que en los fagocitos animales. En los humanos, la ameba Entamoeba histolytica puede fagocitar glóbulos rojos .
- Los ciliados también realizan fagocitosis. [ 26 ] En los ciliados hay un surco o cámara especializada en la célula donde tiene lugar la fagocitosis, llamada citostoma o boca.
Al igual que en las células inmunitarias fagocíticas, el fagosoma resultante puede fusionarse con lisosomas ( vacuolas alimenticias ) que contienen enzimas digestivas , formando un fagolisosoma . Las partículas de alimento se digieren y los nutrientes liberados se difunden o transportan al citosol para su uso en otros procesos metabólicos. [ 27 ]
La mixotrofia puede implicar nutrición fagotrófica y nutrición fototrófica . [ 28 ]
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
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