Podcast o Fagocytóza, deštrukcia baktérií a apoptóza

Kapitoly

Vojna v tele

Kyslíková explózia

Zbrane bez kyslíka

Osud neutrofilu

Upratovacia čata imunity

Smrtiace nástroje makrofágov

Dve tváre makrofágov

Plánovaná smrť bunky

Perforíny a granzýmy

Prečo je apoptóza dôležitá

Přepis

Sofia: Predstavte si, že ste sa porezali pri krájaní zeleniny. Malá ranka, nič vážne. Ale v tej chvíli sa na mikroskopickej úrovni rozpúta hotová vojna. Do rany sa dostanú baktérie a vaše telo okamžite posiela špeciálne jednotky, aby ich zlikvidovali. A presne o tom, ako tieto jednotky bojujú, sa budeme dnes baviť.

Peter: Počúvate Studyfi Podcast.

Sofia: S nami je tu opäť expert Peter. Peter, minule sme hovorili o tom, ako fagocyty pohltia baktérie. Čo sa ale deje potom vo vnútri tej bunky? Je to ako väzenie, alebo skôr popravisko?

Peter: Jednoznačne popravisko. A to poriadne drsné. Prvý a najdramatickejší mechanizmus sa volá respiračné vzplanutie. Predstav si, že fagocyt zrazu zvýši svoju spotrebu kyslíka až stonásobne!

Sofia: Stonásobne? To je ako keby auto zrazu preplo na raketový pohon! Čo ho tak naštartuje?

Peter: Spúšťačom je naviazanie na opsonizovanú baktériu, teda takú, ktorá je označená protilátkami. Aktivuje sa enzýmový komplex NADPH oxidáza, ktorý z kyslíka vytvorí superoxidový anión. Je extrémne nestabilný a reaktívny.

Sofia: Znie to nebezpečne.

Peter: Aj je. Ďalší enzým, superoxid dismutáza, ho premení na peroxid vodíka. Áno, presne ten, ktorý si možno kvapkáte na rany na dezinfekciu.

Sofia: Takže naše bunky si vyrábajú vlastný dezinfekčný prostriedok! To je geniálne.

Peter: Presne tak. Ale niektoré baktérie, napríklad stafylokoky, sú zákerné. Majú enzým katalázu, ktorý peroxid vodíka rozloží. Imunitný systém má však ešte eso v rukáve.

Sofia: A to je?

Peter: Enzým myeloperoxidáza. Ten z peroxidu vodíka a chlórových iónov vytvorí kyselinu chlórnu. A to je v podstate... bielidlo. Bunka tú baktériu doslova vybieli na smrť.

Sofia: Takže v našom tele prebieha neustále upratovanie s bielidlom. Neuveriteľné!

Sofia: Dobre, takže kyslíkové radikály sú ako chemická zbraň. Ale čo ak to nestačí? Má fagocyt aj nejaký iný arzenál?

Peter: Samozrejme. Existujú aj mechanizmy nezávislé od kyslíka. Vnútri fagocytu sú granuly, ktoré po pohltení baktérie vylejú do vakuoly svoj obsah. Je to taký koktail smrti.

Sofia: Aké sú ingrediencie?

Peter: Po prvé, veľmi nízke pH, okolo 5. To je pre mnohé baktérie toxické. Potom lyzozým, enzým, ktorý štiepi bunkovú stenu grampozitívnych baktérií. A samozrejme, rôzne lytické enzýmy ako proteázy, ktoré rozkladajú proteíny.

Sofia: A čo ďalej? Ten koktail sa mi zdá celkom pestrý.

Peter: Ešte nekončíme. Je tam laktoferín. To je proteín, ktorý doslova kradne baktériám železo. A bez železa nemôžu rásť a umierajú od hladu. To je dôvod, prečo sa baktérie snažia ničiť naše červené krvinky – aby sa dostali k železu v hemoglobíne.

Sofia: A posledná zložka?

Peter: Tou sú defenzíny. Sú to také naše vlastné, živočíšne antibiotiká. Sú to proteíny, ktoré sa naviažu na bunkovú stenu baktérie a urobia do nej diery. Jednoducho ju prederavia.

Sofia: Rozumiem. Takže fagocyt má naozaj nabitý arzenál. Ale čo sa stane so samotným „vojakom“, s neutrofilom, po takejto bitke?

Peter: To je skvelá otázka. Neutrofily sú ako jednotky rýchleho nasadenia. Sú prvé na mieste činu, ale sú to krátko žijúce bunky. Ich jedinou úlohou je vycestovať do tkaniva, pohltiť baktérie a zničiť ich. Potom zomierajú.

Sofia: Takže sú to v podstate kamikadze bojovníci imunitného systému?

Peter: Presne tak sa to dá povedať. Rýchlo ich aktivujeme, ale ich možnosti sú obmedzené. Po nich nastupuje druhá obranná línia, makrofágy. A dôležité je si zapamätať, že neutrofily nikdy neprezentujú antigén. Sú to len zabijaci, nie informátori.

Sofia: Takže sme si povedali, že neutrofily sú takí naši vojaci prvej línie. Ale čo sa stane, keď... padnú v boji? Kto upratuje to bojisko?

Peter: Skvelá otázka, Sofia. A tu prichádzajú na scénu naši upratovači — makrofágy. Sú to majstri v rozpoznávaní a, povedzme, pohlcovaní mŕtvych neutrofilov.

Sofia: A ako taký makrofág vie, ktorý neutrofil je už, no... po smrti a ktorý ešte bojuje?

Peter: Je to vlastne celkom šikovný mechanizmus. Na povrchu neutrofilov je molekula s názvom CD31. Je to tá istá molekula, ktorá im pomohla dostať sa z krvi do tkaniva.

Sofia: Jasné, pamätám si, diapedéza.

Peter: Presne tak. A teraz, čo sa stane, keď neutrofil zomrie? Molekula CD31 na ňom zmení svoj tvar, svoju konformáciu. A táto zmena je ako signál pre makrofág: "Hej, tu som, poď si ma vziať!"

Sofia: Takže makrofág sa na ňu naviaže a neutrofil jednoducho zje?

Peter: Presne. A je to extrémne dôležité. Predstav si, že by mŕtvy neutrofil len tak praskol. Všetky tie agresívne látky, ako kyslíkové radikály a enzýmy, by sa vyliali do okolia.

Sofia: To by asi spôsobilo ešte väčší zápal, však?

Peter: Jednoznačne. Tým, že makrofág ten apoptický neutrofil pohltí vcelku, zabráni šíreniu zápalu. Je to... elegantné upratovanie.

Sofia: Dobre, takže makrofágy sú upratovači. Ale spomínali sme, že aj oni bojujú. Usmrcujú patogény rovnako ako neutrofily?

Peter: V podstate áno, princíp je veľmi podobný. Ale je tu jeden kľúčový rozdiel. Makrofágy si netvoria vlastnú myeloperoxidázu, ten dôležitý enzým.

Sofia: A čo teda robia? Požičiavajú si ju?

Peter: V podstate áno! Sú odkázané na to, aby si tento enzým "vychytali" zo svojho okolia. Ale majú aj iné, vlastné zbrane. Jednou z najdôležitejších je tvorba toxických látok pomocou enzýmu iNOS.

Sofia: iNOS... to "i" znamená inaktívny?

Peter: Dobrý pokus, ale nie. Znamená "inducibilný". To znamená, že sa aktivuje na povel, konkrétne pomocou signálu od interferónu gamma.

Sofia: Rozumiem. A čo ten enzým robí?

Peter: Vezme aminokyselinu arginín a vytvorí z nej oxid dusnatý. Ten sám o sebe nie je toxický, dokonca rozširuje cievy. Ale v makrofágu zreaguje s inými molekulami a vytvoria sa z nich extrémne toxické radikály, ktoré zničia v baktérii takmer všetko.

Sofia: Páni. Takže makrofágy sú nielen upratovači, ale aj naozaj drsní zabijaci.

Peter: Sú. Ale čo je na nich fascinujúce, majú aj svoju jemnejšiu stránku. Existujú totiž dve hlavné subpopulácie makrofágov.

Sofia: Dve? A aký je medzi nimi rozdiel?

Peter: Tá prvá, ktorú sme práve opísali, je dôležitá v prvej fáze zápalu – rýchlo zabíja baktérie. Ale tá druhá populácia používa iný enzým, arginázu. Tá tiež pôsobí na arginín, ale netvorí oxid dusnatý.

Sofia: Takže čo robí namiesto toho?

Peter: Táto druhá populácia je kľúčová pre ukončenie zápalu a podporu hojenia. Sú to takí... mierotvorcovia a stavitelia po boji.

Sofia: Pred chvíľou si spomenul termín "apoptický neutrofil". To znie dosť... technicky. Čo presne je apoptóza?

Peter: Je to v podstate programovaná, fyziologická smrť bunky. Také kontrolované sebazničenie. V bunke sa aktivujú enzýmy zvané kaspázy.

Sofia: Kaspázy? To znie ako nejakí duchovia z videohry.

Peter: Trochu. Tieto enzýmy v podstate rozštiepia bunku zvnútra na malé, úhľadné balíčky, takzvané apoptické telieska.

Sofia: A tie potom upracú makrofágy, ako sme hovorili na začiatku. Kruh sa uzatvára.

Peter: Presne tak. Celý proces je spustený napríklad poškodením mitochondrií, z ktorých sa uvoľní cytochróm C. To je signál, ktorý naštartuje celú kaskádu kaspáz a vedie k zániku bunky bez toho, aby spôsobila neporiadok.

Sofia: Takže makrofágy sú oveľa komplexnejšie, než sa na prvý pohľad zdá. Sú to upratovači, zabijaci aj liečitelia. Fascinujúce. A práve o tom, ako sa imunitný systém učí rozpoznávať, čo je vlastné a čo cudzie, si povieme viac už o chvíľu.

Sofia: Takže vnútrobunková cesta je jasná. Ale čo ak bunka dostane signál na zánik zvonku?

Peter: Výborná otázka! A dostávame sa k niečomu, čo sa dramaticky volá „bozk smrti“.

Sofia: To znie ako z nejakého gotického románu, nie z biológie.

Peter: Presne tak. Je to vonkajšia cesta. V podstate, taký cytotoxický T-lymfocyt alebo NK bunka dajú cieľovej bunke ten pomyselný bozk. Na svojom povrchu majú molekulu CD178...

Sofia: To je ten zabijak?

Peter: Áno, a tá sa naviaže na receptor CD95 na cieľovej bunke. Táto interakcia je ako stlačenie červeného tlačidla. Znovu sa aktivujú kaspázy a bunka sa sama zničí.

Sofia: A ako to tie T-lymfocyty robia v praxi? Prídu a... zaklopú?

Peter: Skoro. Uvoľnia proteíny zvané perforíny, ktoré doslova perforujú, čiže prederavia membránu cieľovej bunky. Spravia v nej diery.

Sofia: Drsný prístup.

Peter: A cez tie diery pošlú dnu ďalšiu zbraň – granzýmy. A práve granzýmy sú tie, ktoré aktivujú kaspázy a spustia celú demolačnú kaskádu zvnútra.

Sofia: Dobre, takže bunka je mŕtva. Ale počula som aj o nekróze. Aký je v tom hlavný rozdiel?

Peter: Tu je kľúčová vec, ktorú si treba zapamätať. Apoptóza je tichá a čistá smrť. Nevyvolá zápal. Zatiaľ čo nekróza je chaotický výbuch, ktorý VŽDY vyvolá zápalovú reakciu.

Sofia: Aha! A to je pre imunitu kľúčové, však?

Peter: Presne. Pri apoptóze sa bunka pekne zabalí do malých balíčkov, ktoré potom zjedia makrofágy. Žiadny neporiadok, žiadny zápal. A tým sme sa dostali na koniec našej dnešnej témy.

Sofia: Perfektné zhrnutie. Takže, či už ide o vnútorné signály alebo „bozk smrti“ zvonku, apoptóza je kľúčový a hlavne čistý proces. Peter, veľmi pekne ti ďakujem za všetky vysvetlenia.

Peter: Aj ja ďakujem za pozvanie. Bolo mi potešením.

Sofia: A vám, milí poslucháči, ďakujeme, že ste boli s nami. Počujeme sa pri ďalšej epizóde Studyfi Podcastu. Majte sa krásne!