La fagocitosis (del griego antiguo φαγεῖν (fageína) 'comer' y κύτος (kytos) 'célula') es el proceso mediante el cual una célula utiliza su membrana plasmática para fagocitar una partícula grande (≥ 0,5 μm), dando lugar a una membrana interna. compartimento llamado fagosoma . Es un tipo de endocitosis . Una célula que realiza fagocitosis se llama fagocito .
En el sistema inmunológico de un organismo multicelular , la fagocitosis es un mecanismo importante utilizado para eliminar patógenos y restos celulares. El material ingerido luego se digiere en el fagosoma. Las bacterias, las células de tejido muerto y las pequeñas partículas minerales son ejemplos de objetos que pueden ser fagocitados. Algunos protozoos utilizan la fagocitosis como medio para obtener nutrientes.
La historia de la fagocitosis representa el establecimiento científico de la inmunología, ya que el proceso es el primer mecanismo de respuesta inmune descubierto y comprendido como tal. [1] [2] El primer relato definitivo sobre la alimentación de células fue dado por el científico suizo Albert von Kölliker en 1849. [3] En su informe en Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologie, Kölliker describió el proceso de alimentación de un alga parecida a una ameba, Actinophyrys sol. (un heliozoo ) mencionando detalles de cómo el protista engulló y tragó (el proceso ahora llamado endocitosis) un pequeño organismo, al que llamó infusorios (un nombre genérico para los microbios en ese momento). [4]
La primera demostración de la fagocitosis como propiedad de los leucocitos, las células inmunitarias, la realizó el zoólogo alemán Ernst Haeckel . [5] [6] Haeckel descubrió que las células sanguíneas de la babosa marina, Tetis , podían ingerir partículas de tinta china (o índigo [7] ). Fue la primera evidencia directa de fagocitosis por parte de células inmunes. [5] [7] Haeckel informó sobre su experimento en una monografía de 1862 Die Radiolarien (Rhizopoda Radiaria): Eine Monographie. [8]
La fagocitosis fue observada por el médico canadiense William Osler (1876), [9] y posteriormente estudiada y nombrada por Élie Metchnikoff (1880, 1883). [10]
La fagocitosis es uno de los principales mecanismos de la defensa inmune innata . Es uno de los primeros procesos que responden a la infección , y también es una de las ramas iniciadoras de una respuesta inmune adaptativa . Aunque la mayoría de las células son capaces de fagocitosis, algunos tipos de células la realizan como parte de su función principal. Estos se denominan "fagocitos profesionales". La fagocitosis es antigua en términos evolutivos, estando presente incluso en invertebrados . [11]
Los neutrófilos , macrófagos , monocitos , células dendríticas , osteoclastos y eosinófilos pueden clasificarse como fagocitos profesionales. [10] Los primeros tres tienen el papel más importante en la respuesta inmune a la mayoría de las infecciones. [11]
La función de los neutrófilos es patrullar el torrente sanguíneo y migrar rápidamente a los tejidos en grandes cantidades sólo en caso de infección. [11] Allí tienen un efecto microbicida directo por fagocitosis. Después de la ingestión, los neutrófilos son eficaces en la destrucción 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 gran repertorio de moléculas presentes en gránulos preformados. Las enzimas y otras moléculas preparadas en estos gránulos son proteasas, como la colagenasa , la gelatinasa o serina proteasas , la mieloperoxidasa , la lactoferrina y las proteínas antibióticas. La degranulación de estos en el fagosoma, acompañada de una alta producción de especies reactivas de oxígeno (explosión oxidativa) es altamente microbicida. [12]
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. [11] 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. [11] [13]
Las células dendríticas también residen en los tejidos e ingieren patógenos mediante fagocitosis. Su función no es matar o eliminar los microbios, sino descomponerlos para la presentación de antígenos a las células del sistema inmunológico adaptativo. [11]
Los receptores para la fagocitosis se pueden dividir en dos categorías según las moléculas reconocidas. Los primeros, los receptores opsónicos, dependen de las opsoninas . [14] Entre estos se encuentran receptores que reconocen la parte Fc de los anticuerpos IgG unidos , complemento depositado o receptores, que reconocen otras opsoninas de origen celular o plasmático. Los receptores no opsónicos incluyen receptores de tipo lectina, receptores de dectina o receptores eliminadores. 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 (PAMPS), lo que conduce a la activación de NF-κB . [10]
Los receptores Fcγ reconocen objetivos recubiertos de IgG. La principal parte 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 macrófagos humanos son FcγRI , FcγRIIA y FcγRIII . [13] La fagocitosis mediada por el receptor Fcγ incluye la formación de protuberancias de la célula llamada "copa fagocítica" y activa una explosión oxidativa en los neutrófilos. [12]
Estos receptores reconocen objetivos recubiertos de C3b , C4b y C3bi del complemento plasmático. El dominio extracelular de los receptores contiene un dominio de unión al complemento similar a la lectina. El reconocimiento por parte de los receptores del complemento no es suficiente para provocar la internalización sin señales adicionales. En los macrófagos, CR1 , CR3 y CR4 son responsables del reconocimiento de objetivos. Las dianas recubiertas de complemento se internalizan "hundiéndose" en la membrana del fagocito, sin ninguna protuberancia. [13]
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 es distinta en mecanismos moleculares de la fagocitosis mediada por el receptor Fcγ o el receptor del complemento. [13]
La absorción del material se ve facilitada por el sistema contráctil actina-miosina. El fagosoma es el orgánulo formado por fagocitosis de material. Luego se mueve hacia el centrosoma del fagocito y se fusiona con los lisosomas , formando un fagolisosoma y provocando su degradación. Progresivamente, el fagolisosoma se acidifica, activándose enzimas degradativas. [10] [15]
La degradación puede ser dependiente o independiente del oxígeno.
Los leucocitos generan cianuro de hidrógeno durante la fagocitosis y pueden matar bacterias , hongos y otros patógenos generando otras sustancias químicas tóxicas. [17] [18] [19]
Algunas bacterias, por ejemplo Treponema pallidum , Escheria coli y Staphylococcus aureus , pueden evitar la fagocitosis mediante varios mecanismos.
Después de la apoptosis , las células moribundas deben ser absorbidas 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 . [20] Estas moléculas son reconocidas por receptores en la superficie celular del macrófago, como el receptor de fosfatidilserina, o por receptores solubles (que flotan libremente) como la trombospondina 1 , GAS6 y MFGE8 , que luego 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 alterada de los macrófagos. La acumulación de restos de células apoptóticas suele provocar trastornos autoinmunitarios; por tanto, la potenciación farmacológica de la fagocitosis tiene potencial médico en el tratamiento de determinadas formas de trastornos autoinmunes. [21] [22] [23] [24]
En muchos protistas , la fagocitosis se utiliza como medio de alimentación, aportando parte o la totalidad de su alimento. Esto se llama nutrición fagotrófica, a diferencia de la nutrición osmotrófica que se produce por absorción. [ cita necesaria ]
Al igual que en las células inmunitarias fagocíticas, el fagosoma resultante puede fusionarse con lisosomas ( vacuolas alimentarias ) que contienen enzimas digestivas , formando un fagolisosoma . Luego, las partículas de alimento se digieren y los nutrientes liberados se difunden o transportan al citosol para su uso en otros procesos metabólicos. [26]
La mixotrofia puede implicar nutrición fagotrófica y nutrición fototrófica . [27]
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Medios relacionados con la fagocitosis en Wikimedia Commons