CHEMOTAKSJA: BAKTERYJNA, W NEUTROFILACH, W ZAPALENIU - BIOLOGIA - 2026

Chemotaksję jest mechanizmem, w którym komórki poruszania się w odpowiedzi na bodziec chemiczny. Bodźcem może być dowolna substancja dyfuzyjna, wykrywana przez receptory na powierzchni komórki. Istnieją dwa główne typy chemotaksji: dodatnia i ujemna.

Pozytywna chemotaksja polega na tym, że ruch jest skierowany w kierunku źródła bodźca, w którym stężenie jest większe. Z kolei negatywna chemotaksja polega na tym, że ruch zachodzi w kierunku przeciwnym do chemicznego bodźca. W organizmach wielokomórkowych chemotaksja jest niezbędna dla prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu.

W chemotaksji bakterie i inne organizmy jednokomórkowe lub wielokomórkowe kierują swoimi ruchami w odpowiedzi na określone substancje chemiczne w ich środowisku (bodźce).

Jest to ważny mechanizm w układzie odpornościowym, który przyciąga limfocyty T do miejsc, w których występuje infekcja. Proces ten może ulec zmianie podczas przerzutów.

Chemotaksja bakteryjna

Bakterie mogą poruszać się poprzez różne mechanizmy, z których najczęstszym jest ruch ich wici. W tym ruchu pośredniczy chemotaksja, która służy zbliżeniu ich do korzystnych substancji (chemo-atraktantów) i oddaleniu od toksycznych (chemo-repelenty).

Bakterie, takie jak Escherichia coli, mają kilka wici, które mogą się obracać na dwa sposoby:

- W prawo. W tym przypadku każda wić „płynie” w innym kierunku, powodując przewracanie się bakterii.

- W lewo. W tym przypadku wici są ustawione tylko w jednym kierunku, powodując przepływ bakterii w linii prostej.

Ogólnie rzecz biorąc, ruch bakterii jest wynikiem naprzemiennych dwóch faz rotacji. Chemotaksja atakuje bakterie, regulując częstotliwość i czas trwania każdego z nich.

Ta modulacja kierunku ruchu jest wynikiem bardzo precyzyjnych zmian kierunku obrotu wici. Z mechanicznego punktu widzenia istotą chemotaksji bakteryjnej jest więc kontrolowanie kierunku rotacji wici.

Chemotaksja neutrofili

Neutrofile to rodzaj komórek układu odpornościowego, które są niezbędne w obronie przed infekcjami. W organizmie neutrofile migrują do miejsc, w których występuje infekcja lub uszkodzenie tkanki.

W migracji tych komórek pośredniczy chemotaksja, która działa jak siła przyciągania, określająca kierunek, w którym poruszają się neutrofile. Proces ten jest aktywowany przez uwolnienie wyspecjalizowanych białek układu odpornościowego, zwanych interleukinami, w miejscach, w których dochodzi do uszkodzenia tkanki.

Z wielu neutrofili krążących poza szpikiem kostnym połowa znajduje się w tkankach, a połowa w naczyniach krwionośnych. Połowa tych znajdujących się w naczyniach krwionośnych znajduje się w głównym strumieniu krwi szybko krążącej w organizmie.

Reszta neutrofili krwi przemieszcza się powoli, z charakterystycznym ruchem ameboidalnym, wzdłuż wewnętrznych ścian naczyń krwionośnych. Po otrzymaniu sygnału chemotaktycznego neutrofile szybko wnikają do tkanek, aby pełnić swoją funkcję obronną.

Działanie białka

W chemotaksji neutrofili pośredniczą białka wprowadzone do błony komórkowej, które działają jako receptory dla pewnych cząsteczek układu odpornościowego. Wiązanie się receptorów z ich cząsteczkami docelowymi powoduje migrację neutrofili do miejsc zakażenia.

Podczas chemotaksji komórki poruszają się w odpowiedzi na sygnały chemiczne. Działanie neutrofili jest tylko jednym z przykładów tego, jak organizm wykorzystuje chemotaksję do reagowania na infekcję.

Chemotaksja i zapalenie

Podczas zapalenia białe krwinki (leukocyty) przylegają do komórek wewnątrz naczyń krwionośnych, skąd migrują przez warstwę komórek śródbłonka i przemieszczają się między tkankami do źródła zapalenia, gdzie będą pełnić swoją funkcję Obrona gospodarza.

Uważa się, że chemotaksja leukocytów ma zasadnicze znaczenie dla migracji z krwi do tkanek, w których występuje stan zapalny. Ta odpowiedź zapalna jest spowodowana przez czynnik zakaźny lub substancję wywołującą alergię.

Zapalenie zwiększa przepływ krwi i przepuszczalność naczyń krwionośnych, powodując ucieczkę komórek i białek z krwi do tkanek. Dzięki tej odpowiedzi neutrofile jako pierwsze reagują na stan zapalny (oprócz komórek znajdujących się już w tkankach, takich jak makrofagi i komórki tuczne).

Chemotaksja i fagocytoza

Podczas infekcji sygnały chemiczne przyciągają fagocyty do miejsc, w których patogen zaatakował organizm. Te chemikalia mogą pochodzić z bakterii lub innych już obecnych fagocytów. Fagocyty są stymulowane przez te cząsteczki chemo-wabika i poruszają się w wyniku chemotaksji.

Fagocyty to klasa komórek obejmująca makrofagi, neutrofile i eozynofile, które są zdolne do wchłaniania (pochłaniania) i niszczenia mikroorganizmów odpowiedzialnych za wywoływanie odpowiedzi zapalnej.

Neutrofile jako pierwsze gromadzą się wokół czynników inwazyjnych i inicjują proces fagocytozy. Następnie lokalne makrofagi - zwane także profesjonalnymi fagocytami - i reszta fagocytów z krwi migrują do tkanki i inicjują fagocytozę.

Czynniki, które przeszkadzają

Co ważne, niektóre gatunki bakterii i ich produkty mogą zakłócać proces chemotaksji, hamując zdolność fagocytów do przemieszczania się do miejsca zakażenia.

Na przykład streptolizyna paciorkowcowa hamuje chemotaksję neutrofili, nawet przy bardzo niskich stężeniach. Wiadomo również, że komórki Mycobacterium tuberculosis hamują migrację leukocytów.

Chemotaksja w immunologii

Chemotaksja jest podstawowym procesem dla układu odpornościowego, ponieważ koordynuje kierunek ruchów komórek ważnych dla obrony organizmu. Dzięki temu mechanizmowi neutrofile mogą trafiać w miejsca, w których dochodzi do infekcji lub urazu.

Wraz z odpowiedzią zapalną chemotaksja jest niezbędna do migracji innych fagocytów, które są niezbędne do eliminacji toksyn, patogenów i resztek komórkowych. Jest to część wrodzonej obrony immunologicznej.

Bibliografia

1. Adler, J. (1975). Chemotaksja u bakterii. Annual Review of Biochemistry, 44 (1), 341–356.
2. Becker, E. (1983). Chemotaktyczne czynniki zapalenia, (maj), 223–225.
3. Delves, P .; Martin, S.; Burton, D.; Roit, I. (2006). Roitt's Essential Immunology (wyd. 11). Malden, MA: Blackwell Publishing.
4. Heinrich, V. i Lee, C.-Y. (2011). Niewyraźna granica między pościgiem chemotaktycznym a konsumpcją fagocytarną: perspektywa immunofizyczna pojedynczej komórki. Journal of Cell Science, 124 (18), 3041–3051.
5. Murphy, K. (2011). Janeway's Immunobiology (wyd. 8). Garland Science.
6. Nuzzi, PA, Lokuta, MA i Huttenlocher, A. (2007). Analiza chemotaksji neutrofili. Methods in Molecular Biology, 370, 23–36.
7. Rot, A. (1992). Rola chemotaksji leukocytów w zapaleniu. Biochemistry of Inflammation, 271-304.
8. Yang, K., Wu, J., Zhu, L., Liu, Y., Zhang, M. i Lin, F. (2017). Metoda „wszystko na chipie” do szybkiej analizy chemotaksji neutrofili bezpośrednio z kropli krwi. Kanadyjskie Instytuty Badań Zdrowotnych.