Phagozytose: Definition, Ablauf und Funktion

Die Phagozytose ist ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunabwehr und spielt eine wichtige Rolle in vielen biologischen Prozessen. Sie dient nicht nur der Beseitigung von Krankheitserregern, sondern ist auch für die Aufrechterhaltung des Gewebegleichgewichts unerlässlich. In diesem Artikel werden der Ablauf sowie die Funktionen der Phagozytose näher thematisiert.

Phagozytose – Definition

Die Phagozytose bezeichnet die aktive Aufnahme von festen Partikeln wie Mikroorganismen, Zelltrümmern oder anderen extrazellulären Bestandteilen durch spezialisierte Zellen, sogenannte Phagozyten. Diese Form der Endozytose ist ein aktiver Prozess, der Energie benötigt und durch spezifische Rezeptoren vermittelt wird.

Bei der Phagozytose handelt es sich um einen Mechanismus, den sowohl einzellige Organismen zur Nahrungsaufnahme nutzen als auch spezialisierte Zellen vielzelliger Organismen im Rahmen von Immunantworten und Gewebehomöostase. Eine besondere Form der Phagozytose ist die Efferozytose, bei der abgestorbene (apoptotische) Zellen beseitigt werden.

Phagozytose – Ablauf

Die Phagozytose ist ein mehrstufiger Prozess, der mit der Erkennung eines Zielpartikels beginnt und mit dessen Abbau in der Zelle endet. Jede Phase ist stark reguliert und erfordert ein Zusammenspiel verschiedener molekularer Mechanismen.

1. Erkennung und Bindung: Phagozyten erkennen fremde oder zu entsorgende Partikel über spezialisierte Rezeptoren auf ihrer Zelloberfläche. Diese Rezeptoren binden entweder direkt an Strukturen auf der Oberfläche der Zielpartikel (beispielsweise Zuckerreste, Lipopolysaccharide) oder an sogenannte Opsonine. Dabei handelt es sich um Moleküle wie Antikörper oder Komplementproteine, die das Ziel markieren.
2. Aufnahme des Partikels: Nach der Bindung bildet die Phagozytenmembran Ausstülpungen (Pseudopodien), die das Ziel umschließen. Dies geschieht durch Umstrukturierung des Zytoskeletts. Sobald das Ziel vollständig eingeschlossen ist, wird es als Phagosom vom Rest der Membran abgeschnürt.
3. Reifung des Phagosoms: Das neugebildete Phagosom wandert ins Zellinnere und fusioniert mit lysosomalen Vesikeln. Diese enthalten hydrolytische Enzyme und Protonenpumpen. Das Ergebnis ist ein Phagolysosom: ein Organell, in dem der aufgenommene Inhalt enzymatisch zersetzt wird.
4. Abbau und Präsentation: Die Partikel werden im Phagolysosom zerkleinert und abgebaut. In Immunzellen wie dendritischen Zellen und Makrophagen werden die resultierenden Antigenfragmente über den MHC-II-Komplex präsentiert, um eine adaptive Immunantwort zu induzieren.

Phagozytose – Welche Zellen können das?

Nicht alle Zellen eines Organismus sind zur Phagozytose fähig. In der Immunologie unterscheidet man zwischen professionellen und nicht-professionellen Phagozyten.

Professionelle Phagozyten sind besonders darauf spezialisiert, Partikel aufzunehmen und abzubauen. Dazu gehören:

• Makrophagen: Diese Gewebezellen beseitigen sowohl Mikroorganismen als auch abgestorbene Zellen. Die Antigenpräsentation über MHC-Moleküle spielt dabei eine wichtige Rolle.

• Neutrophile Granulozyten: Sie sind schnell mobilisierbar und spielen eine wichtige Rolle bei akuten Entzündungen.

• Dendritische Zellen: Ihre Hauptaufgabe ist die Antigenpräsentation zur Aktivierung von T-Zellen.

Nicht-professionelle Phagozyten, wie Epithel- oder Endothelzellen, können unter bestimmten Bedingungen ebenfalls Partikel aufnehmen, zum Beispiel apoptotische Zellen, allerdings nicht mit der gleichen Effizienz.

Phagozytose – Funktionen

Die Phagozytose erfüllt eine Vielzahl essenzieller Aufgaben im Organismus. Sie ist nicht nur Teil der Immunabwehr, sondern auch für die Homöostase und Entwicklung bedeutend.

Abwehr von Krankheitserregern

Die wichtigste Aufgabe ist die schnelle und direkte Elimination von Bakterien, Pilzen oder Parasiten. Durch die Erkennung pathogener Muster (PAMPs) auf der Oberfläche von Erregern lösen Phagozyten eine Immunantwort aus und zerstören die eingedrungenen Mikroorganismen.

Beseitigung apoptotischer Zellen

Täglich sterben im menschlichen Körper Milliarden Zellen durch Apoptose. Ihre kontrollierte Entfernung durch Efferozytose verhindert Entzündungen und Autoimmunreaktionen. Interessanterweise senden apoptotische Zellen Signale aus, die die Phagozytose begünstigen, gleichzeitig aber eine entzündungshemmende Reaktion auslösen.

Initiierung der adaptiven Immunantwort

Phagozyten wie dendritische Zellen nehmen Erreger oder deren Bestandteile auf und präsentieren die Antigene auf ihrer Oberfläche. Diese Präsentation aktiviert spezifische T-Zellen und leitet eine gezielte Immunreaktion ein.

Geweberegeneration und -heilung

Phagozyten setzen nach der Beseitigung von Zelltrümmern Wachstumsfaktoren frei, die zur Regeneration und Reparatur des Gewebes beitragen.

Phagozytose – Pathogene Nutzung

Einige Bakterien haben im Laufe der Evolution Strategien entwickelt, um die Phagozytose für sich auszunutzen. Sie nutzen diesen Weg, um in Zellen einzudringen und sich vor dem Immunsystem zu verstecken.

Zwei Hauptmechanismen sind bekannt:

• Zipper-Mechanismus: Bakterien präsentieren Adhäsionsmoleküle, die gezielt mit Wirtszellen interagieren und die Aufnahme auslösen.

• Trigger-Mechanismus: Hierbei schleusen die Bakterien über Nadelsysteme Proteine in die Wirtszelle ein, die gezielt Signalwege aktivieren und zur Aufnahme führen.

Beispiele solcher Erreger sind Salmonella enterica, Shigella flexneri oder Mycobacterium tuberculosis, die sich nach der Aufnahme im Inneren der Phagozyten vermehren können.