CHEMOTAXIS: BACTERIEEL, IN NEUTROFIELEN, BIJ ONTSTEKINGEN - BIOLOGIE - 2026

De chemotaxis is een mechanisme waarmee cellen bewegen als reactie op een chemische stimulus. De stimulus kan elke diffundeerbare stof zijn, die wordt gedetecteerd door receptoren op het oppervlak van de cel. Er zijn twee hoofdtypen chemotaxis: positief en negatief.

Positieve chemotaxis is waarbij de beweging wordt gericht naar de bron van de stimulus waar de concentratie groter is. Van zijn kant is een negatieve chemotaxis waarbij de beweging plaatsvindt in de tegenovergestelde richting van de chemische stimulus. Bij meercellige organismen is chemotaxis van vitaal belang voor de normale ontwikkeling en functie van het lichaam.

Bij chemotaxis sturen bacteriën en andere eencellige of meercellige organismen hun bewegingen als reactie op bepaalde chemicaliën in hun omgeving (stimuli).

Het is een belangrijk mechanisme in het immuunsysteem om T-lymfocyten aan te trekken naar plaatsen waar een infectie is. Dit proces kan tijdens metastase worden gewijzigd.

Bacteriële chemotaxis

Bacteriën kunnen verschillende mechanismen doorlopen, waarvan de meest voorkomende de beweging van hun flagellen is. Deze beweging wordt gemedieerd door chemotaxis die dient om hen dichter bij gunstige stoffen (chemo-lokstoffen) te brengen en ze weg te leiden van giftige stoffen (chemo-afweermiddelen).

Bacteriën, zoals Escherichia coli, hebben verschillende flagellen die op twee manieren kunnen roteren:

- Naar rechts. In dit geval "peddelt" elk flagellum in een andere richting, waardoor de bacteriën omvallen.

- Naar links. In dit geval zijn de flagellen slechts in één richting uitgelijnd, waardoor de bacteriën in een rechte lijn zwemmen.

Over het algemeen is de beweging van een bacterie het resultaat van het afwisselen van deze twee fasen van rotatie. Chemotaxis richt zich op de bacteriën door de frequentie en duur van elke bacterie te regelen.

Deze modulatie van de bewegingsrichting is het resultaat van zeer precieze veranderingen in de draairichting van de flagella. Mechanisch gezien is de essentie van bacteriële chemotaxis daarom het regelen van de draairichting van de flagellaire.

Neutrofiele chemotaxis

Neutrofielen zijn een soort cellen van het immuunsysteem die essentieel zijn bij de afweer tegen infecties. In het lichaam migreren neutrofielen naar plaatsen waar een infectie of weefselletsel is.

De migratie van deze cellen wordt gemedieerd door chemotaxis, die fungeert als de aantrekkingskracht om de richting te bepalen waarin neutrofielen bewegen. Dit proces wordt geactiveerd door de afgifte van gespecialiseerde eiwitten van het immuunsysteem, interleukinen genaamd, op plaatsen waar weefselschade is.

Van de vele neutrofielen die buiten het beenmerg circuleren, bevindt de helft zich in de weefsels en de andere helft in de bloedvaten. Van degenen die in bloedvaten worden aangetroffen, bevindt de helft zich in de hoofdstroom van bloed die snel door het lichaam circuleert.

De rest van de bloedneutrofielen beweegt langzaam, met hun karakteristieke amoeboïde beweging, langs de binnenwanden van de bloedvaten. Na ontvangst van een chemotactisch signaal dringen neutrofielen snel de weefsels binnen om hun verdedigingsfunctie uit te voeren.

Eiwitactie

Chemotaxis in neutrofielen wordt gemedieerd door eiwitten die zijn ingebracht in het plasmamembraan, die functioneren als receptoren voor bepaalde moleculen van het immuunsysteem. Door receptoren aan hun doelwitmoleculen te binden, migreren neutrofielen naar de infectieplaatsen.

Tijdens chemotaxis bewegen cellen als reactie op chemische signalen. De werking van neutrofielen is slechts één voorbeeld van hoe het lichaam chemotaxis gebruikt om op een infectie te reageren.

Chemotaxis en ontsteking

Tijdens een ontsteking hechten witte bloedcellen (leukocyten) zich aan cellen in de bloedvaten, van waaruit ze door de endotheelcellaag migreren en zich tussen weefsels verplaatsen naar de bron van ontsteking, waar ze zullen werken als afweer.

Leukocytenchemotaxis wordt als essentieel beschouwd voor migratie van het bloed naar weefsels waar sprake is van ontsteking. Deze ontstekingsreactie wordt veroorzaakt door een infectieus agens of een allergie veroorzakende stof.

Ontsteking verhoogt de bloedstroom en de permeabiliteit van de bloedvaten, waardoor cellen en eiwitten uit het bloed ontsnappen naar de weefsels. Door deze reactie zijn neutrofielen de eersten die reageren op ontstekingen (naast cellen die zich al in de weefsels bevinden, zoals macrofagen en mestcellen).

Chemotaxis en fagocytose

Tijdens een infectie trekken chemische signalen fagocyten aan naar de plaatsen waar de ziekteverwekker het lichaam is binnengedrongen. Deze chemicaliën kunnen afkomstig zijn van reeds aanwezige bacteriën of andere fagocyten. Fagocyten worden gestimuleerd door deze chemo-lokstofmoleculen en bewegen door chemotaxis.

Fagocyten zijn een klasse van cellen die macrofagen, neutrofielen en eosinofielen omvat, die de micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor het induceren van de ontstekingsreactie, kunnen opnemen (overspoelen) en vernietigen.

Neutrofielen zijn de eersten die zich ophopen rond binnendringende stoffen en het fagocytoseproces starten. Vervolgens migreren de lokale macrofagen - ook wel professionele fagocyten genoemd - en de rest van de fagocyten uit het bloed naar het weefsel en initiëren fagocytose.

Factoren die interfereren

Belangrijk is dat sommige soorten bacteriën en hun producten het chemotaxisproces kunnen verstoren, waardoor het vermogen van fagocyten om naar de infectieplaats te reizen wordt belemmerd.

Streptokokken-streptolysine onderdrukt bijvoorbeeld neutrofiele chemotaxis, zelfs bij zeer lage concentraties. Het is ook bekend dat Mycobacterium tuberculosis-cellen de migratie van leukocyten remmen.

Chemotaxis in immunologie

Chemotaxis is een fundamenteel proces voor het immuunsysteem omdat het de richting van de bewegingen van cellen coördineert die belangrijk zijn bij de verdediging van het organisme. Dankzij dit mechanisme kunnen neutrofielen naar plaatsen gaan waar een infectie of verwonding is.

Samen met de ontstekingsreactie is chemotaxis essentieel voor de migratie van andere fagocyten die nodig zijn om toxines, pathogenen en celresten te elimineren. Dit maakt deel uit van de aangeboren immuunafweer.

Referenties

1. Adler, J. (1975). Chemotaxis in bacteriën. Annual Review of Biochemistry, 44 (1), 341-356.
2. Becker, E. (1983). Chemotactische ontstekingsfactoren, (mei), 223–225.
3. Delves, P.; Martin, S.; Burton, D.; Roit, I. (2006). Roitt's Essential Immunology (11e ed.). Malden, MA: Blackwell Publishing.
4. Heinrich, V., & Lee, C.-Y. (2011). Vage lijn tussen chemotactische achtervolging en fagocytische consumptie: een immunofysisch eencellig perspectief. Journal of Cell Science, 124 (18), 3041-3051.
5. Murphy, K. (2011). Janeway's Immunobiology (8e ed.). Garland Science.
6. Nuzzi, PA, Lokuta, MA, en Huttenlocher, A. (2007). Analyse van neutrofiele chemotaxis. Methods in Molecular Biology, 370, 23–36.
7. Rot, A. (1992). De rol van leukocytenchemotaxis bij ontstekingen. Biochemie van ontsteking, 271-304.
8. Yang, K., Wu, J., Zhu, L., Liu, Y., Zhang, M., & Lin, F. (2017). Een alles-op-chip-methode voor snelle neutrofiele chemotaxisanalyse rechtstreeks uit een druppel bloed. Canadese instituten voor gezondheidsonderzoek.