Storia della biologia cellulare, quali studi, applicazioni e concetti

IL Biologia cellulare È il ramo della biologia che studia tutti gli aspetti relativi alla vita cellulare. Cioè, con la struttura, la funzione, l'evoluzione e il comportamento delle cellule che compongono esseri viventi sulla Terra; In altre parole, tutto inerente alla sua nascita, alla sua vita e alla sua morte.

È una scienza che integra molta conoscenza, tra cui biochimica, biofisica, biologia molecolare, informatica, biologia dello sviluppo e biologia comportamentale ed evolutiva, ognuna delle quali con il proprio approccio e le proprie strategie di sperimentazione per rispondere a domande specifiche per rispondere a domande specifiche.

Silhouette di un microscopio (fonte: Karen Arnold [CC0] tramite Wikimedia Commons)

Poiché la teoria cellulare afferma che tutti gli esseri viventi sono composti da cellule, la biologia cellulare non distinta tra animali, piante, batteri, archi, alghe o funghi e possono concentrarsi su singole cellule o cellule appartenenti a tessuti e organi dello stesso individuo multicellulare.

Pertanto, poiché si tratta di una scienza sperimentale (più che descrittiva), la ricerca in questo ramo della biologia dipende dai metodi disponibili per lo studio dell'ultrastruttura cellulare e delle sue funzioni (microscopia, centrifugazione, coltivazione In vitro, eccetera.)

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Storia della biologia cellulare

Alcuni autori considerano che la nascita della biologia cellulare ebbe luogo con l'avvento della teoria cellulare proposta da Schleiden e Schwann nel 1839.

Tuttavia, è importante considerare che le cellule sono state descritte e studiate molti anni prima, a partire dalle prime scoperte di Robert Hooke che, nel 1665, hanno visto per la prima volta le celle che costituivano il tessuto morto di un foglio di sughero; E continuando con Antoni Van Leeuwenhoek, che anni dopo ha osservato campioni con microscopio diverso con microscopio diverso.

Ritratto di Robert Hooke (Fonte: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Quindi le opere di Hooke, Leeuwenhoek Schleiden e Schwann, molti autori si sono anche dedicati al compito di studiare le cellule, che stavano perfezionando i dettagli rispetto alla loro struttura e al funzionamento interno: il nucleo delle cellule eucariotiche è stato descritto, DNA e cromosomi, mitocondri endoplasmici endoplasmici , Complesso Golgi, ecc.

A metà del secolo, il campo della biologia molecolare ha visto notevoli progressi. Ciò ha influenzato che, negli anni '50, anche la biologia cellulare ha registrato una notevole crescita, poiché in quegli anni era possibile mantenere e moltiplicare le cellule In vitro, isolato da organismi viventi.

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Progressi nella microscopia, centrifugazione, formulazione di terreni di coltura, purificazione delle proteine, identificazione e manipolazione delle linee cellulari mutanti, sperimentazione con cromosomi e acidi nucleici, tra le altre cose, si sono sistemate per il rapido avanzamento della biologia cellulare fino all'era attuale.

Cosa Studi? (oggetto di studio)

La biologia cellulare è responsabile dello studio delle cellule procariotiche ed eucariotiche; Studia i processi della sua formazione, la sua vita e la sua morte. Di solito puoi concentrarti sui meccanismi di segnalazione e sulla strutturazione delle membrane cellulari, nonché sull'organizzazione del citoscheletro e la polarità cellulare.

Studia anche la morfogenesi, cioè i meccanismi che descrivono come si sviluppano le cellule morfologicamente e come quelli che "maturano" sono cambiati nel tempo e si trasformano per tutta la vita.

Cellule di lievito delle specie saccharomyces cerevisiae.

Cell biology includes topics related to mobility and energy metabolism, as well as the dynamics and biogenesis of its internal organelles, in the case of eukaryotic cells (nucleus, endoplasmic reticulum, Golgi complex, mitochondria, chloroplasts, lysosomas, peroxisomes, glycosomes, vacuoles, glioxisomi, ecc.).

Implica anche lo studio dei genomi, la loro organizzazione e la funzione nucleare in generale.

In biologia cellulare, la forma, le dimensioni e la funzione delle cellule che compongono tutti gli organismi viventi, nonché i processi chimici che si verificano all'interno e l'interazione tra i loro componenti citosolici (e la loro posizione subcellulare) e delle cellule con l'ambiente circostante.

Concetti essenziali nella biologia cellulare

Illustrazione di una divisione cellulare. Fonte: Pixabay.com

Entrare nel campo della biologia cellulare è un compito semplice quando sono prese in considerazione alcune conoscenze di base o concetti essenziali, poiché con questi e con l'uso della ragione è possibile comprendere in profondità il complesso mondo delle cellule.

Cellule

Schema dei due tipi di cellule in natura: eucarioti e procarioti. Vengono mostrate le parti principali, evidenziando le differenze tra loro (fonte: nessun autore leggibile da macchina fornisce. Mortadelo2005 assunto (basato su richieste di copyright). [Dominio pubblico] via Wikimedia Commons)

Tra i concetti fondamentali che devono essere presi nel panorama c'è la concezione che le cellule siano le unità di base della vita, cioè i "blocchi" che consentono la costruzione di organismi che possiamo chiamare "vivi" e che tutto ciò che sono sono separato dal mezzo extracellulare grazie alla presenza di una membrana.

Indipendentemente dalle loro dimensioni, dalla loro forma o funzione in un tessuto specifico, tutte le cellule svolgono le stesse funzioni di base che caratterizzano gli esseri viventi: crescono, si nutrono, interagiscono con l'ambiente e riproducono.

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DNA

Molecola di DNA. Fonte: Wikipedia.org

Mentre ci sono cellule eucariotiche e cellule procariotiche, che sono fondamentalmente diverse dalla loro organizzazione citosolica, qualunque sia la cellula che è in mente, tutte, senza eccezione, hanno all'interno dell'acido deossiribonucleico interno (DNA), una molecola che ospita "la struttura strutturale , piani morfologici e funzionali "di una cellula.

Citosol

Diagramma delle cellule animali e le sue parti. Il citosol è nominato nella parte inferiore. (Fonte: Alejandro Porto [CC0] via Wikimedia Commons)

Le cellule eucariotiche hanno organizzali specializzati in diverse funzioni che contribuiscono ai processi vitali di questi. Questi organelli eseguono la produzione di energia dal materiale nutrizionale, dalla sintesi, dall'imballaggio e dal trasporto di molte proteine ​​cellulari e anche all'importazione e alla digestione di particelle di grandi dimensioni.

Citoscheletro

Le cellule hanno un citoscheletro interno che mantiene la forma, dirige il movimento e il trasporto di proteine ​​e gli organelli che le usano, oltre a collaborare nel movimento o spostamento della cellula completa.

Organismi unicellulari e multicellulari

Esistono organismi unicellulari e multicellulari (il cui numero di cellule è estremamente variabile). Gli studi di biologia cellulare di solito si concentrano su organizzazioni "modello", che sono state definite in base al tipo di cellula (procarioti o eucarioti) e secondo il tipo di organismo (batteri, animali o piante).

I geni

I geni fanno parte delle informazioni codificate nelle molecole di DNA presenti in tutte le cellule terrestri.

Questi non solo svolgono le funzioni nello stoccaggio e nel trasporto delle informazioni necessarie per determinare la sequenza di una proteina, ma anche esercitati importanti funzioni regolatori e strutturali.

Applicazioni della biologia cellulare

Ci sono molte applicazioni di biologia cellulare in campi come medicina, biotecnologia e ambiente.  Alcune applicazioni sono presentate di seguito:

La colorazione del colore fluorescente e l'ibridazione (FISH) dei cromosomi consentono di rilevare traslocazioni cromosomiche nelle cellule tumorali.

La tecnologia delle microdisposizioni "chip" del DNA consente di conoscere il controllo dell'espressione genica del lievito, durante la sua crescita. Questa tecnologia è stata usata per conoscere l'espressione dei geni umani in diversi tessuti e cellule tumorali

Gli anticorpi contrassegnati con fluorescenza, specifici contro le proteine ​​del filamento intermedio, consentono di conoscere il tessuto da cui originato un tumore. Queste informazioni aiutano il medico a scegliere il trattamento più appropriato per combattere il tumore.

Uso della proteina fluorescente verde (GFP) per individuare le cellule all'interno di un tessuto. Attraverso la ricombazione della tecnologia del DNA, il gene GFP viene introdotto in cellule specifiche di un animale completo.

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Esempi di recenti ricerche sulla biologia cellulare

Sono stati scelti due esempi di articoli pubblicati in Nature Cell Biology Review. Questi sono i seguenti:

Ruolo dell'eredità epigenetica negli animali (Pérez e Ben Lehner, 2019)

È stato scoperto che altre molecole, oltre alla sequenza del genoma, possono trasferire informazioni tra le generazioni. Queste informazioni possono essere modificate dalle condizioni fisiologiche e ambientali delle generazioni precedenti.

In questo modo, ci sono informazioni nel DNA non associate alla sequenza (modificazioni covalenti degli istoni, alla metilazione del DNA, al piccolo RNA) e alle informazioni indipendenti del genoma (microbioma).

Nei mammiferi, la malnutrizione o il buon cibo colpiscono il metabolismo del glucosio di discesa. Gli effetti paterni non sono sempre mediati dai gameti, ma potrebbero agire indirettamente per via materna.

I batteri possono essere ereditati dalla via materna attraverso il canale di nascita o l'allattamento al seno. Nei topi, una dieta in fibra scarsa produce una diminuzione della diversità tassonomica del microbioma durante le generazioni. Alla fine, si verifica l'estinzione delle sottopopolazioni di microrganismo.

Regolazione della cromatina e terapia del cancro (Valencia e Kadoch, 2019)

Attualmente sono noti i meccanismi che governano la struttura della cromatina e il loro ruolo nelle malattie. In questo processo, lo sviluppo di tecniche che consentono di identificare l'espressione dei geni oncogenici e la scoperta di bianchi terapeutici è stato la chiave.

Alcune delle tecniche utilizzate sono l'immunoprecipitazione della cromatina seguita dal sequenziamento (CHIP-seq), sequenziamento dell'RNA (RNA-seq), studio transpoaccessibile della cromatina usando il sequenziamento (ATAC-seq).

In futuro, l'uso della tecnologia CRISPR-Cas9 e l'RNA di interferenza avranno un ruolo nello sviluppo delle terapie del cancro.

Riferimenti

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,... e Walter, P. (2013). Biologia cellulare essenziale. Scienze della ghirlanda.
2. Bagsover, s. R., Shephard, e. A., Bianco, h. A., & Hyams, J. S. (2011). Biologia cellulare: un breve corso. John Wiley & Sons.
3. Cooper, g. M., & Hausman, R. E. (2004). La cellula: avvicinamento molecolare. Medicinska Naklada.
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