BIOLOGIE CELLULAIRE: HISTOIRE, CE QU'ELLE ÉTUDIE, APPLICATIONS ET CONCEPTS - LA BIOLOGIE - 2025

La biologie cellulaire est la branche de la biologie qui étudie tous les aspects de la vie cellulaire. C'est-à-dire avec la structure, la fonction, l'évolution et le comportement des cellules qui composent les êtres vivants sur terre; en d'autres termes, tout ce qui est inhérent à sa naissance, sa vie et sa mort.

C'est une science qui intègre une grande quantité de connaissances, parmi lesquelles la biochimie, la biophysique, la biologie moléculaire, les sciences computationnelles, la biologie du développement et du comportement et la biologie évolutionniste se distinguent, chacune avec sa propre approche et leurs propres stratégies d'expérimentation pour répondre à des questions spécifiques.

Silhouette d'un microscope (Source: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Puisque la théorie cellulaire déclare que tous les êtres vivants sont composés de cellules, la biologie cellulaire ne fait pas de distinction entre les animaux, les plantes, les bactéries, les archées, les algues ou les champignons et peut se concentrer sur des cellules individuelles ou sur des cellules appartenant à des tissus et organes de le même individu multicellulaire.

Ainsi, puisqu'il s'agit d'une science expérimentale (plutôt que descriptive), la recherche dans cette branche de la biologie dépend des méthodes disponibles pour l'étude de l'ultrastructure cellulaire et de ses fonctions (microscopie, centrifugation, culture in vitro, etc.)

Histoire de la biologie cellulaire

Certains auteurs considèrent que la naissance de la biologie cellulaire a eu lieu avec l'avènement de la théorie cellulaire proposée par Schleiden et Schwann en 1839.

Cependant, il est important de considérer que les cellules ont été décrites et étudiées plusieurs années auparavant, à commencer par les premières découvertes de Robert Hooke qui, en 1665, a vu pour la première fois les cellules qui constituaient le tissu mort d'une feuille de liège; et continuer avec Antoni van Leeuwenhoek, qui des années plus tard a observé des échantillons avec différents micro-organismes au microscope.

Portrait de Robert Hooke (Source: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Après les travaux de Hooke, Leeuwenhoek Schleiden et Schwann, de nombreux auteurs se sont également consacrés à l'étude des cellules, avec laquelle les détails concernant leur structure interne et leur fonctionnement ont été affinés: le noyau des cellules eucaryotes, l'ADN et chromosomes, mitochondries, réticulum endoplasmique, complexe de Golgi, etc.

Au milieu du XXe siècle, le domaine de la biologie moléculaire a connu des progrès considérables. Cela a influencé le fait que, pendant les années 1950, la biologie cellulaire a également connu une croissance considérable, car pendant ces années, il était possible de maintenir et de multiplier des cellules in vitro, isolées d'organismes vivants.

Les progrès de la microscopie, de la centrifugation, de la formulation de milieux de culture, de la purification des protéines, de l'identification et de la manipulation de lignées cellulaires mutantes, de l'expérimentation avec des chromosomes et des acides nucléiques, entre autres, ont créé un précédent pour l'avancée rapide de la biologie cellulaire à la époque actuelle.

Qui étudie? (objet d'étude)

La biologie cellulaire est responsable de l'étude des cellules procaryotes et eucaryotes; il étudie les processus de sa formation, de sa vie et de sa mort. Il peut généralement se concentrer sur les mécanismes de signalisation et la structuration des membranes cellulaires, ainsi que sur l'organisation du cytosquelette et la polarité cellulaire.

Il étudie également la morphogenèse, c'est-à-dire les mécanismes qui décrivent comment les cellules se développent morphologiquement et comment les cellules qui «mûrissent» et se transforment tout au long de leur vie changent avec le temps.

Cellules de levure de l'espèce Saccharomyces cerevisiae.

La biologie cellulaire comprend des sujets liés à la mobilité et au métabolisme énergétique, ainsi qu'à la dynamique et à la biogenèse de leurs organites internes, dans le cas des cellules eucaryotes (noyau, réticulum endoplasmique, complexe de Golgi, mitochondries, chloroplastes, lysosomes, peroxisomes, glycosomes, vacuoles, glyoxysomes, etc.).

Cela implique également l'étude des génomes, de leur organisation et de la fonction nucléaire en général.

En biologie cellulaire, la forme, la taille et la fonction des cellules qui composent tous les organismes vivants sont étudiées, ainsi que les processus chimiques qui se produisent à l'intérieur et l'interaction entre leurs composants cytosoliques (et leur emplacement subcellulaire) et cellules avec leur environnement.

Concepts essentiels en biologie cellulaire

Illustration de la division d'une cellule. Source: pixabay.com

Entrer dans le domaine de la biologie cellulaire est une tâche simple lorsqu'on prend en compte des connaissances de base ou des concepts essentiels, car avec ceux-ci et avec l'utilisation de la raison, il est possible de comprendre en profondeur le monde complexe des cellules.

Cellules

Schéma des deux types de cellules dans la nature: eucaryotes et procaryotes. Les parties principales sont affichées, montrant les différences entre elles (Source: Aucun auteur lisible par machine fourni. Mortadelo2005 supposé (basé sur des revendications de droits d'auteur). Via Wikimedia Commons)

Parmi les concepts fondamentaux qui doivent être pris en compte dans le panorama, il y a la conception que les cellules sont les unités de base de la vie, c'est-à-dire qu'elles sont les «blocs» qui permettent la construction d'organismes que l'on peut appeler «vivants» et que tous ils sont séparés de l'environnement extracellulaire grâce à la présence d'une membrane.

Quelle que soit leur taille, leur forme ou leur fonction dans un tissu spécifique, toutes les cellules remplissent les mêmes fonctions de base qui caractérisent les êtres vivants: elles grandissent, se nourrissent, interagissent avec l'environnement et se reproduisent.

ADN

Molécule d'ADN. Source: wikipedia.org

Bien qu'il existe des cellules eucaryotes et des cellules procaryotes, qui sont fondamentalement différentes en ce qui concerne leur organisation cytosolique, quelle que soit la cellule que l'on a à l'esprit, toutes, sans exception, contiennent de l'acide désoxyribonucléique (ADN), une molécule qui abrite " les plans structurel, morphologique et fonctionnel »d'une cellule.

Cytosol

Schéma d'une cellule animale et de ses parties. Le cytosol est nommé en bas. (Source: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Les cellules eucaryotes ont des organites spécialisés dans leur cytosol pour différentes fonctions qui contribuent à leurs processus vitaux. Ces organites assurent la production d'énergie à partir de matières nutritives, la synthèse, le conditionnement et le transport de nombreuses protéines cellulaires, ainsi que l'importation et la digestion de grosses particules.

Cytosquelette

Les cellules ont un cytosquelette interne qui maintient la forme, dirige le mouvement et le transport des protéines et des organites qui les utilisent, ainsi que l'aide au mouvement ou au déplacement de la cellule entière.

Organismes unicellulaires et multicellulaires

Il existe des organismes unicellulaires et multicellulaires (dont le nombre de cellules est très variable). Les études de biologie cellulaire se concentrent généralement sur des organismes «modèles», qui ont été définis selon le type de cellule (procaryotes ou eucaryotes) et selon le type d'organisme (bactérie, animal ou végétal).

Les gènes

Les gènes font partie des informations codées dans les molécules d'ADN présentes dans toutes les cellules de la terre.

Ceux-ci remplissent non seulement des fonctions de stockage et de transport des informations nécessaires pour déterminer la séquence d'une protéine, mais exercent également d'importantes fonctions de régulation et de structure.

Applications de biologie cellulaire

Il existe un grand nombre d'applications de la biologie cellulaire dans des domaines tels que la médecine, la biotechnologie et l'environnement. Voici quelques applications:

La coloration et l'hybridation fluorescentes in situ (FISH) des chromosomes peuvent détecter des translocations chromosomiques dans les cellules cancéreuses.

La technologie des puces à ADN "puce" permet de connaître le contrôle de l'expression génique de la levure, au cours de sa croissance. Cette technologie a été utilisée pour comprendre l'expression de gènes humains dans différents tissus et cellules cancéreuses.

Des anticorps marqués par fluorescence, spécifiques contre les protéines filamentaires intermédiaires, permettent de connaître le tissu dont est issue une tumeur. Ces informations aident le médecin à choisir le traitement le plus approprié pour combattre la tumeur.

Utilisation de la protéine fluorescente verte (GFP) pour localiser les cellules dans un tissu. En utilisant la technologie de l'ADN recombinant, le gène GFP est introduit dans des cellules spécifiques d'un animal complet.

Exemples de recherche récents en biologie cellulaire

Deux exemples d'articles publiés dans la revue Nature Cell Biology Review ont été choisis. Ce sont les suivants:

Rôle de l'hérédité épigénétique chez les animaux (Pérez et Ben Lehner, 2019)

Il a été découvert que d'autres molécules, en plus de la séquence du génome, peuvent transférer des informations entre les générations. Ces informations peuvent être modifiées par les conditions physiologiques et environnementales des générations précédentes.

Ainsi, il existe des informations dans l'ADN non associées à la séquence (modifications covalentes des histones, méthylation de l'ADN, petits ARN) et des informations indépendantes du génome (microbiome).

Chez les mammifères, la malnutrition ou une bonne nutrition affecte le métabolisme du glucose de la progéniture. Les effets paternels ne sont pas toujours médiés par les gamètes, mais ils pourraient agir indirectement par l'intermédiaire de la mère.

Les bactéries peuvent être héritées par la mère par le canal génital ou par l'allaitement. Chez la souris, une alimentation pauvre en fibres entraîne une diminution de la diversité taxonomique du microbiome au fil des générations. Finalement, l'extinction de sous-populations de micro-organismes se produit.

Régulation de la chromatine et thérapie du cancer (Valencia et Kadoch, 2019)

Actuellement, les mécanismes qui régissent la structure de la chromatine et son rôle dans la maladie sont connus. Dans ce processus, le développement de techniques permettant d'identifier l'expression de gènes oncogènes et la découverte de cibles thérapeutiques a été la clé.

Certaines des techniques utilisées sont l'immunoprécipitation de la chromatine suivie d'un séquençage (ChIP-seq), le séquençage de l'ARN (RNA-seq), le dosage transpoaccessible de la chromatine par séquençage (ATAC-seq).

À l 'avenir, l' utilisation de la technologie CRISPR - Cas9 et l 'interférence ARN joueront un rôle dans le développement de thérapies contre le cancer.

Références

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