CELBIOLOGIE: GESCHIEDENIS, WAT HET BESTUDEERT, TOEPASSINGEN EN CONCEPTEN - BIOLOGIE - 2026

De celbiologie is de tak van de biologie die alle aspecten van het celleven bestudeert. Dat wil zeggen, met de structuur, functie, evolutie en het gedrag van de cellen waaruit levende wezens op aarde bestaan; met andere woorden, alles wat inherent is aan zijn geboorte, leven en dood.

Het is een wetenschap die een grote hoeveelheid kennis integreert, waaronder biochemie, biofysica, moleculaire biologie, computationele wetenschappen, ontwikkelings- en gedragsbiologie en evolutiebiologie, die elk hun eigen benadering en hun eigen experimenteerstrategieën om specifieke vragen te beantwoorden.

Silhouet van een microscoop (Bron: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Aangezien de celtheorie stelt dat alle levende wezens uit cellen bestaan, maakt celbiologie geen onderscheid tussen dieren, planten, bacteriën, archaea, algen of schimmels en kan ze zich concentreren op individuele cellen of op cellen die behoren tot weefsels en organen van hetzelfde meercellige individu.

Omdat het dus een experimentele wetenschap is (in plaats van beschrijvend), hangt onderzoek in deze tak van de biologie af van de beschikbare methoden voor de studie van cel-ultrastructuur en zijn functies (microscopie, centrifugatie, cultuur in vitro, enz.)

Geschiedenis van celbiologie

Sommige auteurs zijn van mening dat de geboorte van celbiologie plaatsvond met de komst van de celtheorie die door Schleiden en Schwann in 1839 werd voorgesteld.

Het is echter belangrijk te bedenken dat de cellen vele jaren eerder werden beschreven en bestudeerd, te beginnen met de eerste bevindingen van Robert Hooke, die in 1665 voor het eerst de cellen zag die het dode weefsel van een kurkplaat vormden; en verder met Antoni van Leeuwenhoek, die jaren later monsters met verschillende micro-organismen onder de microscoop observeerde.

Portret van Robert Hooke (Bron: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Na het werk van Hooke, Leeuwenhoek Schleiden en Schwann wijdden veel auteurs zich ook aan het bestuderen van cellen, waarmee details over hun interne structuur en functioneren werden verfijnd: de kern van eukaryote cellen, DNA en chromosomen, mitochondriën, endoplasmatisch reticulum, Golgi-complex, enz.

In het midden van de 20e eeuw kende de moleculaire biologie aanzienlijke vooruitgang. Dit had invloed op het feit dat de celbiologie in de jaren vijftig ook aanzienlijk groeide, aangezien het in die jaren mogelijk was cellen in vitro te behouden en te vermenigvuldigen, geïsoleerd uit levende organismen.

Vooruitgang in microscopie, centrifugatie, formulering van kweekmedia, eiwitzuivering, identificatie en manipulatie van mutante cellijnen, experimenten met onder meer chromosomen en nucleïnezuren, scheppen een precedent voor de snelle vooruitgang van celbiologie naar de huidige tijdperk.

Wat studeer jij? (studieobject)

Celbiologie is verantwoordelijk voor de studie van prokaryote en eukaryote cellen; hij bestudeert de processen van zijn vorming, zijn leven en zijn dood. Het kan zich meestal richten op signaleringsmechanismen en de structurering van celmembranen, evenals de organisatie van het cytoskelet en celpolariteit.

Het bestudeert ook de morfogenese, dat wil zeggen de mechanismen die beschrijven hoe cellen zich morfologisch ontwikkelen en hoe cellen die "rijpen" en transformeren gedurende hun leven in de loop van de tijd veranderen.

Gistcellen van de soort Saccharomyces cerevisiae.

Celbiologie omvat onderwerpen die verband houden met mobiliteit en energiemetabolisme, evenals de dynamiek en biogenese van hun interne organellen, in het geval van eukaryote cellen (kern, endoplasmatisch reticulum, Golgi-complex, mitochondriën, chloroplasten, lysosomen, peroxisomen, glycosomen, vacuolen, glyoxysomen, etc.).

Het omvat ook de studie van genomen, hun organisatie en nucleaire functie in het algemeen.

In de celbiologie worden de vorm, grootte en functie van de cellen waaruit alle levende organismen bestaan ​​bestudeerd, evenals de chemische processen die daarin plaatsvinden en de interactie tussen hun cytosolische componenten (en hun subcellulaire locatie) en cellen met hun omgeving.

Essentiële concepten in celbiologie

Illustratie van de deling van een cel. Bron: pixabay.com

Het betreden van de celbiologie is een eenvoudige taak wanneer rekening wordt gehouden met enkele basiskennis of essentiële concepten, omdat het hiermee en met behulp van de rede mogelijk is om de complexe wereld van cellen diepgaand te begrijpen.

Cellen

Schema van de twee soorten cellen in de natuur: eukaryoten en prokaryoten. De belangrijkste delen worden getoond, waarbij de verschillen tussen beide worden weergegeven (bron: geen machineleesbare auteur verstrekt. Mortadelo2005 aangenomen (op basis van auteursrechtclaims). Via Wikimedia Commons)

Een van de fundamentele concepten waarmee in het panorama rekening moet worden gehouden, is de opvatting dat cellen de basiseenheden van het leven zijn, dat wil zeggen dat ze de 'blokken' zijn die de constructie mogelijk maken van organismen die we 'levend' kunnen noemen en dat alle ze zijn gescheiden van de extracellulaire omgeving dankzij de aanwezigheid van een membraan.

Ongeacht hun grootte, vorm of functie in een specifiek weefsel vervullen alle cellen dezelfde basisfuncties die levende wezens kenmerken: ze groeien, voeden zich, hebben interactie met de omgeving en planten zich voort.

DNA

DNA-molecuul. Bron: wikipedia.org

Hoewel er eukaryote cellen en prokaryote cellen zijn, die fundamenteel verschillend zijn met betrekking tot hun cytosolische organisatie, welke cel men ook in gedachten heeft, ze hebben allemaal, zonder uitzondering, desoxyribonucleïnezuur (DNA) in zich, een molecuul waarin " de structurele, morfologische en functionele vlakken ”van een cel.

Cytosol

Diagram van een dierencel en zijn onderdelen. Het cytosol wordt onderaan genoemd. (Bron: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Eukaryote cellen hebben gespecialiseerde organellen in hun cytosol voor verschillende functies die bijdragen aan hun vitale processen. Deze organellen zorgen voor de productie van energie uit voedingsmateriaal, de synthese, verpakking en transport van veel cellulaire eiwitten, en ook voor de invoer en vertering van grote deeltjes.

Cytoskelet

Cellen hebben een intern cytoskelet dat vorm behoudt, de beweging en het transport van eiwitten en de organellen die ze gebruiken aanstuurt en helpt bij de beweging of verplaatsing van de hele cel.

Eencellige en meercellige organismen

Er zijn eencellige en meercellige organismen (waarvan het aantal cellen zeer variabel is). Celbiologiestudies richten zich meestal op "modelorganismen", die zijn gedefinieerd volgens het type cel (prokaryoten of eukaryoten) en volgens het type organisme (bacteriën, dier of plant).

De genen

Genen maken deel uit van de informatie die wordt gecodeerd in DNA-moleculen die in alle cellen op aarde aanwezig zijn.

Deze vervullen niet alleen functies bij de opslag en het transport van de informatie die nodig is om de sequentie van een eiwit te bepalen, maar oefenen ook belangrijke regulerende en structurele functies uit.

Toepassingen voor celbiologie

Er is een groot aantal toepassingen voor celbiologie op gebieden als geneeskunde, biotechnologie en het milieu. Hier zijn enkele toepassingen:

Fluorescerende in situ kleuring en hybridisatie (FISH) van chromosomen kunnen chromosomale translocaties in kankercellen detecteren.

De technologie van de microarrays van DNA "chip" maakt het mogelijk om de controle van de genexpressie van gist tijdens zijn groei te kennen. Deze technologie is gebruikt om de expressie van menselijke genen in verschillende weefsels en kankercellen te begrijpen.

Met fluorescentie gelabelde antilichamen, specifiek tegen intermediaire filamenteiwitten, maken het mogelijk om het weefsel te kennen waaruit een tumor is ontstaan. Deze informatie helpt de arts bij het kiezen van de meest geschikte behandeling om de tumor te bestrijden.

Gebruik van groen fluorescerend eiwit (GFP) om cellen in een weefsel te lokaliseren. Met behulp van recombinant-DNA-technologie wordt het GFP-gen geïntroduceerd in specifieke cellen van een compleet dier.

Recente onderzoeksvoorbeelden in celbiologie

Er werd gekozen voor twee voorbeelden van artikelen gepubliceerd in het tijdschrift Nature Cell Biology Review. Dit zijn de volgende:

De rol van epigenetische overerving bij dieren (Pérez en Ben Lehner, 2019)

Er is ontdekt dat andere moleculen, naast de genoomsequentie, informatie tussen generaties kunnen overdragen. Deze informatie kan worden gewijzigd door de fysiologische en omgevingsomstandigheden van vorige generaties.

Er is dus informatie in het DNA die niet is geassocieerd met de sequentie (covalente modificaties van histonen, DNA-methylering, kleine RNA's) en informatie die onafhankelijk is van het genoom (microbioom).

Bij zoogdieren heeft ondervoeding of goede voeding invloed op het glucosemetabolisme van de nakomelingen. Vaderlijke effecten worden niet altijd gemedieerd door gameten, maar ze kunnen indirect via de moeder werken.

Bacteriën kunnen via de moeder worden overgeërfd via het geboortekanaal of door borstvoeding. Bij muizen zorgt een vezelarm dieet voor een afname van de taxonomische diversiteit van het microbioom gedurende generaties. Uiteindelijk vindt het uitsterven van subpopulaties van micro-organismen plaats.

Chromatine-regulatie en kankertherapie (Valencia en Kadoch, 2019)

Momenteel zijn de mechanismen die de structuur van chromatine en zijn rol bij ziekte bepalen, bekend. In dit proces was de ontwikkeling van technieken die het mogelijk maken om de expressie van oncogene genen te identificeren en de ontdekking van therapeutische doelwitten van cruciaal belang.

Enkele van de gebruikte technieken zijn chromatine immunoprecipitatie gevolgd door sequencing (ChIP-seq), RNA-sequencing (RNA-seq), chromatine transpo-accessible assay met behulp van sequencing (ATAC-seq).

In de toekomst zal het gebruik van CRISPR - Cas9 technologie en RNA-interferentie een rol spelen bij de ontwikkeling van kankertherapieën.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Essentiële celbiologie. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA en Hyams, JS (2011). Celbiologie: een korte cursus. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM en Hausman, RE (2004). De cel: moleculaire benadering. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Moleculaire celbiologie 4e editie. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie, boekenplank.
5. Solomon, EP, Berg, LR en Martin, DW (2011). Biology (9e ed.). Brooks / Cole, Cengage Learning: VS.