SEJTBIOLÓGIA: TÖRTÉNELEM, MIT TANUL, ALKALMAZÁSOK ÉS FOGALMAK - BIOLÓGIA - 2026

A sejtbiológia a biológia olyan ága, amely a sejt életének minden szempontját megvizsgálja. Vagyis a földi élőlényeket alkotó sejtek szerkezetével, működésével, fejlődésével és viselkedésével; más szóval, minden, ami a születésében, életében és halálában rejlik.

Ez egy tudomány, amely nagyszámú tudást integrál, köztük a biokémia, a biofizika, a molekuláris biológia, a számítástudományok, a fejlődési és viselkedési biológia, valamint az evolúciós biológia, amelyek mindegyike saját megközelítéssel és saját kísérleti stratégiáik konkrét kérdések megválaszolására.

Mikroszkóp sziluettje (Forrás: Karen Arnold a Wikimedia Commons segítségével)

Mivel a sejtelmélet szerint az összes élőlény sejtekből áll, a sejtbiológia nem tesz különbséget az állatok, növények, baktériumok, archaea, algák vagy gombák között, és összpontosíthat egyes sejtekre, vagy a sejtek szöveteihez és szerveihez ugyanaz a többsejtű egyén.

Mivel tehát ez inkább kísérleti tudomány (nem leíró jellegű), a biológia ezen ágainak kutatása a sejtek ultrastruktúrájának és funkcióinak (mikroszkópia, centrifugálás, kultúra) vizsgálatához rendelkezésre álló módszerektől függ. in vitro stb.)

A sejtbiológia története

Egyes szerzők szerint a sejtbiológia születése a Schleiden és Schwann által 1839-ben javasolt sejtelmélet megjelenésével történt.

Fontos azonban figyelembe venni, hogy a sejteket sok évvel korábban leírták és tanulmányozták, kezdve Robert Hooke első megállapításaival, aki 1665-ben először látta azokat a sejteket, amelyek egy parafalemez halott szövetét képezték; folytatva Antoni van Leeuwenhoekkel, aki évekkel később megfigyelt mikroszkóp alatt különböző mikroorganizmusokkal vett mintákat.

Robert Hooke arcképe (Forrás: Gustav VH, a Wikimedia Commons-n keresztül)

Hooke, Leeuwenhoek Schleiden és Schwann munkája után sok szerző szentelte magát a sejtek tanulmányozásának, amellyel a belső szerkezetük és működésük részleteit finomították: az eukarióta sejtek magja, a DNS és kromoszómák, mitokondriumok, endoplazmatikus retikulum, Golgi komplex stb.

A 20. század közepén a molekuláris biológia területén jelentős előrelépés történt. Ez befolyásolta azt a tényt, hogy az 1950-es években a sejtbiológia szintén jelentős növekedést mutatott, mivel ezekben az években lehetett in vitro fenntartani és szaporítani az élő organizmusoktól izolált sejteket.

A mikroszkópia, centrifugálás, a tápközeg előállítása, a fehérjetisztítás, a mutáns sejtvonalak azonosítása és manipulálása, a kromoszómákkal és nukleinsavakkal végzett kísérletek előmozdítása többek között precedenst teremt a sejtbiológia gyors előrelépéséhez a jelenlegi korszak.

Mit tanulsz? (a tanulmány tárgya)

A sejtbiológia felelős a prokarióta és eukarióta sejtek tanulmányozásáért; tanulmányozza kialakulásának folyamatait, életét és halálát. Általában a jelző mechanizmusokra és a sejtmembránok felépítésére, valamint a citoszkeleton és a sejt polaritásának megszervezésére összpontosíthat.

Tanulmányozza a morfogenezist is, azaz azokat a mechanizmusokat, amelyek leírják, hogyan fejlődik a sejtek morfológiai fejlődésük, és hogyan változnak az idő alatt az életük során "érett" és átalakuló sejtek.

A Saccharomyces cerevisiae faj élesztősejtjei.

A sejtbiológia eukarióta sejtek (mag, endoplazmatikus retikulum, Golgi-komplex, mitokondriumok, kloroplasztok) esetén a mobilitással és az energiacserével, valamint a belső szervek dinamikájával és biogenezisével kapcsolatos témákat foglal magában. lizoszómák, peroxiszómák, glikozómák, vakuolok, glioxizomák stb.).

Ez magában foglalja a genomok, szervezeteik és általában a nukleáris funkciók tanulmányozását is.

A sejtbiológiában megvizsgálják az összes élő szervezetet alkotó sejtek alakját, méretét és működését, valamint a bennük zajló kémiai folyamatokat, valamint a citoszolos komponenseik (és szubcelluláris elhelyezkedésük) kölcsönhatását és sejtek a környezetükkel.

Alapvető fogalmak a sejtbiológiában

A cellák felosztásának illusztrációja. Forrás: pixabay.com

A sejtbiológia területére való belépés egy egyszerű feladat, ha figyelembe vesszük néhány alapvető ismereteket vagy alapvető fogalmakat, mivel ezekkel és az ésszerűség felhasználásával lehet mélyen megérteni a sejtek komplex világát.

A sejteket

A természetben lévő két sejttípus vázlata: eukarióták és prokarióták. Megjelennek a fő részek, amelyek megmutatják a különbségeket közöttük (Forrás: A géppel olvasható szerzőt nem nyújtották be. A Mortadelo2005 feltételezte (szerzői jogi igények alapján. Via Wikimedia Commons segítségével)

Azon alapvető fogalmak között, amelyeket figyelembe kell venni a panorámában, az a felfogás, hogy a sejtek az élet alapvető egységei, azaz hogy ezek a "blokkok" lehetővé teszik az élőlényeknek nevezhető organizmusok felépítését, és a membrán jelenléte révén elválasztják őket az extracelluláris környezettől.

A sejtek méretétől, alakjától vagy működésétől függetlenül, az összes sejt ugyanazokat az alapvető funkciókat látja el, amelyek az élő dolgokat jellemzik: növekednek, táplálkoznak, kölcsönhatásba lépnek a környezettel és szaporodnak.

DNS

DNS molekula. Forrás: wikipedia.org

Noha vannak eukarióta sejtek és prokarióta sejtek, amelyek citoszolszervezetük szempontjából alapvetően különböznek, bármi legyen is a sejt szempontjából, minden kivétel nélkül dezoxiribonukleinsav (DNS) van benne, egy molekulában, amelyben " a sejt szerkezeti, morfológiai és funkcionális síkjai ”.

citoszoija

Ábra egy állati sejt és részei. A citoszolt az alján nevezték el. (Forrás: Alejandro Porto a Wikimedia Commonson keresztül)

Az eukarióta sejtek citoszoljában speciális organellák vannak a különböző funkciókhoz, amelyek hozzájárulnak létfontosságú folyamataikhoz. Ezek az organellák energiatermelést végeznek tápanyagból, számos sejtfehérje szintézisét, csomagolását és szállítását, valamint a nagy részecskék importját és emésztését végzik.

citoszkeleton

A sejteknek van egy belső citoszkeletonuk, amely fenntartja az alakot, irányítja a fehérjék és az azokat használó organellák mozgását és szállítását, valamint elősegíti az egész sejt mozgását vagy elmozdulását.

Egy- és többsejtű organizmusok

Vannak egysejtű és többsejtű organizmusok (amelyek sejtjei erősen változóak). A sejtbiológiai vizsgálatok általában a "modell" szervezetekre összpontosítanak, amelyeket a sejttípus (prokarióták vagy eukarióták) és a szervezet típusa (baktériumok, állatok vagy növények) szerint határoztak meg.

A gének

A gének a DNS-molekulákban kódolt információ részét képezik, amelyek a föld minden sejtjében megtalálhatók.

Ezek nemcsak a fehérje szekvenciájának meghatározásához szükséges információk tárolásában és szállításában játszanak szerepet, hanem fontos szabályozási és szerkezeti funkciókat is ellátnak.

Sejtbiológiai alkalmazások

Számos alkalmazás van a sejtbiológiában olyan területeken, mint az orvostudomány, a biotechnológia és a környezet. Íme néhány alkalmazás:

A kromoszómák in situ fluoreszcens festése és hibridizációja (FISH) képes kimutatni a kromoszómális transzlokációkat a rákos sejtekben.

A DNS-chip mikrotábláinak technológiája lehetővé teszi az élesztő gén expressziójának kontrollját a növekedés során. Ezt a technológiát alkalmazták az emberi gének expressziójának megértésére különböző szövetekben és rákos sejtekben.

A közbenső filamentumfehérjékkel szemben specifikus fluoreszcenciával jelölt antitestek lehetővé teszik annak a szövetnek a megismerését, amelyből a tumor származik. Ez az információ segít az orvosnak kiválasztani a legmegfelelőbb kezelést a daganat leküzdésére.

Zöld fluoreszcens protein (GFP) felhasználása a sejtek lokalizálására egy szövetben. Rekombináns DNS technológia alkalmazásával a GFP gént bejuttatjuk egy teljes állat specifikus sejtjeibe.

Legújabb kutatási példák a sejtbiológiában

A Nature Cell Biology Review folyóiratban közzétett cikkek két példáját választottuk. Ezek a következők:

Az epigenetikus öröklés szerepe az állatokban (Pérez és Ben Lehner, 2019)

Felfedezték, hogy a genom szekvencián kívül más molekulák is képesek információt átadni a nemzedékek között. Ezt az információt az előző generációk élettani és környezeti feltételei módosíthatják.

Tehát a DNS-ben olyan információ található, amely nem kapcsolódik a szekvenciához (hisztonok kovalens módosítása, DNS-metilezés, kis RNS-ek), és a genomtól (mikrobiomától) független információ.

Emlősökben az alultáplálkozás vagy a megfelelő táplálkozás befolyásolja az utódok glükóz-anyagcseréjét. Az apai hatásokat nem mindig az ivarsejtek közvetítik, de közvetett módon működhetnek az anyán keresztül.

A baktériumok az anyán keresztül születhetnek a szülési csatornán vagy a szoptatás útján. Egerekben az alacsony rosttartalmú étrend generációk során csökkenti a mikrobióm taxonómiai sokféleségét. Végül megtörténik a mikroorganizmusok alpopulációinak kihalása.

Kromatinszabályozás és rákterápia (Valencia és Kadoch, 2019)

Jelenleg ismertek azok a mechanizmusok, amelyek szabályozzák a kromatin szerkezetét és annak szerepét a betegségben. Ebben a folyamatban kulcsfontosságú az olyan technikák kifejlesztése, amelyek lehetővé teszik az onkogén gének expressziójának azonosítását és a terápiás célok felfedezését.

Az alkalmazott technikák egyike a kromatin immunprecipitációja, majd szekvenálás (ChIP-seq), RNS-szekvenálás (RNA-seq), transzpocesszív kromatin-teszt szekvenálás (ATAC-seq) alkalmazásával.

A jövőben a CRISPR - Cas9 technológia és az RNS interferencia használata szerepet játszik a rákkezelések fejlesztésében.

Irodalom

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… és Walter, P. (2013). Alapvető sejtbiológia. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, és Hyams, JS (2011). Sejtbiológia: rövid tanfolyam. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM és Hausman, RE (2004). A cella: Molekuláris megközelítés. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., és Darnell, J. (2000). Molekuláris sejtbiológia 4. kiadás. Országos Biotechnológiai Információs Központ, könyvespolc.
5. Solomon, EP, Berg, LR és Martin, DW (2011). Biológia (9. kiadás). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.