SINH HỌC TẾ BÀO: LỊCH SỬ, NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VÀ KHÁI NIỆM - SINH HỌC - 2025

Các Sinh học tế bào là một nhánh của sinh học nghiên cứu về tất cả các khía cạnh của cuộc sống của tế bào. Có nghĩa là, với cấu trúc, chức năng, sự tiến hóa và hành vi của các tế bào tạo nên sinh vật sống trên trái đất; nói cách khác, mọi thứ vốn có trong quá trình sinh ra, sống và chết của anh ta.

Đây là một ngành khoa học tích hợp một lượng lớn kiến ​​thức, trong đó nổi bật là hóa sinh, lý sinh, sinh học phân tử, khoa học tính toán, sinh học phát triển và hành vi và sinh học tiến hóa, mỗi ngành đều có cách tiếp cận riêng và chiến lược thử nghiệm của riêng họ để trả lời các câu hỏi cụ thể.

Hình bóng của kính hiển vi (Nguồn: Karen Arnold qua Wikimedia Commons)

Vì lý thuyết tế bào nói rằng tất cả các sinh vật sống đều được cấu tạo bởi tế bào, sinh học tế bào không phân biệt động vật, thực vật, vi khuẩn, vi khuẩn cổ, tảo hay nấm và có thể tập trung vào các tế bào riêng lẻ hoặc trên các tế bào thuộc mô và cơ quan của cùng một cá thể đa bào.

Do đó, vì nó là một khoa học thực nghiệm (chứ không phải mô tả), nghiên cứu trong ngành sinh học này phụ thuộc vào các phương pháp có sẵn để nghiên cứu cấu trúc tế bào và chức năng của nó (kính hiển vi, ly tâm, nuôi cấy. trong ống nghiệm, v.v.)

Lịch sử sinh học tế bào

Một số tác giả cho rằng sự ra đời của sinh học tế bào diễn ra cùng với sự ra đời của lý thuyết tế bào do Schleiden và Schwann đề xuất năm 1839.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là các tế bào đã được mô tả và nghiên cứu nhiều năm trước đó, bắt đầu từ những phát hiện đầu tiên của Robert Hooke, người lần đầu tiên vào năm 1665, đã nhìn thấy các tế bào cấu thành mô chết của một tấm bần; và tiếp tục với Antoni van Leeuwenhoek, người nhiều năm sau đó đã quan sát các mẫu với các vi sinh vật khác nhau dưới kính hiển vi.

Chân dung Robert Hooke (Nguồn: Gustav VH, qua Wikimedia Commons)

Sau công trình của Hooke, Leeuwenhoek Schleiden và Schwann, nhiều tác giả cũng dành hết tâm huyết cho nhiệm vụ nghiên cứu tế bào, nhờ đó các chi tiết liên quan đến cấu trúc bên trong và chức năng của chúng đã được tinh chỉnh: nhân của tế bào nhân chuẩn, DNA. và nhiễm sắc thể, ti thể, lưới nội chất, phức hợp Golgi, v.v.

Vào giữa thế kỷ 20, lĩnh vực sinh học phân tử đã có những bước tiến đáng kể. Điều này ảnh hưởng đến việc, trong những năm 1950, sinh học tế bào cũng có sự phát triển đáng kể, vì trong những năm đó, người ta có thể duy trì và nhân lên các tế bào trong ống nghiệm, được phân lập từ các sinh vật sống.

Những tiến bộ trong kính hiển vi, ly tâm, xây dựng môi trường nuôi cấy, tinh chế protein, xác định và thao tác các dòng tế bào đột biến, thí nghiệm với nhiễm sắc thể và axit nucleic, cùng những thứ khác, đã tạo tiền đề cho sự tiến bộ nhanh chóng của sinh học tế bào đối với thời đại hiện tại.

Bạn học gì (đối tượng nghiên cứu)

Sinh học tế bào chịu trách nhiệm nghiên cứu các tế bào nhân sơ và nhân thực; ông nghiên cứu quá trình hình thành, cuộc đời và cái chết của ông. Nó thường có thể tập trung vào các cơ chế truyền tín hiệu và cấu trúc của màng tế bào, cũng như tổ chức của bộ xương và phân cực tế bào.

Nó cũng nghiên cứu sự phát sinh hình thái, tức là các cơ chế mô tả cách tế bào phát triển về mặt hình thái và cách tế bào "trưởng thành" và biến đổi trong suốt cuộc đời của chúng thay đổi theo thời gian.

Tế bào nấm men của loài Saccharomyces cerevisiae.

Trong sinh học tế bào, các chủ đề liên quan đến khả năng di chuyển và chuyển hóa năng lượng, cũng như động lực học và sinh học của các bào quan bên trong của chúng, trong trường hợp tế bào nhân thực (nhân, lưới nội chất, phức hợp Golgi, ti thể, lục lạp, lysosome, peroxisomes, glycosomes, không bào, glyoxysomes, v.v.).

Nó cũng liên quan đến việc nghiên cứu các bộ gen, tổ chức của chúng và chức năng hạt nhân nói chung.

Trong sinh học tế bào, hình dạng, kích thước và chức năng của các tế bào tạo nên tất cả các cơ thể sống được nghiên cứu, cũng như các quá trình hóa học xảy ra bên trong chúng và sự tương tác giữa các thành phần tế bào của chúng (và vị trí dưới tế bào của chúng) và tế bào với môi trường của chúng.

Các khái niệm cơ bản trong sinh học tế bào

Hình minh họa về sự phân chia của một tế bào. Nguồn: pixabay.com

Bước vào lĩnh vực sinh học tế bào là một công việc đơn giản khi tính đến một số kiến ​​thức cơ bản hoặc các khái niệm thiết yếu, vì với những kiến ​​thức này và sử dụng lý trí, chúng ta có thể hiểu sâu về thế giới phức tạp của tế bào.

Tế bào

Lược đồ về hai loại tế bào trong tự nhiên: tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ. Các phần chính được hiển thị, cho thấy sự khác biệt giữa chúng (Nguồn: Không có tác giả nào có thể đọc được bằng máy được cung cấp. Mortadelo2005 giả định (dựa trên khiếu nại về bản quyền). Qua Wikimedia Commons)

Trong số các khái niệm cơ bản phải được xem xét trong bức tranh toàn cảnh là quan niệm rằng tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống, nghĩa là chúng là "khối" cho phép xây dựng các sinh vật mà chúng ta có thể gọi là "sống" và tất cả chúng được ngăn cách với môi trường ngoại bào nhờ sự hiện diện của màng.

Bất kể kích thước, hình dạng hoặc chức năng của chúng trong một mô cụ thể nào, tất cả các tế bào đều thực hiện những chức năng cơ bản giống nhau đặc trưng cho các sinh vật: chúng phát triển, kiếm ăn, tương tác với môi trường và sinh sản.

DNA

Phân tử ADN. Nguồn: wikipedia.org

Mặc dù có tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ, về cơ bản khác nhau về tổ chức tế bào của chúng, nhưng bất kể tế bào nào người ta nghĩ đến, tất cả, không có ngoại lệ, đều có axit deoxyribonucleic (DNA) bên trong chúng, một phân tử chứa " các mặt phẳng cấu trúc, hình thái và chức năng ”của tế bào.

Cytosol

Sơ đồ một tế bào động vật và các bộ phận của nó. Dịch bào có tên ở dưới cùng. (Nguồn: Alejandro Porto qua Wikimedia Commons)

Tế bào nhân thực có các bào quan chuyên biệt trong tế bào của chúng cho các chức năng khác nhau góp phần vào các quá trình quan trọng của chúng. Các bào quan này thực hiện sản xuất năng lượng từ vật chất dinh dưỡng, tổng hợp, đóng gói và vận chuyển nhiều protein tế bào, đồng thời cũng là quá trình nhập khẩu và tiêu hóa các hạt lớn.

Cytoskeleton

Tế bào có một bộ xương bên trong tế bào để duy trì hình dạng, chỉ đạo sự di chuyển và vận chuyển của các protein và các bào quan sử dụng chúng, cũng như hỗ trợ sự di chuyển hoặc dịch chuyển của toàn bộ tế bào.

Sinh vật đơn bào và đa bào

Có các sinh vật đơn bào và đa bào (có số lượng tế bào rất thay đổi). Các nghiên cứu sinh học tế bào thường tập trung vào các sinh vật "mô hình", đã được xác định theo loại tế bào (sinh vật nhân sơ hoặc sinh vật nhân chuẩn) và theo loại sinh vật (vi khuẩn, động vật hoặc thực vật).

Các gen

Gen là một phần thông tin được mã hóa trong phân tử DNA có trong tất cả các tế bào trên trái đất.

Chúng không chỉ thực hiện các chức năng trong việc lưu trữ và vận chuyển thông tin cần thiết để xác định trình tự của protein mà còn thực hiện các chức năng điều chỉnh và cấu trúc quan trọng.

Ứng dụng sinh học tế bào

Có một số lượng lớn các ứng dụng cho sinh học tế bào trong các lĩnh vực như y học, công nghệ sinh học và môi trường. Dưới đây là một số ứng dụng:

Nhuộm huỳnh quang tại chỗ và lai (FISH) nhiễm sắc thể có thể phát hiện chuyển đoạn nhiễm sắc thể trong tế bào ung thư.

Công nghệ vi mạch của "chip" DNA cho phép biết sự kiểm soát sự biểu hiện gen của nấm men, trong quá trình sinh trưởng của nó. Công nghệ này đã được sử dụng để hiểu sự biểu hiện của gen người trong các mô và tế bào ung thư khác nhau.

Các kháng thể đánh dấu huỳnh quang, đặc hiệu chống lại các protein dạng sợi trung gian, giúp chúng ta có thể biết được mô bắt nguồn từ khối u. Thông tin này giúp bác sĩ lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp nhất để chống lại khối u.

Sử dụng protein huỳnh quang xanh (GFP) để định vị các tế bào trong mô. Sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp, gen GFP được đưa vào các tế bào cụ thể của một con vật hoàn chỉnh.

Các ví dụ nghiên cứu gần đây trong sinh học tế bào

Hai ví dụ về các bài báo đăng trên tạp chí Nature Cell Biology Review đã được chọn. Đây là những điều sau:

Vai trò của di truyền biểu sinh ở động vật (Pérez và Ben Lehner, 2019)

Người ta đã phát hiện ra rằng các phân tử khác, ngoài trình tự bộ gen, có thể chuyển thông tin giữa các thế hệ. Thông tin này có thể được sửa đổi bởi các điều kiện sinh lý và môi trường của các thế hệ trước.

Do đó, có thông tin trong DNA không liên quan đến trình tự (sửa đổi cộng hóa trị của histone, methyl hóa DNA, RNA nhỏ) và thông tin độc lập với bộ gen (microbiome).

Ở động vật có vú, suy dinh dưỡng hay dinh dưỡng tốt đều ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa glucose của con non. Tác động của người mẹ không phải lúc nào cũng được thực hiện bởi các giao tử, nhưng chúng có thể tác động gián tiếp thông qua người mẹ.

Vi khuẩn có thể được di truyền qua mẹ qua đường sinh hoặc qua việc cho con bú. Ở chuột, chế độ ăn ít chất xơ làm giảm sự đa dạng phân loại của hệ vi sinh vật qua các thế hệ. Cuối cùng, sự tuyệt chủng của các quần thể vi sinh vật xảy ra.

Điều hòa nhiễm sắc thể và liệu pháp điều trị ung thư (Valencia và Kadoch, 2019)

Hiện nay, các cơ chế chi phối cấu trúc của chất nhiễm sắc và vai trò của nó đối với bệnh tật đã được biết đến. Trong quá trình này, sự phát triển của các kỹ thuật cho phép xác định sự biểu hiện của các gen gây ung thư và phát hiện ra các mục tiêu điều trị là chìa khóa quan trọng.

Một số kỹ thuật được sử dụng là kết tủa miễn dịch của chất nhiễm sắc sau đó là giải trình tự (ChIP-seq), giải trình tự RNA (RNA-seq), xét nghiệm chất nhiễm sắc có thể truyền qua sử dụng giải trình tự (ATAC-seq).

Trong tương lai, việc sử dụng công nghệ CRISPR - Cas9 và can thiệp RNA sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các liệu pháp điều trị ung thư.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Sinh học Tế bào cần thiết. Khoa học Garland.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Sinh học Tế bào: một khóa học ngắn hạn. John Wiley và các con trai.
3. Cooper, GM và Hausman, RE (2004). Tế bào: Cách tiếp cận phân tử. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Sinh học tế bào phân tử phiên bản thứ 4. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia, Tủ sách.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Sinh học (xuất bản lần thứ 9). Brooks / Cole, Cengage Learning: Hoa Kỳ.