SOLUBIOLOGIA: HISTORIA, SEN TUTKIMUKSET, SOVELLUKSET JA KÄSITTEET - BIOLOGIA - 2026

Cell Biology on haara biologian, joka tutkii kaikki näkökohdat solun elämää. Eli elävien olentojen muodostavien maan päällä olevien solujen rakenteen, toiminnan, evoluution ja käyttäytymisen kanssa; toisin sanoen kaikki hänen syntymästään, elämästään ja kuolemaansa sisältyvä.

Se on tiede, joka yhdistää suuren määrän tietoa, joista erottuvat biokemia, biofysiikka, molekyylibiologia, laskennalliset tieteet, kehitys- ja käyttäytymisbiologia sekä evoluutiobiologia, jokaisella on oma lähestymistapansa ja omat kokeilustrategiat vastatakseen tiettyihin kysymyksiin.

Mikroskoopin siluetti (Lähde: Karen Arnold Wikimedia Commonsin kautta)

Koska soluteorian mukaan kaikki elävät olennot koostuvat soluista, solubiologia ei tee eroa eläinten, kasvien, bakteerien, arhaea, levien tai sienten välillä ja voi keskittyä yksittäisiin soluihin tai soluihin, jotka kuuluvat sama monisoluinen henkilö.

Siksi, koska se on kokeellinen tiede (eikä kuvaava), tämän biologian alan tutkimus riippuu käytettävissä olevista menetelmistä solun ultrastruktuurin ja sen toimintojen (mikroskopia, sentrifugointi, viljely) tutkimiseksi in vitro jne.)

Solubiologian historia

Jotkut kirjoittajat katsovat, että solubiologian synty syntyi Schleidenin ja Schwannin vuonna 1839 ehdottaman soluteorian myötä.

On kuitenkin tärkeää ottaa huomioon, että solut kuvattiin ja tutkittiin useita vuosia aiemmin, alkaen Robert Hooken ensimmäisistä löytöistä, jotka näkivät vuonna 1665 ensimmäistä kertaa solut, jotka muodostivat korkkisivun kuolleen kudoksen; ja jatkamalla Antoni van Leeuwenhoekin kanssa, joka vuosia myöhemmin havaitsi mikroskoopin alla näytteitä, joissa oli erilaisia ​​mikro-organismeja.

Robert Hooken muotokuva (Lähde: Gustav VH, Wikimedia Commonsin kautta)

Hooken, Leeuwenhoek Schleidenin ja Schwannin työn jälkeen monet kirjoittajat omistautuivat myös solujen tutkimiseen, joiden avulla niiden sisäistä rakennetta ja toimintaa koskevat yksityiskohdat tarkennettiin: eukaryoottisolujen ydin, DNA ja kromosomit, mitokondriat, endoplasminen retikulumi, Golgi-kompleksi jne.

1900-luvun puolivälissä molekyylibiologian alalla tapahtui huomattavaa edistystä. Tämä vaikutti siihen tosiseikkaan, että 1950-luvulla solubiologia kasvoi myös huomattavasti, koska noina vuosina oli mahdollista ylläpitää ja monistaa soluja in vitro, eristettyinä elävistä organismeista.

Edistymät mikroskopiassa, sentrifugoinnissa, viljelyalustojen formuloinnissa, proteiinien puhdistamisessa, mutanttisten solulinjojen tunnistamisessa ja manipuloinnissa, kokeissa kromosomeilla ja nukleiinihapoilla loivat ennakkotapauksen solubiologian nopealle etenemiselle nykyinen aikakausi.

Mitä sinä opiskelet? (tutkimuksen kohde)

Solubiologia on vastuussa prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen tutkimisesta; hän tutkii muodostumisensa, elämänsä ja kuolemansa prosesseja. Se voi yleensä keskittyä signalointimekanismeihin ja solukalvojen rakenteeseen sekä sytoskeleton ja solun napaisuuden organisointiin.

Se tutkii myös morfogeneesiä, ts. Mekanismeja, jotka kuvaavat kuinka solut kehittyvät morfologisesti ja kuinka solut, jotka "kypsyvät" ja muuttuvat koko elämänsä ajan, muuttuvat ajan myötä.

Saccharomyces cerevisiae -lajin hiivasolut.

Solubiologiaan kuuluvat liikkuvuuteen ja energian aineenvaihduntaan liittyvät aiheet, samoin kuin niiden sisäisten organelien dynamiikka ja biogeneesi eukaryoottisolujen (ydin, endoplasminen reticulum, Golgi-kompleksi, mitokondriat, kloroplastit) tapauksessa. lysosomit, peroksisomat, glykosomit, vakuolit, glyoksysomit jne.).

Siihen sisältyy myös genomien, niiden organisaation ja ydintoimintojen tutkiminen yleensä.

Solubiologiassa tutkitaan kaikkien elävien organismien muodostavien solujen muoto, koko ja toiminta, samoin kuin niissä tapahtuvat kemialliset prosessit sekä niiden sytosolisten komponenttien (ja niiden solun sijainnin) ja vuorovaikutus. solut ympäristöönsä.

Solubiologian keskeiset käsitteet

Kuva solun jakautumisesta. Lähde: pixabay.com

Solubiologian alalle pääsy on yksinkertainen tehtävä, kun otetaan huomioon joitain perustietoja tai olennaisia ​​käsitteitä, koska näiden avulla ja järjen avulla on mahdollista ymmärtää perusteellisesti solujen monimutkainen maailma.

solut

Kaavio luonnossa olevista kahdesta solutyypistä: eukaryootit ja prokaryootit. Pääosat on esitetty ja niiden väliset erot näkyvät (Lähde: Koneella luettavaa kirjailijaa ei toimiteta. Mortadelo2005 oletetaan (tekijänoikeusvaatimusten perusteella). Wikimedia Commonsin kautta)

Niiden peruskäsitteiden joukossa, jotka on otettava huomioon panoraamassa, on käsitys, että solut ovat elämän perusyksiköitä, ts. Että ne ovat "lohkoja", jotka sallivat rakentaa organismeja, joita voimme kutsua "eläviksi" ja että kaikki ne on erotettu solunulkoisesta ympäristöstä kalvon läsnäolon ansiosta.

Riippumatta niiden koosta, muodosta tai toiminnasta tietyssä kudoksessa, kaikki solut suorittavat samat perustoiminnot, jotka karakterisoivat eläviä asioita: ne kasvavat, ruokkivat, ovat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa ja lisääntyvät.

DNA-

DNA-molekyyli. Lähde: wikipedia.org

Vaikka on olemassa eukaryoottisia soluja ja prokaryoottisia soluja, jotka ovat sytosoliseen organisaatioonsa pohjimmiltaan erilaisia, riippumatta siitä, mitä solu mielessä on, kaikissa on poikkeuksetta desoksiribonukleiinihappo (DNA) sisällä, molekyyli, jossa on " solun rakenteelliset, morfologiset ja toiminnalliset tasot ”.

sytosoliin

Kaavio eläinsolusta ja sen osista. Sytosolin nimi on alaosassa. (Lähde: Alejandro Porto Wikimedia Commonsin kautta)

Eukaryoottisoluissa on erikoistuneita organelleja sytosolissaan erilaisille toiminnoille, jotka edistävät niiden elintärkeitä prosesseja. Nämä organelit suorittavat energian tuotannon ravinnemateriaalista, monien soluproteiinien synteesin, pakkaamisen ja kuljetuksen sekä suurten hiukkasten tuonnin ja sulamisen.

sytoskeletonia

Soluissa on sisäinen sytoskeleton, joka ylläpitää muotoa, ohjaa proteiinien ja niitä käyttävien organelien liikkumista ja kuljetusta sekä auttaa koko solun liikkumisessa tai siirtymisessä.

Yksisoluiset ja monisoluiset organismit

On yksisoluisia ja monisoluisia organismeja (joiden solumäärä on hyvin vaihteleva). Solubiologiatutkimuksissa keskitytään yleensä "malli" -organismeihin, jotka on määritelty solutyypin (prokaryootit tai eukaryootit) ja organismityypin (bakteerit, eläimet tai kasvit) mukaan.

Geenit

Geenit ovat osa tietoa, jota koodaavat DNA-molekyylit, joita on kaikissa maan soluissa.

Ne eivät vain suorita toimintoja proteiinin sekvenssin määrittämiseen tarvittavan tiedon varastoinnissa ja kuljettamisessa, vaan myös suorittavat tärkeitä säätely- ja rakennetoimintoja.

Solubiologian sovellukset

Solubiologiassa on paljon sovelluksia esimerkiksi lääketieteen, bioteknologian ja ympäristön aloilla. Tässä on joitain sovelluksia:

Kromosomien fluoresoiva in situ -värjäys ja hybridisaatio (FISH) voivat havaita kromosomaaliset translokaatiot syöpäsoluissa.

DNA "sirun" mikromatriisitekniikka mahdollistaa hiivan geeniekspression hallinnan sen kasvun aikana. Tätä tekniikkaa on käytetty ymmärtämään ihmisen geenien ilmentymistä eri kudoksissa ja syöpäsoluissa.

Fluoresenssileimatut vasta-aineet, jotka ovat spesifisiä välituotefilamenttiproteiineja vastaan, tekevät mahdolliseksi tuntea kudoksen, josta kasvain on alkanut. Nämä tiedot auttavat lääkäriä valitsemaan sopivimman hoidon tuumorin torjumiseksi.

Vihreän fluoresoivan proteiinin (GFP) käyttö solujen paikallistamiseen kudoksessa. Yhdistelmä-DNA-tekniikkaa käyttämällä GFP-geeni viedään kokonaisen eläimen spesifisiin soluihin.

Tuoreimmat tutkimusesimerkit solubiologiassa

Kaksi esimerkkiä Nature Cell Biology Review -lehdessä julkaistuista artikkeleista valittiin. Nämä ovat seuraavat:

Epigeneettisen perinnön rooli eläimissä (Pérez ja Ben Lehner, 2019)

On havaittu, että muut molekyylit voivat genomisekvenssin lisäksi siirtää tietoa sukupolvien välillä. Tietoja voidaan muuttaa aiempien sukupolvien fysiologisissa ja ympäristöolosuhteissa.

Siksi DNA: ssa on tietoa, joka ei liity sekvenssiin (histonien kovalenttiset modifikaatiot, DNA-metylaatio, pienet RNA: t) ja genomista (mikrobiomeista) riippumaton tieto.

Nisäkkäissä aliravitsemus tai hyvä ravitsemus vaikuttaa jälkeläisten glukoosimetaboliaan. Isän vaikutukset eivät aina ole sukusolujen välittämiä, mutta ne voivat toimia epäsuorasti äidin kautta.

Bakteerit voidaan periä äidin kautta synnytystietokannan tai imetyksen kautta. Hiirissä vähäkuituinen ruokavalio tuottaa mikrobiomin taksonomisen monimuotoisuuden vähenemisen sukupolvien ajan. Lopulta tapahtuu mikro-organismien alaryhmien sukupuuttoon sukupuuttoon.

Kromatiinisäätely ja syöpähoito (Valencia ja Kadoch, 2019)

Tällä hetkellä tunnetaan mekanismit, jotka hallitsevat kromatiinin rakennetta ja sen roolia taudissa. Tässä prosessissa on ollut avainta tekniikoiden kehittämiseen, jotka mahdollistavat onkogeenisten geenien ilmentymisen tunnistamisen ja terapeuttisten kohteiden löytämisen.

Jotkut käytetyistä tekniikoista ovat kromatiinin immuunisaostuksia, mitä seuraa sekvensointi (ChIP-sekvenssi), RNA-sekvensointi (RNA-sekvenssi), kromatiinille siirrettävissä oleva määritys sekvensointia käyttämällä (ATAC-seq).

CRISPR-Cas9-tekniikan ja RNA-häiriöiden käyttö on tulevaisuudessa merkitystä syöpähoitojen kehittämisessä.

Viitteet

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ja Walter, P. (2013). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, ja Hyams, JS (2011). Solubiologia: lyhyt kurssi. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM, ja Hausman, RE (2004). Solu: Molekyylinen lähestymistapa. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molekyylisolubiologia, 4. painos. Kansallinen bioteknologiatietokeskus, kirjahylly.
5. Solomon, EP, Berg, LR, ja Martin, DW (2011). Biologia (9. painos). Brooks / Cole, Cengage-oppiminen: Yhdysvallat.