La biologie cellulaire (anciennement appelée cytologie) est une discipline scientifique qui étudie les cellules, du point de vue structural et fonctionnel, et les utilise pour des applications en biotechnologie.
Présentation Elle s'intéresse à l'écosystème cellulaire, c'est-à-dire à l'équilibre dynamique et autorégulé des fonctions cellulaires, dans un contexte normal ou perturbé. Le champ de la biologie cellulaire concerne une multitude de réactions chimiques coordonnées et de mécanismes fins de régulation entre des millions de constituants micro et nanoscopiques. Ces constituants assurent durablement l'architecture et le fonctionnement de la celluleJoël de Rosnay, « The Macroscope » sur Principia Cybernetica Web.
La pratique de la biologie cellulaire implique aussi bien la mise en œuvre de techniques simples, artisanales, que de techniques complexes du point de vue des procédés et des équipements. Selon la nature de l'élément cellulaire étudié (par exemple : ADN, ARN, protéine, complexe protéique, métabolite, organite, membrane…) et selon les fonctions cellulaires analysées (déplacement, métabolisme, morphologie, activité enzymatique, voie de signalisation, santé cellulaire…) différentes techniques sont choisies.
La connaissance grandissante en biologie (en parallèle d'avancées technologiques spectaculaires) associe aujourd'hui, et même parfois confond, les notions de biologie cellulaire et de biologie moléculaire, réunies alors dans l'expression « biologie cellulaire et moléculaire ».
Histoire Avant la période de la Renaissance, il était difficile d'imaginer l'existence d'organismes vivants trop petits pour être vus à l’œil nu, ou de croire qu'ils pouvaient porter atteinte à des hôtes de grande taille, tout comme il était difficile d'imaginer que les êtres vivants puissent être composés de cellules. De manière générale, l'existence de micro-organismes a été niée jusqu'en 1677 lorsqu'ils furent vus et décrits par Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723), un marchand de draps à Delft (Pays-Bas), qui n'avait aucune formation scientifique mais une grande patience et une grande curiosité. Il réussit à obtenir de forts grossissements (X 300) grâce à un microscope simple composé d'une seule petite lentille presque sphérique. Dans ses lettres publiées par The Royal Society of London, il décrivait un tout nouveau monde, auparavant invisible, comprenant des « animalcules » (reconnus maintenant comme bactéries et protozoaires) dont la mobilité montrait qu'ils étaient vivants.
D'autre part, la cellule fut découverte par l'Anglais Robert Hooke (1635-1703) en 1665. Il observa des fines tranches de liège à l'aide d'un simple verre grossissant et remarqua ainsi sa structure en petites. Il nomma ces cases cellula, car elles lui faisaient penser à des cellules de moines. Le terme, à la base latin, donna cell en anglais et cellule en français. Les cellules qu'observa Robert Hooke étaient des cellules mortes et vidées de leur contenu.
+ Histoire des découvertes et du vocabulaire des divisions des cellules eucaryotes Chercheur Vie Découverte Organisme Mot nouveau Année Ville Robert Brown 1773-1858mouvement brownien noyau cellulairevégétauxnucleus1827 1831Londres Matthias Schleiden 1804-1881Théorie cellulaire, division du noyau l'embryon vient d'une cellulevégétaux1838Iéna Theodor Schwann 1810-1882Théorie cellulaire, division du noyau l'œuf, cellule initiale de l'embryonanimauxmétabolisme1837 1839Berlin Karl Bogislaus Reichert 1811-18834 spermatozoïdes pour 1 spermatogonienématodeaster1849Breslau Rudolf Virchow1821-1902omnis cellula e cellula1855Wurtzbourg Hermann Munk1839-19124 spermatozoïdes pour 1 spermatogonieascaride1858Berlin Albert von Kölliker1817-1905Développement des techniques d'histologiecytoplasme1863Wurzbourg Rudolf Leuckart1822-18984 spermatozoïdes pour 1 spermatogonienématodeLeipzigOtto Bütschli1848-1920mitose, fécondationnématodeFuseau de direction1875Heidelberg Eduard Strasburger1844-1912méiosegymnospermes1875Iéna Oscar Hertwig1859-1932fécondationoursinspermakern, eikern1876Berlin Hermann Fol1845-1892pénétration du spermatozoïde dans l'ovocyteétoile de meramphiaster de rebut1879Genève Walther Flemming1843-1905mitosesalamandrechromatine mitose1878-1882Kiel August Weismann1834-1914non héritabilité des caractères acquisoursinplasma germinatif lignée germinale1880 1892Fribourg-en-Brisgau Edouard van Beneden1846-1910description de la méiose de l'ovocyte et du spermatocytelapin ascaridepronucleus mâle et pronucleus femelle1875 1883-1887Liège Theodor Boveri1862-1915théorie chromosomique de l'héréditéascaride oursin1885-1890 1891-1910Munich Wurzbourg Heinrich Waldeyer1836-1921chromosome1888Berlin Hans de Winiwarter1875-1949mécanismes de la méiosemammifères1901-1909Liège John E. S. Moore with J.B. Farmer1870-1947 ?synapsis méiose1892 1905Londres Edmund Beecher Wilson Nettie Stevens1856-1939 1861-1912Détermination du sexe par les chromosomes XYhomme insecte1905New York Washington Thomas Hunt Morgan1866-1945recombinaison génétiquedrosophilecrossover1911New York
La biologie cellulaire était apparue avec l'invention du premier microscope optique (photonique) par Antoni van Leeuwenhoek.
L'étude des microorganismes (dont les bactéries) ne devint réellement accessible qu'avec le développement d'un microscope optique composé (multilentilles) efficace vers les années 1825.
Rudolf Virchow (1821-1902), physiologiste allemand est l'auteur de l'adage « omni cellula e cellula », ou comme il le publie en 1858 dans Cellularpathologie « Là où apparaît une cellule, il doit y avoir eu une autre cellule auparavant ». « Tout animal apparaît comme la somme d'unités vitales dont chacune porte en elle tous les caractères de la vie. »
La cellule est donc une enceinte séparée de l'extérieur par une membrane capable de filtrer sélectivement les échanges.
Jusqu'au , les organismes vivants étaient classés comme animaux ou végétaux selon des différences évidentes de forme et de constitution, qui dérivent de différences fondamentales dans leur mode de nutrition.
Techniques utilisées Selon la structure cellulaire observée et la fonction cellulaire étudiée, des procédures et des matériels très variés sont employés :
Pour la culture cellulaire : milieux de culture, contenants, incubateurs, systèmes de régulation des paramètres physico-chimiques du milieu, surfaces en contact avec les cellules, cultures adhérentes et en suspensionCulture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, R. Ian Freshney, publié par Alan R.Liss, Inc, Seconde Édition 1987…
Pour l'analyse de l'ADN : purification, southern blot, PCR, cytogénétique, puce à ADN (biopuce)…
Pour l'analyse de l'ARN : purification, northern blot, RT-PCR, RT-qPCR, transcription in vitro, ARN interférence, puce à ARN (transcriptomique), séquençage Sanger, séquençage à haut débit…
Pour l'analyse des protéines: purification, ELISA, immunohistochimie, western blot, co-immunoprécipitation…
thumb|Détection de la b-III tubuline par microscopie en fluorescence de neurones mammaliennes.
Pour l'analyse des métabolites : plusieurs techniques de séparation et de détection.
Pour l'analyse des organites : purification, immunohistochimie, essais enzymatiques…
Pour l'analyse des membranes : purification, techniques spécifiques des fonctions associées (ex. patch-clamp).
Pour l'analyse du déplacement (migration, invasion, adhésion, haptotaxie…) : tests spécifiques utilisant souvent la microscopie.
Pour l'analyse de la santé cellulaire (cycle cellulaire, cytotoxicité, apoptose, génotoxicité, sénescence, stress oxydant…) : nombreux tests spécifiques.
Différents types de microscopes et de cytomètres sont utilisés pour l'analyse de la quasi-totalité des structures cellulaires listées précédemment.
Par ailleurs, d'autres techniques du domaine de l'ingénierie cellulaireAnimal Cell Biotechnology, Methods and Protocols, édité par Nigel Jenkins, Humana Press peuvent être mises à profit en Biologie Cellulaire : ADN recombinant, mutagenèse, transfert de gènes, gène rapporteur, transfert de protéines, etc.
Notes et références
Voir aussi
Articles connexes Biologie moléculaire Mécanique cellulaire Membrane plasmique - Membrane (biologie) Mitose - Méiose Autophagie Institute for Advanced Biosciences
Liens externes
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