- ประวัติชีววิทยาของเซลล์
- คุณเรียนอะไร? (วัตถุประสงค์ของการศึกษา)
- แนวคิดสำคัญทางชีววิทยาของเซลล์
- เซลล์
- ดีเอ็นเอ
- เซลล์
- โครงร่าง
- สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์
- ยีน
- การประยุกต์ใช้ชีววิทยาของเซลล์
- ตัวอย่างการวิจัยล่าสุดทางชีววิทยาของเซลล์
- บทบาทของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในสัตว์ (Pérez and Ben Lehner, 2019)
- การควบคุมโครมาตินและการบำบัดมะเร็ง (วาเลนเซียและคาโดค 2019)
- อ้างอิง
เซลล์ชีววิทยาเป็นสาขาของชีววิทยาที่ศึกษาทุกด้านของชีวิตเซลล์ นั่นคือด้วยโครงสร้างหน้าที่วิวัฒนาการและพฤติกรรมของเซลล์ที่ประกอบกันเป็นสิ่งมีชีวิตบนโลก กล่าวอีกนัยหนึ่งคือทุกสิ่งที่มีอยู่ในการเกิดชีวิตและความตายของเขา
เป็นศาสตร์ที่รวมองค์ความรู้จำนวนมากเข้าด้วยกัน ได้แก่ ชีวเคมีชีวฟิสิกส์อณูชีววิทยาวิทยาศาสตร์การคำนวณชีววิทยาพัฒนาการและพฤติกรรมและชีววิทยาวิวัฒนาการซึ่งแต่ละอย่างมีแนวทางของตนเองและ กลยุทธ์การทดลองของตนเองเพื่อตอบคำถามเฉพาะ
ภาพเงาของกล้องจุลทรรศน์ (ที่มา: Karen Arnold จาก Wikimedia Commons)
เนื่องจากทฤษฎีเซลล์ระบุว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ชีววิทยาของเซลล์จึงไม่แยกความแตกต่างระหว่างสัตว์พืชแบคทีเรียอาร์เคียสาหร่ายหรือเชื้อราและสามารถมุ่งเน้นไปที่แต่ละเซลล์หรือในเซลล์ที่เป็นเนื้อเยื่อและอวัยวะของ บุคคลหลายเซลล์เดียวกัน
ดังนั้นเนื่องจากเป็นวิทยาศาสตร์การทดลอง (แทนที่จะเป็นเชิงพรรณนา) การวิจัยในสาขาชีววิทยานี้จึงขึ้นอยู่กับวิธีการที่มีอยู่สำหรับการศึกษาโครงสร้างพิเศษของเซลล์และหน้าที่ของมัน (กล้องจุลทรรศน์การหมุนเหวี่ยงการเพาะเลี้ยง ในหลอดทดลอง ฯลฯ )
ประวัติชีววิทยาของเซลล์
ผู้เขียนบางคนคิดว่าการกำเนิดของชีววิทยาของเซลล์เกิดขึ้นพร้อมกับการถือกำเนิดของทฤษฎีเซลล์ที่เสนอโดย Schleiden และ Schwann ในปี 1839
อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าเซลล์ได้รับการอธิบายและศึกษาเมื่อหลายปีก่อนโดยเริ่มจากการค้นพบครั้งแรกของ Robert Hooke ซึ่งในปี 1665 ได้เห็นเซลล์ที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อที่ตายแล้วของแผ่นไม้ก๊อกเป็นครั้งแรก และต่อด้วย Antoni van Leeuwenhoek ซึ่งหลายปีต่อมาได้สังเกตตัวอย่างด้วยจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันภายใต้กล้องจุลทรรศน์
ภาพเหมือนของ Robert Hooke (ที่มา: Gustav VH ผ่าน Wikimedia Commons)
หลังจากการทำงานของ Hooke, Leeuwenhoek Schleiden และ Schwann ผู้เขียนหลายคนยังอุทิศตนให้กับงานศึกษาเซลล์ซึ่งรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในและการทำงานของพวกมันได้รับการขัดเกลา: นิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอต, DNA และโครโมโซมไมโทคอนเดรียเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมกอลจิคอมเพล็กซ์เป็นต้น
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 สาขาชีววิทยาระดับโมเลกุลมีความก้าวหน้าอย่างมาก สิ่งนี้มีอิทธิพลต่อความจริงที่ว่าในช่วงทศวรรษ 1950 ชีววิทยาของเซลล์ยังมีการเติบโตอย่างมากเนื่องจากในช่วงหลายปีที่ผ่านมาสามารถรักษาและเพิ่มจำนวนเซลล์ในหลอดทดลองซึ่งแยกได้จากสิ่งมีชีวิต
ความก้าวหน้าในการใช้กล้องจุลทรรศน์การหมุนเหวี่ยงการสร้างอาหารเลี้ยงเชื้อการทำให้โปรตีนบริสุทธิ์การระบุและการจัดการสายพันธุ์ของเซลล์ที่กลายพันธุ์การทดลองกับโครโมโซมและกรดนิวคลีอิกซึ่งเป็นแบบอย่างสำหรับความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของชีววิทยาของเซลล์ไปสู่ ยุคปัจจุบัน.
คุณเรียนอะไร? (วัตถุประสงค์ของการศึกษา)
ชีววิทยาของเซลล์มีหน้าที่ในการศึกษาเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต เขาศึกษากระบวนการก่อตัวชีวิตและความตายของเขา โดยปกติแล้วจะสามารถมุ่งเน้นไปที่กลไกการส่งสัญญาณและโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ตลอดจนการจัดระเบียบของโครงร่างโครงร่างและขั้วของเซลล์
นอกจากนี้ยังศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยานั่นคือกลไกที่อธิบายว่าเซลล์มีการพัฒนาทางสัณฐานวิทยาอย่างไรและเซลล์ที่ "เจริญเติบโต" และเปลี่ยนแปลงไปตลอดชีวิตเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป
เซลล์ยีสต์ชนิด Saccharomyces cerevisiae
ชีววิทยาของเซลล์รวมถึงหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่และการเผาผลาญพลังงานตลอดจนพลวัตและการเกิดทางชีวภาพของออร์แกเนลล์ภายในในกรณีของเซลล์ยูคาริโอต (นิวเคลียส, เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม, กอลจิคอมเพล็กซ์, ไมโทคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์, ไลโซโซมเพอรอกซิโซมไกลโคโซมแวคิวโอลไกลออกซิโซม ฯลฯ )
นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการศึกษาจีโนมองค์กรและฟังก์ชันนิวเคลียร์โดยทั่วไป
ในชีววิทยาของเซลล์จะมีการศึกษารูปร่างขนาดและหน้าที่ของเซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดตลอดจนกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์เหล่านี้และปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของเซลล์ (และตำแหน่งที่อยู่ใต้เซลล์) และ เซลล์ที่มีสภาพแวดล้อม
แนวคิดสำคัญทางชีววิทยาของเซลล์
ภาพประกอบการแบ่งเซลล์ ที่มา: pixabay.com
การเข้าสู่สาขาชีววิทยาของเซลล์เป็นงานง่ายๆเมื่อคำนึงถึงความรู้พื้นฐานหรือแนวคิดที่สำคัญเนื่องจากด้วยสิ่งเหล่านี้และด้วยการใช้เหตุผลจึงเป็นไปได้ที่จะเข้าใจในเชิงลึกของโลกที่ซับซ้อนของเซลล์
เซลล์
โครงร่างของเซลล์สองประเภทในธรรมชาติ: ยูคาริโอตและโปรคาริโอต มีการแสดงชิ้นส่วนหลักซึ่งแสดงความแตกต่างระหว่างกัน (ที่มา: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่องให้ใช้ Mortadelo2005 สันนิษฐานว่า (อ้างอิงจากการอ้างลิขสิทธิ์) ผ่าน Wikimedia Commons)
ในบรรดาแนวคิดพื้นฐานที่ต้องนำมาพิจารณาในภาพพาโนรามาคือความคิดที่ว่าเซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของชีวิตนั่นคือพวกมันเป็น "บล็อก" ที่อนุญาตให้สร้างสิ่งมีชีวิตที่เราสามารถเรียกว่า "มีชีวิต" และทั้งหมด พวกมันถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อมนอกเซลล์เนื่องจากมีเมมเบรน
โดยไม่คำนึงถึงขนาดรูปร่างหรือหน้าที่ในเนื้อเยื่อที่เฉพาะเจาะจงเซลล์ทั้งหมดทำหน้าที่พื้นฐานเดียวกันกับลักษณะของสิ่งมีชีวิต: พวกมันเติบโตกินอาหารมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและสืบพันธุ์
ดีเอ็นเอ
โมเลกุลของดีเอ็นเอ ที่มา: wikipedia.org
แม้ว่าจะมีเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์โปรคาริโอตซึ่งมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานเมื่อเทียบกับองค์กรไซโตโซลิกของพวกมันเซลล์ใดก็ตามที่มีอยู่ในใจทั้งหมดไม่มีข้อยกเว้นจะมีกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) อยู่ภายในซึ่งเป็นโมเลกุลที่เป็นที่อยู่อาศัย " ระนาบโครงสร้างสัณฐานวิทยาและการทำงาน” ของเซลล์
เซลล์
แผนภาพของเซลล์สัตว์และส่วนต่างๆ ไซโตซอลมีชื่ออยู่ที่ด้านล่าง (ที่มา: Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons)
เซลล์ยูคาริโอตมีออร์แกเนลล์พิเศษในไซโตซอลสำหรับการทำงานที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่กระบวนการที่สำคัญ ออร์แกเนลล์เหล่านี้ดำเนินการผลิตพลังงานจากวัสดุที่มีคุณค่าทางโภชนาการการสังเคราะห์บรรจุภัณฑ์และการขนส่งโปรตีนในเซลล์จำนวนมากรวมถึงการนำเข้าและย่อยอนุภาคขนาดใหญ่
โครงร่าง
เซลล์มีโครงกระดูกภายในที่รักษารูปร่างกำกับการเคลื่อนไหวและขนส่งโปรตีนและออร์แกเนลล์ที่ใช้รวมทั้งช่วยในการเคลื่อนที่หรือการเคลื่อนย้ายของเซลล์ทั้งหมด
สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์
มีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและหลายเซลล์ (ซึ่งจำนวนเซลล์มีความแปรปรวนสูง) การศึกษาชีววิทยาของเซลล์มักมุ่งเน้นไปที่สิ่งมีชีวิต "แบบจำลอง" ซึ่งได้รับการกำหนดตามประเภทของเซลล์ (โปรคาริโอตหรือยูคาริโอต) และตามประเภทของสิ่งมีชีวิต (แบคทีเรียสัตว์หรือพืช)
ยีน
ยีนเป็นส่วนหนึ่งของข้อมูลที่เข้ารหัสในโมเลกุลของดีเอ็นเอที่มีอยู่ในเซลล์ทั้งหมดบนโลก
สิ่งเหล่านี้ไม่เพียง แต่ทำหน้าที่ในการจัดเก็บและการขนส่งข้อมูลที่จำเป็นในการกำหนดลำดับของโปรตีน แต่ยังทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบและโครงสร้างที่สำคัญอีกด้วย
การประยุกต์ใช้ชีววิทยาของเซลล์
มีการประยุกต์ใช้ชีววิทยาของเซลล์เป็นจำนวนมากในสาขาต่างๆเช่นการแพทย์เทคโนโลยีชีวภาพและสิ่งแวดล้อม นี่คือแอปพลิเคชันบางส่วน:
การเรืองแสงในการย้อมสีและการผสมพันธุ์ (FISH) ของโครโมโซมสามารถตรวจจับการเปลี่ยนตำแหน่งของโครโมโซมในเซลล์มะเร็งได้
เทคโนโลยีไมโครเรย์ของดีเอ็นเอ "ชิป" ช่วยให้ทราบถึงการควบคุมการแสดงออกของยีนของยีสต์ในระหว่างการเจริญเติบโต เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจการแสดงออกของยีนของมนุษย์ในเนื้อเยื่อและเซลล์มะเร็งที่แตกต่างกัน
แอนติบอดีที่ติดฉลากเรืองแสงโดยเฉพาะกับโปรตีนเส้นใยระดับกลางทำให้สามารถทราบเนื้อเยื่อที่มาของเนื้องอกได้ ข้อมูลนี้ช่วยให้แพทย์เลือกวิธีการรักษาที่เหมาะสมที่สุดเพื่อต่อสู้กับเนื้องอก
การใช้โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) เพื่อ จำกัด เซลล์ภายในเนื้อเยื่อ ด้วยการใช้เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอยีน GFP จะถูกนำเข้าสู่เซลล์เฉพาะของสัตว์ที่สมบูรณ์
ตัวอย่างการวิจัยล่าสุดทางชีววิทยาของเซลล์
มีการเลือกตัวอย่างสองบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Cell Biology Review มีดังต่อไปนี้:
บทบาทของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในสัตว์ (Pérez and Ben Lehner, 2019)
มีการค้นพบว่าโมเลกุลอื่น ๆ นอกเหนือจากลำดับจีโนมสามารถถ่ายโอนข้อมูลระหว่างรุ่นได้ ข้อมูลนี้สามารถแก้ไขได้โดยสภาพทางสรีรวิทยาและสิ่งแวดล้อมของคนรุ่นก่อน
ดังนั้นจึงมีข้อมูลใน DNA ที่ไม่เกี่ยวข้องกับลำดับ (การปรับเปลี่ยนโควาเลนต์ของฮิสโตน, DNA methylation, RNAs ขนาดเล็ก) และข้อมูลที่เป็นอิสระจากจีโนม (microbiome)
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการขาดสารอาหารหรือโภชนาการที่ดีส่งผลต่อการเผาผลาญกลูโคสของลูกหลาน ผลกระทบของพ่อไม่ได้ถูกสื่อกลางโดย gametes เสมอไป แต่สามารถกระทำโดยอ้อมผ่านทางแม่
แบคทีเรียสามารถถ่ายทอดทางมารดาผ่านทางช่องคลอดหรือผ่านการให้นมบุตร ในหนูอาหารที่มีเส้นใยต่ำจะทำให้ความหลากหลายทางอนุกรมวิธานของไมโครไบโอมลดลงในช่วงหลายชั่วอายุคน ในที่สุดการสูญพันธุ์ของประชากรย่อยก็เกิดขึ้น
การควบคุมโครมาตินและการบำบัดมะเร็ง (วาเลนเซียและคาโดค 2019)
ปัจจุบันกลไกที่ควบคุมโครงสร้างของโครมาตินและบทบาทในการเกิดโรคเป็นที่ทราบกันดีว่า ในกระบวนการนี้การพัฒนาเทคนิคที่อนุญาตให้ระบุการแสดงออกของยีนที่ก่อมะเร็งและการค้นพบเป้าหมายในการรักษาเป็นกุญแจสำคัญ
เทคนิคบางอย่างที่ใช้ ได้แก่ การกระตุ้นภูมิคุ้มกันของโครมาตินตามด้วย sequencing (ChIP-seq), RNA sequencing (RNA-seq), transpoaccessible chromatin assay โดยใช้ sequencing (ATAC-seq)
ในอนาคตการใช้เทคโนโลยี CRISPR - Cas9 และการรบกวน RNA จะมีส่วนในการพัฒนาการรักษามะเร็ง
อ้างอิง
- Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2013) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
- Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011) ชีววิทยาของเซลล์: หลักสูตรระยะสั้น John Wiley & Sons
- Cooper, GM และ Hausman, RE (2004) เซลล์: วิธีการระดับโมเลกุล เมดิซินสกานาคลดา.
- Lodish, H. , Berk, A. , Zipursky, SL, Matsudaira, P. , Baltimore, D. , & Darnell, J. (2000) อณูชีววิทยาเซลล์พิมพ์ครั้งที่ 4. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติชั้นวางหนังสือ
- Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011) ชีววิทยา (ฉบับที่ 9) Brooks / Cole, Cengage Learning: สหรัฐอเมริกา