Biologie cellulaire

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Détection de filaments d'actine dans des cellules animales (immunofluorescence)

La biologie cellulaire est une discipline scientifique qui étudie les cellules, du point de vue structural et fonctionnel, et les utilise pour des applications en biotechnologie.

Elle s'intéresse à l'écosystème cellulaire, c'est-à-dire à l'équilibre dynamique et auto-régulé 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 cellule[1].

La pratique de la biologie cellulaire implique aussi bien la mise en œuvre de techniques simples, artisanales, que de technologies complexes du point de vue des procédés et des équipements. Selon la nature de l'élément cellulaire étudié (ex. 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 technologies sont choisies.

On notera que 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[modifier | modifier le code]

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 microorganismes 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. On peut noter que 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 1773-1858 mouvement brownien

noyau cellulaire

végétaux nucleus 1827

1831

Londres
Matthias Schleiden 1804-1881 Théorie cellulaire, division du noyau

l'embryon vient d'une cellule

végétaux 1838 Iéna
Theodor Schwann 1810-1882 Théorie cellulaire, division du noyau

l'oeuf, cellule initiale de l'embryon

animaux métabolisme 1837

1839

Berlin
Karl Bogislaus Reichert 1811-1883 4 spermatozoïdes

pour 1 spermatogonie

nématode aster 1849 Breslau
Rudolf Virchow 1821-1902 omnis cellula e cellula 1855 Wurtzbourg
Hermann Munk 1839-1912 4 spermatozoïdes

pour 1 spermatogonie

ascaride 1858 Berlin
Albert von Kölliker 1817-1905 Développement des

techniques d'histologie

cytoplasme 1863 Wurzbourg
Rudolf Leuckart 1822-1898 4 spermatozoïdes

pour 1 spermatogonie

nématode Leipzig
Otto Bütschli 1848-1920 mitose, fécondation nématode Fuseau de direction 1875 Heidelberg
Eduard Strasburger 1844-1912 méiose gymnospermes 1875 Iéna
Oscar Hertwig 1859-1932 fécondation oursin spermakern, eikern 1876 Berlin
Hermann Fol 1845-1892 pénétration du spermatozoïde

dans l'ovocyte

étoile de mer amphiaster de rebut 1879 Genève
Walther Flemming 1843-1905 mitose salamandre chromatine

mitose

1878-1882 Kiel
August Weismann 1834-1914 non héritabilité

des caractères acquis

oursin plasma germinatif

lignée germinale

1880

1892

Fribourg-en-Brisgau
Edouard van Beneden 1846-1910 description de la méiose

de l'ovocyte et du spermatocyte

lapin

ascaride

pronucleus mâle et

pronucleus femelle

1875

1883-1887

Liège
Theodor Boveri 1862-1915 théorie chromosomique de l'hérédité ascaride

oursin

1885-1890

1891-1910

Munich

Wurzbourg

Heinrich Waldeyer 1836-1921 chromosome 1888 Berlin
Hans de Winiwarter 1875-1949 mécanismes de la méiose mammifères 1901-1909 Liège
John E. S. Moore

with J.B. Farmer

1870-1947

?

synapsis

méiose

1892

1905

Londres
Edmund Beecher Wilson

Nettie Stevens

1856-1939

1861-1912

Détermination du sexe

par les chromosomes XY

homme

insecte

1905 New York

Washington

Thomas Hunt Morgan 1866-1945 recombinaison génétique drosophile crossover 1911 New York

La biologie cellulaire était née 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 XIXe siècle, 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.

Technologies utilisées[modifier | modifier le code]

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 suspension[2]

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)…

Pour l'analyse des protéines: purification, ELISA, immunohistochimie, western blot, co-immunoprécipitation…

Detection of b-III tubulin by fluorescence microscopy in mammalian cerebellum neurons

Pour l'analyse des métabolites : plusieurs technologies de séparation et de détection.

Pour l'analyse des organites : purification, immunohistochimie, essais enzymatiques…

Pour l'analyse des membranes : purification, technologies 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.

On notera que 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 technologies du domaine de l'ingénierie cellulaire[3] peuvent être mises à profit en Biologie Cellulaire : ADN recombinant, mutagenèse, transfert de gènes, gène rapporteur, transfert de protéines, etc.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Joël de Rosnay, « The Macroscope » sur Principia Cybernetica Web
  2. Culture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, R. Ian Freshney, publié par Alan R.Liss, Inc, Seconde Édition 1987
  3. Animal Cell Biotechnology, Methods and Protocols, édité par Nigel Jenkins, Humana Press

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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