Biologia celular: história, que estudos, aplicações e exemplos

A biologia celular é um ramo das ciências biológicas que se concentra na elucidação da estrutura, função e propriedades de células que fazem parte dos organismos vivos. Toda a sua pesquisa é baseada na célula como unidade fundamental da vida.

Naturalmente, o estudo das células permite uma compreensão mais profunda e detalhada dos seres vivos, uma vez que se concentra em seus blocos estruturais. Os primórdios da biologia celular datam de quase três séculos. Um dos eventos mais destacados foi a invenção do microscópio, que serviu para apontar a existência da célula.

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Fonte: pixabay.com

Os atuais avanços técnicos e metodológicos alcançaram um crescimento exponencial na área da biologia celular. A invenção da microscopia de ponta permite visualizar em grande detalhe os compartimentos internos das células, facilitando bastante o estudo nesse nível.

Atualmente, há um número significativo de biólogos que concentram sua atenção no campo da biologia celular, aumentando o conhecimento nesse campo e extrapolando-o para a área da medicina.

História da biologia celular

O estudo da célula começou há mais de 350 anos atrás. Sua evolução foi dividida em quatro períodos, a saber: i) o final do século XVII e a maior parte do século XVIII; ii) século XIX; iii) metade do século XX; e iv) da década de 1980 até o presente. Cada um desses períodos é brevemente descrito abaixo.

Primeiras observações de seres vivos usando o microscópio

Os primeiros avanços no ramo da biologia celular ocorreram no final do século XVII e na maior parte do século XVIII. A invenção do microscópio teve um papel fundamental na observação de seres vivos. Microscópios expandiram a capacidade visual do ser humano várias vezes.

Robert Hooke publicou em 1665 um artigo intitulado Micrographia , no qual descreveu a estrutura do milho e cunhou o termo “célula” para unidades microscópicas que fazem parte desta planta. Hooke usou a palavra célula (do latim: cella, sala pequena) para se referir às grossas paredes das células mortas de milho.

Depois disso, Antony van Leeuwenhock (1674) observou células vivas e as chamou de ” animais” .

Desenvolvimento da teoria celular

No século XIX, o uso do microscópio óptico primitivo tornou possível o nascimento da teoria celular.

O botânico Matthias Jacob Schleiden (1838) provou que a unidade básica de todos os tecidos vegetais é a célula. Da mesma forma, o zoólogo Theodor Schwann (1839) provou o mesmo, mas confiando em observações em tecidos de animais.

Robert Brown (1831) observou que todas as células vegetais continham uma estrutura redonda chamada núcleo. Mais tarde, Rudolf Virchow (1855) expandiu a teoria celular com o aforismo latino ” omnis cellula e cellula “, que significa: toda célula surge de outra célula pré-existente.

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Julius Friedrich Cohnheim (1875), um estudante de Virchow, propôs que as células tumorais venham de “células embrionárias remanescentes” que permanecem inativas até que acordem. Este é um exemplo do papel da célula na origem de uma doença.

Santiago Ramón y Cajal (1881) e outros fisiologistas desenvolveram um método de coloração, que nos permitiu observar a estrutura dos neurônios e a organização do tecido nervoso. Os estudos de Cajal basearam os conceitos básicos da neurociência moderna.

A era da microscopia eletrônica

Em meados do século XX, a microscopia eletrônica na observação de células teve um papel proeminente no desenvolvimento da biologia celular.

O microscópio óptico distingue objetos separados por no máximo 0,2 µm, enquanto o microscópio eletrônico de transmissão distingue até 0,1 nm. Por esse motivo, a microscopia eletrônica teve um papel fundamental na observação mais detalhada das células.

Graças a essas novas tecnologias, Christian de Duve (1950) descobriu lisossomos logo após os peroxissomos. George Palade (1952) introduziu o uso de tetraóxido de ósmio para fixar amostras biológicas. Isso permitiu uma melhor penetração na ultra estrutura da célula

Palade e Sjöstrand descreveram a ultra estrutura das mitocôndrias. Huxley mostrou que o músculo contém filamentos de proteínas, que é a primeira evidência de um citoesqueleto.

Marie Felix, por microscopia eletrônica, mostrou que o aparelho de Golgi é composto de sacos achatados e vesículas grandes e pequenas.

Da década de 1980 até o presente

Hoje houve uma unificação de diferentes disciplinas da ciência: a combinação de genética e bioquímica produziu um rápido crescimento no conhecimento da biologia celular. Além disso, a união da teoria celular e da teoria da evolução nos permitiu formar um conceito mais geral de vida.

O que estuda biologia celular? (Objeto de estudo)

O tema central da biologia celular – como o nome indica – é entender o funcionamento, a estrutura e as propriedades das células vivas.

Dessa maneira, a biologia celular moderna abrange uma ampla diversidade de tópicos. Alguns dos tópicos de pesquisa mais destacados, nas últimas três décadas, são os seguintes:

  • Biomembranas e sua organização em eucariotos.
  • Biogênese de organelas e secreção de proteínas.
  • Transporte através da membrana central através de complexos nucleares.
  • Transporte através da membrana celular.
  • Domínios de membranas nas vias endocítica e secretora.
  • Transporte de vesículas através do aparelho de Golgi e o papel das proteínas na formação e fusão de vesículas.
  • Transporte de lisossomos. Transporte através da membrana do lisossomo. Papel dos lisossomos nas doenças.
  • Mecanismos moleculares do trânsito vesicular.
  • Controle genético no desenvolvimento.
  • Papel dos microfilamentos e microtúbulos na motilidade celular e mitose.
  • Morte celular programada (apoptose). Regulamento
  • Regulação do ciclo celular em eucariotos.
  • Vias de sinalização intracelular, papel de hormônios e receptores.
  • Teoria Endossimbiótica Evolução de plastídios e mitocôndrias.
  • Adesão e comunicação intercelular.
  • Interações entre células e matriz extracelular.
  • Interações celulares no desenvolvimento de embriões de vertebrados.
  • Proliferação celular e mutações oncogênicas.
  • Crescimento neuronal Controle de crescimento Mapas topográficos
  • Desenvolvimento embrionário em organismos vertebrados e invertebrados.
  • Organogênese
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Aplicações da biologia celular

Existem muitas aplicações da biologia celular em áreas como medicina, biotecnologia e meio ambiente. Abaixo estão algumas aplicações:

A coloração e a hibridização in situ por fluorescência (FISH) dos cromossomos permitem a detecção de translocações cromossômicas em células cancerígenas.

A tecnologia das microdisposições do “chip” do DNA permite conhecer o controle da expressão do gene da levedura durante o seu crescimento. Esta tecnologia tem sido usada para conhecer a expressão de genes humanos em diferentes tecidos e células cancerígenas.

Anticorpos marcados com fluorescência, específicos contra proteínas de filamentos intermediários, tornam possível conhecer o tecido de onde se originou um tumor. Esta informação ajuda o médico a escolher o tratamento mais adequado para combater o tumor.

Uso de proteína verde fluorescente (GFP) para localizar células dentro de um tecido. Através da tecnologia de DNA recombinante, o gene GFP é introduzido em células específicas de um animal completo.

Exemplos de pesquisas recentes em biologia celular

Dois exemplos de artigos publicados na revista Nature Cell Biology Review foram escolhidos. Estes são os seguintes:

Papel da herança epigenética em animais (Pérez e Ben Lehner, 2019)

Foi descoberto que outras moléculas, além da sequência do genoma, podem transferir informações entre gerações. Esta informação pode ser modificada pelas condições fisiológicas e ambientais das gerações anteriores.

Assim, há informações no DNA não associadas à sequência (modificações covalentes de histonas, metilação do DNA, RNA pequeno) e informações independentes do genoma (microbioma).

Nos mamíferos, a desnutrição ou a boa nutrição afeta o metabolismo da glicose da prole. Os efeitos parentais nem sempre são mediados pelos gametas, mas podem agir indiretamente através da mãe.

As bactérias podem ser herdadas pela mãe através do canal de nascimento ou amamentação. Nos ratos, uma dieta pobre em fibras produz uma diminuição da diversidade taxonômica do microbioma ao longo das gerações. Eventualmente, ocorre a extinção de subpopulações de microorganismos.

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Regulação da cromatina e terapia do câncer (Valencia e Kadoch, 2019).

Os mecanismos que governam a estrutura da cromatina e seu papel nas doenças são atualmente conhecidos. Nesse processo, o desenvolvimento de técnicas que identificam a expressão de genes oncogênicos e a descoberta de alvos terapêuticos tem sido fundamental.

Algumas das técnicas utilizadas são a imunoprecipitação da cromatina, seguida de sequenciamento (ChIP-seq), sequenciamento de RNA (RNA-seq), ensaio transpoaccessível de cromatina usando sequenciamento (ATAC-seq).

No futuro, o uso da tecnologia CRISPR – Cas9 e a interferência do RNA terão um papel no desenvolvimento de terapias contra o câncer.

Referências

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