細胞生物学：歴史、研究対象、アプリケーション、コンセプト - 生物学 - 2025

細胞生物学は、細胞の生命のあらゆる側面を研究する生物学のブランチです。つまり、地球上の生き物を構成する細胞の構造、機能、進化、振る舞いとともに。つまり、彼の誕生、生、死に内在するすべてのものです。

これは、生化学、生物物理学、分子生物学、計算科学、発生生物学および行動生物学、進化生物学が際立っており、それぞれが独自のアプローチと特定の質問に答えるための独自の実験戦略。

顕微鏡のシルエット（出典：Karen Arnold、Wikimedia Commons経由）

細胞理論はすべての生物は細胞で構成されていると述べているため、細胞生物学は動物、植物、細菌、古細菌、藻類または真菌を区別せず、個々の細胞または組織や臓器に属する細胞に焦点を当てることができます同じ多細胞個体。

したがって、それは（説明的というよりは）実験科学であるため、この生物学の分野での研究は、細胞の超微細構造とその機能（顕微鏡法、遠心分離、培養）の研究に利用できる方法に依存しますin vitroなど）

細胞生物学の歴史

一部の著者は、細胞生物学の誕生は1839年にシュライデンとシュヴァンによって提案された細胞理論の出現で起こったと考えています。

ただし、細胞は、1665年にコルクシートの死んだ組織を構成する細胞を初めて見たRobert Hookeの最初の発見から始まって、何年も前に説明および研究されたことを考慮することが重要です。そして、Antoni van Leeuwenhoekは、数年後にさまざまな微生物のサンプルを顕微鏡で観察しました。

ロバート・フックの肖像（出典：グスタフVH、ウィキメディア・コモンズ経由）

Hooke、Leeuwenhoek Schleiden、Schwannの研究の後、多くの著者は細胞の研究に専念し、それらの内部構造と機能に関する詳細が洗練されました：真核細胞の核、DNA染色体、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ複合体など

20世紀半ば、分子生物学の分野はかなり進歩しました。これは、1950年代に細胞生物学もかなりの成長を遂げたという事実に影響を及ぼしました。なぜなら、それらの年では、生体から分離された細胞をin vitroで維持および増殖することが可能だったからです。

顕微鏡、遠心分離、培養液の調製、タンパク質精製、変異細胞株の同定と操作、染色体や核酸を用いた実験などの進歩は、細胞生物学の急速な進歩の先例となりました。現在の時代。

あなたは何を勉強してますか？（調査対象）

細胞生物学は原核細胞と真核細胞の研究を担当しています。彼は彼の形成、彼の人生と彼の死の過程を研究しています。それは通常、シグナル伝達機構と細胞膜の構造、ならびに細胞骨格と細胞極性の組織化に焦点を当てることができます。

また、形態形成、つまり、細胞がどのように形態学的に発達するのか、そして「成熟」して生涯にわたって変化する細胞が時間とともにどのように変化するのかを説明するメカニズムも研究しています。

Saccharomyces cerevisiae種の酵母細胞。

細胞生物学には、真核細胞（核、小胞体、ゴルジ複合体、ミトコンドリア、葉緑体、リソソーム、ペルオキシソーム、グリコソーム、液胞、グリオキシソームなど）。

また、ゲノム、その組織、核機能全般の研究も含みます。

細胞生物学では、すべての生物を構成する細胞の形状、サイズ、機能、および細胞内で発生する化学プロセスと、それらの細胞質成分（およびその細胞内位置）間の相互作用が研究されています。細胞とその環境。

細胞生物学における重要な概念

細胞分裂のイラスト。出典：pixabay.com

細胞生物学の分野に入るのは、いくつかの基本的な知識や重要な概念を考慮に入れると簡単な作業です。なぜなら、これらを使用すると、理由を使用して、細胞の複雑な世界を深く理解することができるからです。

細胞

自然界の2種類の細胞のスキーム：真核生物と原核生物。主な部分が示され、それらの違いを示しています（出典：機械可読の著者は提供されていません。Mortadelo2005が想定されています（著作権の主張に基づく）。WikimediaCommons経由）

パノラマで考慮しなければならない基本的な概念の1つは、細胞は生命の基本単位であるという概念です。それらは膜の存在のおかげで細胞外環境から分離されています。

特定の組織におけるそのサイズ、形状、または機能に関係なく、すべての細胞は、生物を特徴付ける同じ基本的な機能を実行します。つまり、成長、摂食、環境との相互作用、および生殖です。

DNA

DNA分子。出典：wikipedia.org

真核細胞と原核細胞があり、それらは細胞質ゾルの構成が根本的に異なりますが、どの細胞でも、例外なく、デオキシリボ核酸（DNA）を持っています。細胞の構造面、形態面、機能面。

サイトゾル

動物の細胞とその部分の図。細胞質ゾルは下部に名前が付けられています。（出典：ウィメディアコモンズ経由のアレハンドロポルト）

真核生物の細胞は、細胞質内に、その重要なプロセスに寄与するさまざまな機能のための特殊な細胞小器官を持っています。これらのオルガネラは、栄養素からのエネルギー生産、多くの細胞タンパク質の合成、パッケージング、輸送、そして大きな粒子の輸入と消化を行います。

細胞骨格

細胞は内部の細胞骨格を持ち、形状を維持し、タンパク質とそれらを使用する細胞小器官の移動と輸送を指示するだけでなく、細胞全体の移動や移動を支援します。

単細胞生物および多細胞生物

単細胞生物と多細胞生物があります（その細胞数は非常に多様です）。細胞生物学研究は通常、細胞のタイプ（原核生物または真核生物）と生物のタイプ（細菌、動物、植物）に応じて定義された「モデル」生物に焦点を当てています。

遺伝子

遺伝子は、地球上のすべての細胞に存在するDNA分子にコード化された情報の一部です。

これらは、タンパク質の配列を決定するために必要な情報の保存と輸送の機能を果たすだけでなく、重要な調節機能と構造機能も発揮します。

細胞生物学アプリケーション

医学、バイオテクノロジー、環境などの分野における細胞生物学のアプリケーションは多数あります。ここにいくつかのアプリケーションがあります：

染色体の蛍光in situ染色およびハイブリダイゼーション（FISH）は、がん細胞の染色体転座を検出できます。

DNA「チップ」のマイクロアレイ技術により、酵母の増殖中の遺伝子発現の制御を知ることができます。この技術は、さまざまな組織やがん細胞におけるヒト遺伝子の発現を理解するために使用されてきました。

中間フィラメントタンパク質に特異的な蛍光標識抗体により、腫瘍の由来組織を知ることができます。この情報は、医師が腫瘍と戦うための最も適切な治療法を選択するのに役立ちます。

組織内の細胞の位置を特定するための緑色蛍光タンパク質（GFP）の使用。組換えDNA技術を使用して、GFP遺伝子が完全な動物の特定の細胞に導入されます。

細胞生物学における最近の研究例

Nature Cell Biology Review誌に掲載された記事の2つの例が選択されました。これらは次のとおりです。

動物におけるエピジェネティックな遺伝の役割（ペレスとベン・レーナー、2019）

ゲノム配列に加えて、他の分子が世代間で情報を転送できることが発見されました。この情報は、前世代の生理学的および環境条件によって変更できます。

したがって、シーケンスに関連付けられていないDNAの情報（ヒストンの共有結合修飾、DNAメチル化、低分子RNA）とゲノムに依存しない情報（マイクロバイオーム）があります。

哺乳動物では、栄養失調または良好な栄養が子孫のグルコース代謝に影響を与えます。父方の影響は常に配偶子によって媒介されるわけではありませんが、母親を通じて間接的に作用する可能性があります。

細菌は、産道や母乳育児を通じて母親から受け継がれます。マウスでは、食物繊維が少ないと、世代を超えて微生物叢の分類学的多様性が低下します。最終的に、微生物の亜集団の絶滅が起こります。

クロマチン調節と癌治療（バレンシアとカドック、2019）

現在、クロマチンの構造と疾患におけるその役割を支配するメカニズムは知られています。このプロセスでは、発癌性遺伝子の発現を同定できる技術の開発と治療標的の発見が重要でした。

使用される手法には、クロマチン免疫沈降とそれに続くシーケンシング（ChIP-seq）、RNAシーケンシング（RNA-seq）、シーケンシングを使用したクロマチントランスアクセスアッセイ（ATAC-seq）などがあります。

将来的には、CRISPR – Cas9テクノロジーとRNA干渉の使用が癌治療の開発に役割を果たすでしょう。

参考文献

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