Biologie cellulaire

La biologie cellulaire, ou cytologie, est une discipline de la biologie qui étudie les cellules et leurs organites, les processus vitaux qui s'y déroulent ainsi que les mécanismes permettant leur survie (reproduction, métabolisme, homéostasie, néguentropie, communication) sans oublier la caractéristique principale de la cellule vivante, à savoir, la mort, qui peut être programmée génétiquement (apoptose) ou être le résultat d'une agression (nécrose).

L'histologie est quant à elle l'étude des cellules à un niveau supérieur, c'est-à-dire de leurs agencements en tissus et de leurs interactions (jonctions étanches, d'ancrage, de communication, etc.).

L'étude du fonctionnement de la cellule n'entre pas dans le domaine de la biologie cellulaire. Il constitue un domaine séparé, la physiologie cellulaire.

Histoire

Il était difficile pour les gens d'imaginer l'existence d'organismes vivants trop petits pour être vus, ou de croire qu'ils pouvaient porter atteinte à des hôtes de grande taille. 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 (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.

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 XIX^e siècle, les organismes vivants étaient classés comme animaux ou végétaux selon des différences évidentes de forme et de constitution, qui décombent de différences fondamentales dans leur mode de nutrition.

Les animaux se nourrissent de substances organiques qui sont hydrolysées et absorbées au niveau du tractus intestinal à l'intérieur du corps. Le développement des animaux semble, en effet, avoir pour but la création de grandes surfaces internes absorbantes. Ce principe de construction s'applique à une grande gamme d'animaux, depuis les hydrozoaires jusqu'aux vertébrés supérieurs.

Les plantes sont construites sur un plan totalement différent. Elles synthétisent les substances nécessaires à leur croissance et à leur entretien à partir de matériaux inorganiques et utilisent comme source d'énergie, la lumière solaire. Les cellules et tissus photosynthétiquement actifs sont donc orientés vers l'extérieur et forment de grandes surfaces externes. D'autres différences générales entre les plantes (végétaux) et les animaux sont la présence de parois cellulaires, la capacité de mouvements actifs, de changement de position dans l'environnement, les aptitudes à synthétiser diverses substances, etc.

Cette distinction nette entre règnes végétal et animal est restée facile aussi longtemps qu'on a rien su ou presque des microorganismes. Même les champignons supérieurs, en dépit de leur nutrition (ils se nourrissent de matières organiques comme les animaux) et en dépit du fait qu'ils sont dépourvus de chlorophylle, pouvaient être inclus dans le règne végétal, partageant beaucoup d'autres propriétés avec les plantes supérieures.

Lorsqu'il a fallu rattacher les bactéries, les champignons muqueux ou myxocètes et autres organismes unicellulaires à l'un ou l'autre des deux règnes, les décisions se sont avérées beaucoup plus difficiles. Il fallut se résoudre à établir une troisième catégorie d'organismes vivants qui ont reçu le nom collectif de Protistes (formes de vie primaires ou archaïques) (Haëckel, 1866) : le règne des protistes contient les organismes qui se différencient des végétaux et des animaux par l'absence de spécialisation morphologique, la plupart d'entre eux étant unicellulaires.

Les protistes ont été subdivisés en deux groupes différenciés sur base de leur structure cellulaire. Les protistes inférieurs ou procaryotes (du grec: noyau primitif) ont une structure cellulaire différente de celle de tous les autres organismes : ce groupe inclut les bactéries, les cyanobactéries (algues bleues) et les rickettsies (parasites intracellulaires obligés). Les protistes supérieurs ou eucaryotes (du grec : noyau vrai) ressemblent aux végétaux et aux animaux dans leur structure cellulaire : ce sont les algues, les champignons inférieurs et les protozoaires.

Le terme général de microorganismes (étudiés par la microbiologie) provient uniquement de la taille minuscule des divers organismes mentionnés ci-dessus. Il correspond dans sa signification et son application à celui des protistes.

Les virus ne répondent pas à la définition des protistes bien qu'ils soient repris dans la grande majorité des manuels de microbiologie. Ce sont des particules non cellulaires, incapables d'autoréplication et ne pouvant proliférer que dans certaines cellules vivantes. Leur très petite taille (en général, inférieure à 250 nanomètres) nécessite l'usage d'un microscope électronique pour les visualiser en tant qu'objets particulaires.

Techniques utilisées

La biologie cellulaire utilise de nombreuses techniques pour étudier la morphologie cellulaire. La technique reine reste toutefois la microscopie avec toutes ses variantes. C'est le microscope qui a permis sa naissance au XVII^e siècle et il reste toujours le principal moyen d'études. Le microscope s'est aujourd'hui diversifié pour améliorer la visualisation des structures : depuis le microscope optique simple lentille des origines, on a développé des microscopes optiques plus complexes utilisant la lumière directe ou la fluorescence, ainsi que des microscopes électroniques.

Parallèlement les techniques de coloration se sont développées permettant la mise en évidence de structures de plus en plus fines et de mieux les localiser au sein de la cellule. Ainsi, si les premières colorations permettaient de visualiser les caractéristiques générales des zones cellulaires (acides, basiques, riches en lipides, etc.) actuellement, grâce à l'utilisation des anticorps et des toxines, on peut détecter la position d'une molécule précise et dans une certaine mesure de la doser ou de suivre son évolution temporelle. Ces techniques ne sont toutefois pas spécifiques à la cytologie et sont également largement utilisées en histologie.

La plupart de ces techniques sont létales pour la cellule et cette dernière survit rarement à la coloration, surtout pour les techniques les plus complexes. C'est pourquoi le microscope à contraste de phase est largement employé vu que celui-ci permet d'observer des cellules vivantes.

Voir aussi

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