Molecular biology is the study of biology at a molecular level.

La biologia molecolare è lo studio della biologia a livello delle molecole.

The field overlaps with other areas of biology and chemistry, particularly genetics and biochemistry.

Questo ambito si sovrappone ad altre aree della biologia e della chimica, in particolare con la genetica e la biochimica.

Molecular biology chiefly concerns itself with understanding the interactions between the various systems of a cell, including the interrelationship of DNA, RNA and protein synthesis and learning how these interactions are regulated.

Sostanzialmente, la biologia molecolare si occupa di studiare le interazioni fra i diversi sistemi cellulari, tra cui le interdipendenze fra DNA, RNA e sintesi proteica, e il modo in cui esse si regolano.

Writing in Nature, W.T. Astbury described molecular biology as:

In un suo articolo su Nature, W.T. Astbury ha descritto la biologia molecolare nel modo seguente:

"...not so much a technique as an approach, an approach from the viewpoint of the so-called basic sciences with the leading idea of searching below the large-scale manifestations of classical biology for the corresponding molecular plan.

 "...non tanto una tecnica, quanto piuttosto un approccio, un approccio dal punto di vista delle cosiddette scienze di base avente come idea guida quella di ricercare, al di là delle manifestazioni su larga scala della biologia classica, le architetture a livello molecolare.

It is concerned particularly with the forms of biological molecules and... is predominantly three-dimensional and structural - which does not mean, however, that it is merely a refinement of morphology - it must at the same time inquire into genesis and function"

Si occupa in particolare delle forme delle molecole biologiche ed... è fondamentalmente tridimensionale e strutturale, il che non significa, comunque, che si limiti a un semplice raffinamento della morfologia, poiché deve contemporaneamente indagare sulla genesi e sulla funzione"

Relationship to other "molecular-scale" biological sciences

Rapporti con le altre scienze biologiche su "scala molecolare"

Researchers in molecular biology use specific techniques native to molecular biology (see Techniques section later in article), but increasingly combine these with techniques and ideas from genetics, biochemistry and biophysics.

I ricercatori che operano nella biologia molecolare impiegano tecniche specifiche messe a punto nell'ambito della biologia molecolare (vedi oltre alla sezione Tecniche), ma sempre di più combinandole con tecniche e idee mutuate da genetica, biochimica e biofisica.

There is not a hard-line between these disciplines as there once was.

Fra queste discipline non c'è più quella netta linea di demarcazione esistita in precedenza.

The following figure is a schematic that depicts one possible view of the relationship between the fields:

La figura che segue mostra uno schema illustrante una possibile visuale delle relazioni fra gli ambiti:

• Biochemistry is the study of the chemical substances and vital processes occurring in living organisms.

• la biochimica è lo studio delle sostanze chimiche e dei processi vitali che hanno luogo all'interno degli organismi viventi.

• Genetics is the study of the effect of genetic differences on organisms.

• la genetica è lo studio dell'effetto sugli organismi delle differenze genetiche.

Often this can be inferred by the absence of a normal component (e.g. one gene).

Spesso un effetto può essere causato dall'assenza di una componente normale (per esempio la mancanza di un gene).

The study of "mutants" – organisms which lack one or more functional components with respect to the so-called "wild type" or normal phenotype.

Lo studio dei "mutanti", organismi mancanti di una o più componenti funzionali quando comparati al cosiddetto wild type o fenotipo normale.

Genetic interactions such as epistasis can often confound simple interpretations of such "knock-out" studies.

Interazioni genetiche come l'epistasi sovente possono contraddire interpretazioni anche semplici di simili studi knockout.

• Molecular biology is the study of molecular underpinnings of the process of replication, transcription and translation of the genetic material.

• La biologia molecolare è lo studio delle impalcature molecolari che sostengono i processi di replicazione, trascrizione e traslazione del materiale genetico.

The central dogma of molecular biology where genetic material is transcribed into RNA and then translated into protein, despite being an oversimplified picture of molecular biology, still provides a good starting point for understanding the field.

Il dogma fondante della biologia molecolare secondo cui il materiale genetico viene trascritto nell'RNA e poi traslato in proteine, nonostante fornisca una rappresentazione alquanto semplificata della biologia molecolare, continua tuttavia a fornire un buon punto di partenza per la comprensione di questa disciplina.

This picture, however, is undergoing revision in light of emerging novel roles for RNA.

Tale rappresentazione è comunque in fase di aggiornamento alla luce delle nuove scoperte sui diversi ruoli dell'RNA.

Much of the work in molecular biology is quantitative, and recently much work has been done at the interface of molecular biology and computer science in bioinformatics and computational biology.

In biologia molecolare gran parte del lavoro è di tipo quantitativo e, di recente, molto è stato fatto sull'interazione fra biologia molecolare e informatica grazie allo sviluppo della bioinformatica e della biologia computazionale.

As of the early 2000s, the study of gene structure and function, molecular genetics, has been amongst the most prominent sub-field of molecular biology.

Dagli inizi del 2000 in poi, gli studi sulla struttura e sulle funzioni del gene, ossia gli studi di genetica molecolare, sono stati fra i più importanti nell'ambito della sottodisciplina della biologia molecolare.

Increasingly many other fields of biology focus on molecules, either directly studying their interactions in their own right such as in cell biology and developmental biology, or indirectly, where the techniques of molecular biology are used to infer historical attributes of populations or species, as in fields in evolutionary biology such as population genetics and phylogenetics.

Sono sempre di più le discipline biologiche che si dedicano allo studio delle molecole, sia studiandone direttamente le interazioni peculiari in biologia cellulare e in biologia dello sviluppo, o indirettamente, usando le tecniche della biologia molecolare per inferire gli aspetti storici delle diverse popolazioni o specie, come avviene per esempio nel caso della genetica demografica e della filogenetica nell'ambito della biologia evolutiva.

There is also a long tradition of studying biomolecules "from the ground up" in biophysics.

Inoltre, in biofisica esiste una lunga tradizione di studi biomolecolari "dalle fondamenta".

Techniques of molecular biology

Tecniche di biologia molecolare

Since the late 1950s and early 1960s, molecular biologists have learned to characterise, isolate, and manipulate the molecular components of cells and organisms.

Tra la fine degli anni '50 e i primi anni '60, i biologi molecolari sono riusciti a caratterizzare, isolare e manipolare le componenti molecolari di cellule e organismi.

These components include DNA, the repository of genetic information;

Queste componenti includono il DNA, depositario dell'informazione genetica;

RNA, a close relative of DNA whose functions range from serving as a temporary working copy of DNA to actual structural and enzymatic functions as well as a functional and structural part of the translational apparatus;

l'RNA, parente stretto del DNA, le cui funzioni variano dal servire come copia di lavoro temporanea del DNA al costituire delle effettive funzioni strutturali ed enzimatiche nonché all'essere parte funzionale e strutturale dell'apparato di traslazione;

and proteins, the major structural and enzymatic type of molecule in cells.

e le proteine, il tipo di molecola strutturale ed enzimatica più importante della cellula.

Expression cloning

L'expression cloning

One of the most basic techniques of molecular biology to study protein function is expression cloning.

Quella dell'expression cloning è una delle tecniche fondamentali della biologia molecolare applicata allo studio delle funzioni delle proteine.

In this technique, DNA coding for a protein of interest is cloned (using PCR and/or restriction enzymes) into a plasmid (known as an expression vector).

Con questa tecnica, il codice DNA relativo ad una proteina di interesse viene clonato (usando la PCR e/o gli enzimi di restrizione) in un plasmide, noto come vettore d'espressione.

This plasmid may have special promoter elements to drive production of the protein of interest, and may also have antibiotic resistance markers to help follow the plasmid.

Questo plasmide può avere particolari elementi attivatori che guidano la produzione della proteina di interesse e può avere inoltre marker antibioticoresistenti che aiutano a seguire il plasmide.

This plasmid can be inserted into either bacterial or animal cells.

Questo plasmide può essere introdotto sia in cellule batteriche che animali.

Introducing DNA into bacterial cells is called transformation, and can be completed with several methods, including electroporation, microinjection, passive uptake and conjugation.

L'introduzione di DNA in cellule batteriche viene detta trasformazione e può essere effettuata con vari mezzi, come l'elettroporazione, la microiniezione, l'uptake passivo e la coniugazione.

Introducing DNA into eukaryotic cells, such as animal cells, is called transfection.

L'introduzione di DNA in cellule eucariote, per esempio in cellule animali, viene detta transfezione.

Several different transfection techniques are available, including calcium phosphate transfection, liposome transfection, and proprietary transfection reagents such as Fugene.

Le tecniche di transfezione disponibili sono molteplici e differenti, comprendendo la transfezione con il calcio fosfato, la transfezione liposoma-mediata e i reagenti di transfezione protetti da brevetto come il Fugene.

DNA can also be introduced into cells using viruses or pathenogenic bacteria as carriers.

Il DNA può inoltre essere introdotto nelle cellule usando come vettori dei virus o dei batteri patogeni.

In such cases, the technique is called viral/bacterial transduction, and the cells are said to be transduced.

In questi casi, la tecnica viene chiamata trasduzione virale/batterica e le cellule vengono definite trasdotte.

In either case, DNA coding for a protein of interest is now inside a cell, and the protein can now be expressed.

In entrambi i casi, il codice DNA per una proteina di interesse si trova ora all'interno di una cellula e la proteina può quindi venire espressa.

A variety of systems, such as inducible promoters and specific cell-signaling factors, are available to help express the protein of interest at high levels.

Un'ampia gamma di sistemi, come gli attivatori induttivi e gli specifici segnalatori di cellule, sono disponibili per promuovere l'espressione ad alti livelli della proteina di interesse.

Large quantities of a protein can then be extracted from the bacterial or eukaryotic cell.

Grandi quantità di proteine possono così essere estratte da cellule batteriche o eucariote.

The protein can be tested for enzymatic activity under a variety of situations, the protein may be crystallized so its tertiary structure can be studied, or, in the pharmaceutical industry, the activity of new drugs against the protein can be studied.

La proteina può essere testata per l'attività enzimatica in molteplici situazioni o può essere cristallizzata così da poterne studiare la struttura terziaria e, in industria farmaceutica, per poter studiare l'attività dei nuovi farmaci attivi contro quella proteina.

Polymerase chain reaction (PCR)

La reazione polimerasica a catena (PCR)

The polymerase chain reaction is an extremely versatile technique for copying DNA.

La reazione polimerasica a catena è una tecnica alquanto versatile di copiatura del DNA.

In brief, PCR allows a single DNA sequence to be copied (millions of times), or altered in predetermined ways.

In sostanza, la PCR consente di copiare (milioni di volte) una singola sequenza di DNA o di alterarla in maniera predeterminata.

For example, PCR can be used to introduce restriction enzyme sites, or to mutate (change) particular bases of DNA.

Per esempio, la PCR può essere usata per inserire dei siti di enzimi di restrizione o per mutare (cambiare) basi particolari di DNA.

PCR can also be used to determine whether a particular DNA fragment is found in a cDNA library.

La PCR viene usata anche per determinare se un particolare frammento di DNA sia stato trovato in una banca a cDNA.

Gel electrophoresis

La gel elettroforesi

Gel electrophoresis is one of the principal tools of molecular biology.

La gel elettroforesi è uno degli strumenti principali della biologia molecolare.

The basic principle is that DNA, RNA, and proteins can all be separated using an electric field.

Il principio basilare sta nel fatto che DNA, RNA e proteine possono essere separati con l'uso di un campo elettrico.

In agarose gel electrophoresis, DNA and RNA can be separated based on size by running the DNA through an agarose gel.

Con l'elettroforesi in gel di agarosio, DNA ed RNA vengono separati in base alla grandezza facendo passare il DNA attraverso un gel di agarosio.

Proteins can be separated based on size using an SDS-PAGE gel.

Le proteine possono essere separate in base alla grandezza usando un gel di poliacrilammide (SDS-PAGE).

Proteins can also be separated based on their electric charge, using what is known as an isoelectric gel.

Le proteine possono anche essere separate in base alla loro carica elettrica usando un gel noto come isoelettrico.

Southern blotting

Il Southern blot

The Southern blot is a technique employed to ascertain information about the molecular weight and relative amount of a DNA sequence of interest.

Il Southern blot è una tecnica utilizzata per verificare l'informazione sul peso molecolare e la quantità corrispondente di sequenza di DNA di interesse.

The assay was first developed by Edwin Southern and is a combination of gel electrophoresis of DNA (often first fragmented by restriction_enzyme digestion), transfer of the same to a charged membrane, and hybridization of a labeled DNA probe.

L'analisi è stata messa a punto per la prima volta da Edwin Southern e consiste in una combinazione di gel elettroforesi di DNA (spesso precedentemente frammentata tramite una digestione con enzimi di restrizione), trasferimento di questo DNA su una membrana carica e ibridizzazione di una sonda di DNA marcato.

Following hybridization, the membrane is washed to remove unbound probe, and an image obtained via autoradiography or using equipment such as a phosphoimager.

Dopo l'ibridizzazione, la membrana viene lavata per rimuovere la sonda non combinata, e se ne ricava un'immagine tramite autoradiografia o usando strumentazioni come l'imager al fosforo.

The image will indicate the location(s) to which the probe hybridized, with the intensity of the signal observed serving as a measure of relative abundance.

L'immagine indica la/le allocazioni a cui la sonda si è ibridizzata mentre l'intensità del segnale osservabile misura la relativa abbondanza.

Northern blotting

Il Northern blot

The Northern blot is used to study the expression patterns a specific type of RNA molecule as relative comparison among of a set of different samples of RNA.

Il Northern blot è una tecnica usata per studiare i pattern espressivi di un particolare tipo di molecola RNA tramite comparazione di una serie di campioni di RNA.

It is essentially a combination of denaturing RNA gel electrophoresis, and a blot.

In sostanza, si tratta di una combinazione di gel elettroforesi a RNA denaturato e di un blot.

In this process RNA is separated based on size and is then transfered to a membrane that is then probed with a labeled complement of a sequence of interest.

Durante il processo, l'RNA viene separato in base alla grandezza e quindi trasferito a una membrana che viene poi sondata da un complemento marcato di una sequenza di interesse.

The results may be visualized through a variety of ways depending on the label used, however, most result in the revelation of bands representing the sized of the RNA detected in sample.

I risultati sono visibili in vari modi a seconda del marcatore impiegato, comunque la più parte dei risultati eivdenzia delle bande che rappresentano la grandezza dell'RNA all'interno del campione.

The intensity of these bands is related to the amount of the target RNA in the samples analyzed.

L'intensità di queste bande dipende dalla quantità di RNA bersaglio dei campioni analizzati.

The procedure is commonly used to study when and how much gene expressing is occurring by measuring how much of that RNA is present in different samples.

La procedura è usata di solito per studiare quando e in che misura si verifica l'espressione genica misurando quanto RNA di un certo tipo è presente nei vari campioni.

It is one of the most basic tools for determing at what time certain genes are expressed in living tissues.

Si tratta di uno degli strumenti più importanti per determinare quando determinati geni si esprimono nei tessuti viventi.

Western blotting and immunochemistry

Il Western blot e l'immunochimica

Antibodies to most proteins can be created by injecting small amounts of the protein into an animal such as a mouse, rabbit, sheep, or donkey.

È possibile creare degli anticorpi contro la maggior parte delle proteine iniettando piccole quantità di una data proteina in un animale, ad esempio un topo, un coniglio, una pecora o un asino.

These antibodies can be used for a variety of analytical and preparative techniques.

Questi anticorpi possono essere usati per una varietà di tecniche analitiche e preparative.

In Western blotting, proteins are first separated by size, in a thin gel sandwiched between two glass plates.

Con la tecnica Western blot, le proteine vengono dapprima separate a seconda della grandezza pressandole all'interno di un sottile strato di gel fra due piastrine di vetro.

This technique is called SDS-PAGE (for Sodium Dodecyl Sulfate Poly-Acrylamide Gel Electrophoresis).

Questa tecnica viene chiamata elettroforesi SDS-PAGE (acronimo di Sodium Dodecyl Sulfate Poly-Acrylamide Gel Electrophoresis).

The proteins in the gel are then transferred to a PVDF, nitrocellulose, nylon or other support membrane.

Le proteine all'interno del gel vengono poi trasferite su PVDF, nitrocellulosa, nylon o altra membrana di supporto.

This membrane can then be probed with solutions of antibodies.

A questo punto, la membrana può essere investigata con soluzioni di anticorpi.

Antibodies that specifically bind to the protein of interest can then be visualized by a variety of techniques, including chemoluminescence or radioactivity.

Gli anticorpi che si legano specificamente alla proteina di interesse possono essere poi visualizzati tramite tecniche varie, tra cui la chemioluminescenza e la radioattività.

Antibodies can also be used to purify proteins.

Gli anticorpi possono essere impiegati anche per purificare le proteine.

Antibodies to a protein are generated and are often then coupled to "beads".

Gli anticorpi per una proteina vengono generati e poi spesso agganciati ai cosiddetti "bead" (sfere).

After the antibody has bound to the protein of interest, this antibody-protein complex can be separated from all other proteins by centrifugation.

Una volta che l'anticorpo si è legato alla proteina di interesse, è possibile separare il complesso anticorpo-proteina dalle altre proteine tramite centrifugazione.

During centrifugation, the beads, to which the antibody is coupled, will pellet (bringing the protein of interest down with it) whereas all other proteins will remain in the solution.

Durante la centrifugazione, i bead, a cui gli anticorpi sono stati agganciati, si raggrumano, facendo precipitare la proteina di interesse, mentre le altre proteine rimangono sospese in soluzione.

Alternatively, antibodies coupled to a solid support matrix like Sephadex or Sepharose beads, for example, can be used to remove a protein of interest from a complex solution.

In alternativa, gli anticorpi agganciati a una solida matrice di supporto, per esempio i bead Sephadex o Sepharose, possono essere usati per rimuovere una proteina di interesse da una soluzione complessa.

After washing unbound and non-specifically bound materials away from the "beads", the protein of interest is then eluted from the matrix, usually by adding a solution with a high salt concentration, or by varying the pH of the solution in which the matrix is contained.

Dopo aver lavato via dai bead i materiali non legati o legati non specificatamente, la proteina di interesse viene eluita dalla matrice, di solito tramite l'aggiunta di una soluzione ad alta concentrazione salina o tramite una variazione del pH della soluzione contenente la matrice.

The beads can either be suspended in solution (batch processing) or packed into a tube (column processing).

Dopodiché i bead possono sia venire sospesi in soluzione (batch processing) che essere raccolti in una provetta (column processing).

History

Storia

Molecular biology was established in the 1930s, the term was first coined by Warren Weaver in 1938 however.

La biologia molecolare nasce come disciplina negli anni '30, anche se il termine fu coniato da Warren Weaver solo nel 1938.

Warren was director of Natural Sciences for the Rockefeller Foundation at the time and believed that biology was about to undergo a period of significant change given recent advances in fields such as X-ray crystallography.

All'epoca Warren era direttore della sezione di Scienze Naturali della Fondazione Rockefeller ed era convinto che la biologia fosse in procinto di attraversare un periodo di grandi cambiamenti dati i recenti progressi in settori quali la cristallografia a raggi X.

He therefore channeled significant amounts of (Rockefeller Institute) money into biological fields.

Per questo motivo fece in modo di destinare importanti risorse economiche del Rockefeller Institute al settore della ricerca biologica.