ABOUT THE SPEAKER
Paul Rothemund - DNA origamist
Paul Rothemund folds DNA into shapes and patterns. Which is a simple enough thing to say, but the process he has developed has vast implications for computing and manufacturing -- allowing us to create things we can now only dream of.

Why you should listen

Paul Rothemund won a MacArthur grant this year for a fairly mystifying study area: "folding DNA." It brings up the question: Why fold DNA? The answer is -- because the power to manipulate DNA in this way could change the way we make things at a very basic level.

Rothemund's work combines the study of self-assembly (watch the TEDTalks from Neil Gershenfeld and Saul Griffith for more on this) with the research being done in DNA nanotechnology -- and points the way toward self-assembling devices at microscale, making computer memory, for instance, smaller, faster and maybe even cheaper.

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Paul Rothemund | Speaker | TED.com
TED2007

Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles

Paul Rothemund fa magie con il DNA.

Filmed:
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Paul Rothemund scrive un codice che porta il DNA a creare forme di stella, di faccia sorridente e molte altre. E' una follia ma è anche una dimostrazione dell'assemblamento autonomo su scala piccolissima -- con numerose implicazioni per quello che si potrà fare nel futuro.
- DNA origamist
Paul Rothemund folds DNA into shapes and patterns. Which is a simple enough thing to say, but the process he has developed has vast implications for computing and manufacturing -- allowing us to create things we can now only dream of. Full bio

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There's an ancientantico and universaluniversale conceptconcetto that wordsparole have powerenergia,
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Esite un'antica credenza universale per cui le parole hanno potere,
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that spellsincantesimi existesistere, and that if we could only pronouncepronunciare the right wordsparole,
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e gli incantesimi esistono, e se solo pronunciassimo le parole giuste,
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then -- whoooshwhooosh -- you know, an avalanchevalanga would come
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allora, whooosh! Arriverebbe una valanga
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and wipepulire out the hobbitsHobbit, right? So this is a very attractiveattraente ideaidea
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a spazzare via gli hobbit, giusto? E' un'idea molto seducente
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because we're very lazypigro, like the sorcerer'sstregone apprenticeapprendista,
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perché noi siamo molto pigri, come l'apprendista stregone,
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or the world'sIl mondo di greatestpiù grande computercomputer programmerprogrammatore.
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o il miglior programmatore di computer del mondo.
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And so this ideaidea has a lot of tractiontrazione with us.
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E questa idea esercita su di noi una forte attrazione.
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We love the ideaidea that wordsparole, when pronouncedpronunciata --
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Amiamo l'idea che le parole, una volta pronunciate --
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they're just little more than purepuro informationinformazione,
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siano un po' più di mera informazione,
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but they evokeevocare some physicalfisico actionazione
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ma evochino un'azione concreta
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in the realvero worldmondo that helpsaiuta us do work.
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nel mondo reale e ci aiutino nel lavoro.
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And so, of coursecorso, with lots of programmableprogrammabile computerscomputer
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Ovviamente, con la quantità di computer e di robot
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and robotsrobot around this is an easyfacile thing to pictureimmagine.
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programmabili, questa è una cosa facile da immaginare.
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So how manymolti of you know what I'm talkingparlando about?
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Quanti di voi sanno di cosa sto parlando?
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RaiseSollevare your right handmano. OK. How manymolti of you
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Alzate la mano destra. OK. Quanti di voi
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don't know what I'm talkingparlando about? RaiseSollevare your left handmano.
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non sanno di cosa sto parlando? Alzate la sinistra. OK.
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So that's great. So that was too easyfacile.
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Bene. Favoloso. Fin troppo facile.
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You guys have very insecureinsicuro computerscomputer, OK?
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Voi avete dei computer molto insicuri!
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So now, the thing is that this is a differentdiverso kindgenere of spellincantesimo.
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Ora, questo è un tipo di magia differente.
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This is a computercomputer programprogramma madefatto of zeroszeri and onesquelli.
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E' un programma per computer fatto di zero e uno.
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It can be pronouncedpronunciata on a computercomputer. It does something like this.
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Può essere "pronunciato" su un computer. Così.
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The importantimportante thing is we can writeScrivi it in a high-levelalto livello languageLingua.
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E possiamo scriverlo in un linguaggio di programmazione ad alto livello.
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A computercomputer magicianmago can writeScrivi this thing.
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Un mago del computer può scrivere questa cosa.
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It can be compiledcompilato into this -- into zeroszeri and onesquelli --
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Può essere compilata in una sequenza di zero e uno --
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and pronouncedpronunciata by a computercomputer.
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e 'pronunciata' da un computer.
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And that's what makesfa computerscomputer powerfulpotente:
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Questo rende i computer così potenti,
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these high-levelalto livello languagesle lingue that can be compiledcompilato.
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questi linguaggi di alto livello che si possono compilare.
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And so, I'm here to tell you, you don't need a computercomputer
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Io voglio dirvi che non c'è bisogno di un computer
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to actuallyin realtà have a spellincantesimo. In factfatto, what you can do
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per fare un incantesimo. Quello che si può fare
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at the molecularmolecolare levellivello is that if you encodecodificare informationinformazione --
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a livello molecolare è che, codificando delle informazioni-
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you encodecodificare a spellincantesimo or programprogramma as moleculesmolecole --
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si codifica una magia, un programma, in molecole -
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then physicsfisica can actuallyin realtà directlydirettamente interpretinterpretare that informationinformazione
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poi la fisica interpreta direttamente tali informazioni
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and runcorrere a programprogramma. That's what happensaccade in proteinsproteine.
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ed eseguire un programma. Ed è quello che succede nelle proteine.
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When this aminoamino acidacido sequencesequenza getsprende pronouncedpronunciata as atomsatomi,
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Quando la sequenza di aminoacidi viene 'pronunciata' in atomi,
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these little letterslettere are stickyappiccicoso for eachogni other.
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queste lettere si attaccano l'una all'altra.
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It collapsescrolla into a three-dimensionaltridimensionale shapeforma that turnsgiri it into
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Il tutto collassa in una forma tridimensionale che la trasforma
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a nanomachinenanomacchina that actuallyin realtà cutstagli DNADNA.
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in una nanomacchina che taglia il DNA.
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And the interestinginteressante thing is that if you changemodificare the sequencesequenza,
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E la cosa interessante è che cambiando la sequenza,
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you changemodificare the three-dimensionaltridimensionale foldingpieghevole.
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si modifica anche il ripiegamento tridimensionale.
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You get now a DNADNA staplercucitrice insteadanziché. These are the kindgenere of
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Ottenete una graffettatrice di DNA. Questi sono
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molecularmolecolare programsprogrammi that we want to be ablecapace to writeScrivi,
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i programmi molecolari che vogliamo poter scrivere,
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but the problemproblema is, we don't know the machinemacchina languageLingua of
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ma non conosciamo il linguaggio della macchina delle
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proteinsproteine. We don't have a compilercompilatore for proteinsproteine.
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proteine; non abbiamo un compilatore per proteine.
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So I've joinedcongiunto a growingin crescita bandgruppo musicale of people that try to make
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Perciò mi sono unito a un gruppo che prova a fare
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molecularmolecolare spellsincantesimi usingutilizzando DNADNA. We use DNADNA because it's cheaperpiù economico.
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magie molecolari con il DNA. Usiamo il DNA perché costa meno.
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It's easierPiù facile to handlemaniglia. It's something that we understandcapire really well.
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E' più facile da maneggiare. E lo capiamo molto bene.
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We understandcapire it so well, in factfatto, that we think we can actuallyin realtà writeScrivi
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Lo capiamo così bene che pensiamo di poter scrivere
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programmingprogrammazione languagesle lingue for DNADNA and have molecularmolecolare compilerscompilatori.
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linguaggi di programmazione per il DNA e avere compilatori molecolari.
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So then, we think we can do that. And my first questiondomanda doing this --
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Pensiamo di poterci riuscire. E la mia prima domanda nel fare questo
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or one of my questionsle domande doing this -- was how can you make
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una delle domande - fu : Come si può creare
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an arbitraryarbitrario shapeforma or patternmodello out of DNADNA? And I decideddeciso to use
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una forma arbitraria o un modello dal DNA? E ho deciso di usare
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a typetipo of DNADNA origamiOrigami, where you take a long strandStrand of DNADNA
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un tipo di origami di DNA, dove si prende un lungo spezzone di DNA
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and foldpiegare it into whateverqualunque cosa shapeforma or patternmodello you mightpotrebbe want.
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e lo si ripiega in qualsiasi forma o nel pattern desiderato.
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So here'secco a shapeforma. I actuallyin realtà spentspeso about a yearanno in my home,
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Ecco una forma. Ho passato circa un anno in casa,
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in my underwearbiancheria intima, codingcodifica, like LinusLinus [TorvaldsTorvalds], in that pictureimmagine before.
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in mutande, a scviere codici, come Linus [Torvalds] nella foto di prima.
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And this programprogramma takes a shapeforma, spitsSputa out 250 DNADNA sequencessequenze.
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149000
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E il programma prende una forma, sputa fuori 250 sequenze di DNA.
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These shortcorto DNADNA sequencessequenze are what are going to foldpiegare the long strandStrand
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Queste brevi sequenze di DNA ripiegheranno gli spezzoni
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into this shapeforma that we want to make. So you sendinviare an e-maile-mail
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nella forma che vogliamo. Quindi, scrivete un'email
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with these sequencessequenze in it to a companyazienda, and what it does --
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158000
3000
con queste sequenze a un'azienda,
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the companyazienda pronouncesPronuncia them on a DNADNA synthesizersintetizzatore.
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e l'azienda le pronuncia su un sintetizzatore di DNA.
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It's a machinemacchina about the sizedimensione of a photocopierfotocopiatrice. And what happensaccade is,
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164000
3000
E' una macchina grande come una fotocopiatrice.
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they take your e-maile-mail and everyogni letterlettera in your e-maile-mail,
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167000
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Prendono l' email e sostituiscono ogni lettera del vostro messaggio,
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they replacesostituire with 30-atom-atomo clustergrappolo -- one for eachogni letterlettera,
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169000
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con degli insiemi di 30 atomi, uno per ogni lettera,
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A, T, C, and G in DNADNA. They stringstringa them up in the right sequencesequenza,
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172000
3000
A,T,C e G nel DNA. Li ordinano nella sequenza corretta,
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and then they sendinviare them back to you viaattraverso FedExFedEx.
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e ve li rispediscono via FedEx.
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So you get 250 of these in the mailposta in little tubestubi.
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178000
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Poi riceverete per posta 250 di questi in piccole provette.
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I mixmescolare them togetherinsieme, addInserisci a little bitpo of saltsale wateracqua,
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180000
3000
Li mischio, aggiungo un po' di acqua salata,
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and then addInserisci this long strandStrand I was tellingraccontare you about,
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183000
2000
e poi aggiungo lo spezzone di cui vi parlavo,
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that I've stolenrubare from a virusvirus. And then what happensaccade is,
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185000
2000
che ho rubato da un virus. E poi
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you heatcalore this wholetotale thing up to about boilingbollente. You coolfreddo it down
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3000
portate il tutto a ebollizione. Lasciate raffreddare
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to roomcamera temperaturetemperatura, and as you do,
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192000
1000
fino a temperatura ambiente, e mentre lo fate
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what happensaccade is those shortcorto strandstrefoli, they do the followinga seguire thing:
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2000
questi piccoli spezzoni fanno quanto segue:
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eachogni one of them bindssi lega that long strandStrand in one placeposto,
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196000
3000
ognuno si lega allo spezzone lungo in un punto,
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and then has a secondsecondo halfmetà that bindssi lega that long strandStrand
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199000
2000
e poi c'e` una seconda metà che si lega allo spezzone
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in a distantlontano placeposto, and bringsporta those two partsparti of the long strandStrand
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202000
3000
in un punto lontano e avvicina i due punti dello spezzone
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closevicino togetherinsieme so that they stickbastone togetherinsieme.
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205000
2000
in modo che questi si uniscano.
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And so the netnetto effecteffetto of all 250 of these strandstrefoli is to foldpiegare
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207000
3000
L'effetto macroscopico dei 250 spezzoni è di ripiegare
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the long strandStrand into the shapeforma that you're looking for.
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210000
4000
lo spezzone nella forma ricercata;
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It'llIt'll approximateapprossimativo that shapeforma. We do this for realvero in the testTest tubetubo.
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214000
3000
simile a questa forma. Lo facciamo sul serio nella provetta.
04:02
In eachogni little dropfar cadere of wateracqua you get 50 billionmiliardo of these guys.
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217000
3000
In ogni goccia d'acqua avete 50 miliardi di questi.
04:05
You can look with a microscopemicroscopio and see them on a surfacesuperficie.
80
220000
2000
Se guardate al microscopio li vedete su una superficie.
04:08
And the neatpulito thing is that if you changemodificare the sequencesequenza
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223000
1000
E il bello è che se cambiate la sequenza
04:09
and changemodificare the spellincantesimo, you just changemodificare the sequencesequenza of the staplesStaples.
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224000
4000
e cambiate la magia, cambiate solo la sequenza delle graffette.
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You can make a moleculemolecola that lookssembra like this, and, you know,
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228000
3000
Potete creare una molecola come questa, e sapete,
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he likespiace to hangappendere out with his buddiesBuddies, right.
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231000
2000
a lui piace stare con gli amici.
04:19
And a lot of them are actuallyin realtà prettybella good.
85
234000
1000
Molti di loro sono venuti davvero bene.
04:21
If you changemodificare the spellincantesimo again, you changemodificare the sequencesequenza again.
86
236000
2000
Se cambiate ancora la magia, cambiate di nuovo la sequenza.
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You get really nicesimpatico 130 nanometernanometro trianglestriangoli. If you do it again,
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238000
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Ottenete dei bei triangoli di 130 nanometri. Se lo fate di nuovo
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you can get arbitraryarbitrario patternsmodelli. So on a rectanglecorpo a rettangolo
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242000
3000
ottenete dei pattern arbitrari. Su un rettangolo
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you can paintdipingere patternsmodelli of NorthNord and SouthSud AmericaAmerica, or the wordsparole, "DNADNA."
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245000
5000
potete dipingere pattern di Nord e Sud America, o la parola "DNA"
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So that's DNADNA origamiOrigami. That's one way. There are manymolti waysmodi
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250000
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E' origami con il DNA, ed è uno dei molti modi
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of castingCasting molecularmolecolare spellsincantesimi usingutilizzando DNADNA.
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254000
3000
di fare magie molecolari utilizzando il DNA.
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What we really want to do in the endfine is learnimparare how to programprogramma
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257000
3000
Alla fine vogliamo capire come programmare
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self-assemblyautoassemblaggio so that we can buildcostruire anything, right?
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260000
3000
l'auto assemblaggio per poter costruire qualsiasi cosa.
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We want to be ablecapace to buildcostruire technologicaltecnologico artifactsmanufatti
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263000
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Vogliamo poter costruire artefatti tecnologici
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that are maybe good for the worldmondo. We want to learnimparare
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265000
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che possano essere utili al mondo. Vogliamo imparare
04:52
how to buildcostruire biologicalbiologico artifactsmanufatti, like people and whalesbalene and treesalberi.
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4000
a costruire artefatti biologici, come persone, balene e alberi.
04:57
And if it's the casecaso that we can reachraggiungere that levellivello of complexitycomplessità,
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272000
2000
E se riuscissimo a raggiungere un tale livello di complessità,
04:59
if our abilitycapacità to programprogramma moleculesmolecole getsprende to be that good,
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274000
3000
se la nostra abilità di programmare molecole diventasse così grande,
05:03
then that will trulyveramente be magicMagia. Thank you very much.
99
278000
3000
allora quello sarebbe veramente magico. Grazie mille.
05:06
(ApplauseApplausi)
100
281000
1000
(Applausi)
Translated by Mattia Belluco
Reviewed by Elena Montrasio

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Paul Rothemund - DNA origamist
Paul Rothemund folds DNA into shapes and patterns. Which is a simple enough thing to say, but the process he has developed has vast implications for computing and manufacturing -- allowing us to create things we can now only dream of.

Why you should listen

Paul Rothemund won a MacArthur grant this year for a fairly mystifying study area: "folding DNA." It brings up the question: Why fold DNA? The answer is -- because the power to manipulate DNA in this way could change the way we make things at a very basic level.

Rothemund's work combines the study of self-assembly (watch the TEDTalks from Neil Gershenfeld and Saul Griffith for more on this) with the research being done in DNA nanotechnology -- and points the way toward self-assembling devices at microscale, making computer memory, for instance, smaller, faster and maybe even cheaper.

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