TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
폴 로드먼드가 DNA로 마법을 건다
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폴 로드먼드는 DNA가 스스로 별 모양이나 웃는 얼굴 모양이 되도록 하는 프로그램 코드를 만든다. 물론 이것은 사람들의 이목을 끌기위한 기술이지만 동시에 가장 작은 단위에서 벌어지는 자기 조립을 실험으로 증명하여 제조 기술의 미래를 생각할 수 있는 엄청난 함의가 있다.
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. Full bio
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 ancient and universal concept that words have power,
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오래되고 보편적인 개념이 있죠. "말은 힘을 갖고 있다"는,
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that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
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그리고 "마법의 주문은 존재한다"는. 우리가 정확한 주문을 욀수만 있다면
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then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
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"휘리릭~" 하면서 눈사태가 나고
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and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
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호빗족들을 다 쓸어가죠. 이건 굉장히 매력적인 아이디어인데
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because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
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왜냐하면 우리는 아주 게으르거든요, 마법사의 제자나
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or the world's greatest computer programmer.
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세계 최고의 컴퓨터 프로그래머처럼요.
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And so this idea has a lot of traction with us.
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그래서 이런 아이디어는 아주 매력적입니다.
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We love the idea that words, when pronounced --
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우리는 어떤 단어들을 입 밖에 내 뱉기만 하면
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they're just little more than pure information,
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순수한 정보 전달 뿐 아니라,
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but they evoke some physical action
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어떤 물리적인 힘을 가해
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in the real world that helps us do work.
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실제로 우리 일을 도와줬으면 합니다.
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And so, of course, with lots of programmable computers
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음, 물론, 우리 주위의 수많은 컴퓨터들과
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and robots around this is an easy thing to picture.
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로봇을 생각해 보면 이런 일을 상상하는 것은 어렵지 않습니다.
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So how many of you know what I'm talking about?
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자, 여러분 중에 제 얘기가 이해가시는 분?
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Raise your right hand. OK. How many of you
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오른쪽 손을 들어주세요. 됐습니다. 여러분 중에
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don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
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제 얘기가 이해 안 가시는 분은 왼쪽 손을 들어주세요. 됐습니다.
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So that's great. So that was too easy.
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좋아요. 잘 됐네요. 너무 쉬운 얘기였죠.
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You guys have very insecure computers, OK?
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여러분은 아주 보안이 약한 컴퓨터를 갖고 계신겁니다, 그쵸?
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So now, the thing is that this is a different kind of spell.
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자 이제, 이건 또 다른 종류의 주문입니다.
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This is a computer program made of zeros and ones.
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이건 0과 1로 이루어진 컴퓨터 프로그램인데요
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It can be pronounced on a computer. It does something like this.
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이 프로그램은 컴퓨터에서 읽을 수 있습니다. 프로그램은 이런 일을 하죠
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The important thing is we can write it in a high-level language.
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중요한 것은 이 프로그램을 아주 높은 수준의 언어로 쓸 수 있다는 것입니다.
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A computer magician can write this thing.
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컴퓨터 마법사들이 이 프로그램(주문)을 쓸 수 있지요
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It can be compiled into this -- into zeros and ones --
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그러면 이렇게 0과 1로 컴파일 되구요
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and pronounced by a computer.
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컴퓨터가 그 결과를 읽어 수행합니다.
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And that's what makes computers powerful:
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바로 컴퓨터가 아주 강력한 이유죠.
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these high-level languages that can be compiled.
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이런 고수준의 언어가 컴파일되는 것 말입니다.
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And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
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그런데 저는 사실 여러분께 실제로 마법의 주문 하나를 갖기 위해서
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to actually have a spell. In fact, what you can do
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컴퓨터가 필요한건 아니라는 것을 전하려고 이 자리에 섰습니다.
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at the molecular level is that if you encode information --
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사실 분자 수준에서 할 수 있는 일은 이런 것입니다. 여러분이 정보를
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you encode a spell or program as molecules --
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부호화합니다. 여러분들은 마법의 주문 혹은 프로그램을 분자의 형태로 부호화하죠.
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then physics can actually directly interpret that information
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그러고 나면 물리현상이 알아서 직접 해당 정보를 해석하고
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and run a program. That's what happens in proteins.
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프로그램을 실행합니다. 그런 한 예가 바로 단백질입니다.
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When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
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아미노산 배열이 원자들로써 표현되면
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these little letters are sticky for each other.
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이 작은 알파벳들이 서로에게 달라붙습니다.
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It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
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그것이 3차원 구조를 만들어 실제로 DNA를 자르는
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a nanomachine that actually cuts DNA.
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나노기계로 변해버립니다.
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And the interesting thing is that if you change the sequence,
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그리고 재밌는 것은 해당 아미노산 배열을 바꾸면
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you change the three-dimensional folding.
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3차원 구조도 바뀌어서
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You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
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이제는 DNA를 이어붙이는 호치키스가 됩니다. 우리는 바로
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molecular programs that we want to be able to write,
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이런 식의 분자 프로그램들을 작성할 수 있게 되기를 원합니다만,
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but the problem is, we don't know the machine language of
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문제는 우리가 단백질의 기계어를 모르고,
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proteins. We don't have a compiler for proteins.
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단백질을 위한 컴파일러(번역기)도 갖고 있지 않다는 것이죠.
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So I've joined a growing band of people that try to make
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그래서 저는 DNA를 이용하여 마법의 주문을 만들려고
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molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
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애쓰는 사람들과 같이 일해오고 있습니다. 우리는 DNA를 이용하는데요,
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It's easier to handle. It's something that we understand really well.
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값도 싸고, 다루기도 쉽고, 우리가 아주 잘 이해하고 있는 물질이기 때문입니다.
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We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
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우리는 DNA를 아주 잘 알고 있어서, 사실은 저희들이 실제로 DNA를 위한
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programming languages for DNA and have molecular compilers.
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프로그래밍 언어와 분자 컴파일러를 만들 수 있다고 보고 있습니다.
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So then, we think we can do that. And my first question doing this --
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그렇게만 된다면 우리는 그게 가능할거라고 봅니다. 그래서 이것을 하기 위한
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or one of my questions doing this -- was how can you make
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저의 첫번째 의문 혹은 여러 의문 중 한가지는 이거였죠.
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an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
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어떻게 DNA로 임의의 모양과 패턴을 만들 수 있을까? 그리고 저는
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a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
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일종의 종이접기 같은 방법을 DNA에 이용해 보기로 했습니다. 그것은 아주 긴 한 가닥의 DNA를
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and fold it into whatever shape or pattern you might want.
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접어서 원하는 모양이나 패턴을 만드는 것이죠.
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So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
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자 여기에 어떤 모양이 있습니다. 사실 저는 집에서 거의 1년 동안
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in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
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속옷 차림으로 지내면서 코딩을 했죠. 아까 사진에 나온 리누스 토발즈처럼요.
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And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
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이 프로그램에 어떤 모양을 입력하면 250개의 DNA 서열을 뱉어내죠.
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These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
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이렇게 뱉어낸 250개의 짧막한 DNA 서열들이 바로 기다란 DNA 가닥을
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into this shape that we want to make. So you send an e-mail
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우리가 만들길 원하는 이런 모양으로 접어줄 놈들입니다. 그래서 이메일로
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with these sequences in it to a company, and what it does --
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이 DNA 서열들을 첨부해서 어떤 회사에 보냅니다.
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the company pronounces them on a DNA synthesizer.
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그 회사는 DNA 서열들을 DNA 합성기에 입력합니다
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It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
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DNA 합성기는 대략 복사기 정도 크기의 기계입니다. 그리고 무슨 일이 벌어지냐하면
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they take your e-mail and every letter in your e-mail,
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그 회사에서 여러분의 이메일에 첨부된 부호들을
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they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
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각각 원자 30개짜리 분자 구조로 치환해 줍니다.
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A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
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DNA의 A, T, C, G 각각에 대해서 말입니다. 이것들을 올바른 순서대로 이어붙이고
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and then they send them back to you via FedEx.
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만들어진 것을 여러분께 등기로 보내주죠.
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So you get 250 of these in the mail in little tubes.
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그래서 여러분은 250개의 작은 튜브를 받게 됩니다.
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I mix them together, add a little bit of salt water,
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전 이것들을 모두 섞고, 약간의 소금물도 넣어주고,
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and then add this long strand I was telling you about,
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제가 바이러스로부터 뽑아놨던 아까 말한
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that I've stolen from a virus. And then what happens is,
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아주 긴 DNA 가닥도 더해줍니다. 그러고 나서
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you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
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이 모든 것을 끓는점에 가깝게 가열시킵니다. 그리고 이것을
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to room temperature, and as you do,
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실온으로 식혀주면, 그 과정에서
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what happens is those short strands, they do the following thing:
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무슨 일이 벌어지냐 하면, 짧은 DNA 가닥들이 다음과 같은 일을 합니다.
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each one of them binds that long strand in one place,
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각각의 DNA 가닥들이 저 긴 가닥의 한 부분에 붙고,
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and then has a second half that binds that long strand
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그리고 다른 절반은 긴 가닥의 다른 부분에 붙어서
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in a distant place, and brings those two parts of the long strand
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긴 가닥의 두 부분을 이렇게 서로 가깝게
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close together so that they stick together.
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모아서 서로 붙게 만듭니다.
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And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
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그래서 이 짧은 가닥 250개가 하는 실제적인 일은
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the long strand into the shape that you're looking for.
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긴 가닥을 접어서 우리가 원하는 모양이 되도록 하는 거죠.
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It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
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그렇게 접힌 것은 만들고자 하는 모양과 유사할 겁니다. 실제로 시험관에서 만들면
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In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
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작은 물방울 하나당 이런 놈들 500억 개를 얻을 수 있어요.
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You can look with a microscope and see them on a surface.
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현미경으로 이런 녀석들을 관찰할 수 있죠
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And the neat thing is that if you change the sequence
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멋진 건 뭐냐면, DNA 서열을 바꾸면
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and change the spell, you just change the sequence of the staples.
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즉, 주문을 바꿔서 짧은 DNA 가닥들의 서열을 바꾸면
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You can make a molecule that looks like this, and, you know,
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이렇게 생긴 분자도 만들 수 있구요,
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he likes to hang out with his buddies, right.
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보시다시피, 친구들이랑 노는 것을 좋아하는군요, 그쵸?
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And a lot of them are actually pretty good.
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그리고 대부분은 아주 잘 만들어 집니다.
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If you change the spell again, you change the sequence again.
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주문을 다시 바꾸면, DNA 서열을 다시 바꾸게 되고
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You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
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이렇게 멋진 130나노미터 크기의 삼각형이 만들어지죠.
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you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
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이런 식으로 계속 하면 임의의 패턴도 만들 수 있습니다.
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you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
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그래서 직사각형 위에 아메리카 대륙이나 DNA라는 글자를 넣을 수 있죠
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So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
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이게 "DNA 접기" 방법입니다. 이건 한 가지 방법이구요, 사실 DNA로
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of casting molecular spells using DNA.
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분자 주문을 외는 데에는 여러 가지 방법이 있습니다.
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What we really want to do in the end is learn how to program
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우리가 결국 하고 싶은 것은 자기조립을 어떻게 프로그램할지 배워서
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self-assembly so that we can build anything, right?
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어떤 것이든 만드는 것입니다, 그쵸?
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We want to be able to build technological artifacts
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저희는 세상에 도움이 될 과학 기술의 인공물을
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that are maybe good for the world. We want to learn
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만들 수 있기를 원합니다. 저희는 사람이나 고래, 나무 같은
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how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
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267000
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생물학적인 인공물을 만드는 방법을 익히고 싶습니다.
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And if it's the case that we can reach that level of complexity,
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우리가 그렇게 복잡한 것을 만들 수 있는 수준에 도달할 수 있다면,
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if our ability to program molecules gets to be that good,
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정말 분자를 프로그램하는 능력이 그 정도까지 훌륭할 수 있다면,
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then that will truly be magic. Thank you very much.
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278000
3000
그건 정말 마법이 될 것입니다. 대단히 감사합니다.
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(Applause)
100
281000
1000
(박수)
ABOUT THE SPEAKER
Paul Rothemund - DNA origamistPaul 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.
Paul Rothemund | Speaker | TED.com