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.

More profile about the speaker
Paul Rothemund | Speaker | TED.com
TED2007

Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles

Paul Rothemund spreekt een spreuk met DNA

Filmed:
471,278 views

Paul Rothemund schrijft code die ervoor zorgt dat DNA zichzelf vouwt in de vorm van een ster, een smiley en nog meer. Natuurlijk is het een stunt, maar het is ook een demonstratie van zelfassemblage op de kleinst mogelijke schaal -- met enorme implicaties voor toekomstige productieprocessen.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:26
There's an ancientoude and universaluniverseel conceptconcept that wordstekst have powermacht,
0
1000
4000
Er is een oud en universeel concept dat woorden macht hebben,
00:30
that spellsspreuken existbestaan, and that if we could only pronounceuitspreken the right wordstekst,
1
5000
4000
dat spreuken bestaan en als we maar de juiste woorden zouden spreken,
00:34
then -- whoooshwhooosh -- you know, an avalanchelawine would come
2
9000
2000
dan whooosh! Dan zou er een lawine komen
00:36
and wipevegen out the hobbitsHobbits, right? So this is a very attractiveaantrekkelijk ideaidee
3
11000
5000
en de hobbits vernietigen, toch? Dus dit is een zeer aantrekkelijk idee
00:41
because we're very lazylui, like the sorcerer'sSorcerer's apprenticeleerling,
4
16000
2000
omdat we erg lui zijn, net als de tovenaarsleerling
00:43
or the world's's werelds greatestbeste computercomputer programmerprogrammeur.
5
18000
2000
of 's werelds grootste computerprogrammeur.
00:45
And so this ideaidee has a lot of tractiontractie with us.
6
20000
2000
En ja, dit idee raakt ons.
00:47
We love the ideaidee that wordstekst, when pronounceduitgesproken --
7
22000
2000
We houden van het idee dat woorden, wanneer uitgesproken --
00:49
they're just little more than purezuiver informationinformatie,
8
24000
2000
ze zijn slechts net iets meer dan pure informatie,
00:51
but they evokeoproepen some physicalfysiek actionactie
9
26000
1000
maar ze roepen een fysieke actie op
00:53
in the realecht worldwereld- that helpshelpt us do work.
10
28000
1000
in de echte wereld, waar we iets mee kunnen.
00:54
And so, of courseCursus, with lots of programmableprogrammeerbare computerscomputers
11
29000
3000
En ja, natuurlijk, met veel programmeerbare computers
00:57
and robotsrobots around this is an easygemakkelijk thing to pictureafbeelding.
12
32000
3000
en robots, is dit makkelijk voor te stellen.
01:00
So how manyveel of you know what I'm talkingpratend about?
13
35000
2000
Dus hoe velen van jullie weten waar ik het over heb?
01:02
RaiseVerhogen your right handhand-. OK. How manyveel of you
14
37000
1000
Toon je rechterhand. Oké. Hoeveel van jullie
01:03
don't know what I'm talkingpratend about? RaiseVerhogen your left handhand-.
15
38000
3000
weten niet waar ik het over heb? Toon je linkerhand. Oké.
01:06
So that's great. So that was too easygemakkelijk.
16
41000
3000
Dat is geweldig. Dat was te makkelijk.
01:09
You guys have very insecureonzeker computerscomputers, OK?
17
44000
3000
Jullie hebben zeer onzekere computers, oké?
01:12
So now, the thing is that this is a differentverschillend kindsoort of spellspell.
18
47000
5000
Dus nu, het punt is dat dit een ander soort betovering is.
01:17
This is a computercomputer programprogramma madegemaakt of zerosnullen and onesdegenen.
19
52000
1000
Dit is een computerprogramma gemaakt van nullen en enen.
01:18
It can be pronounceduitgesproken on a computercomputer. It does something like this.
20
53000
3000
Het kan worden uitgesproken op een computer. Het doet iets als dit.
01:21
The importantbelangrijk thing is we can writeschrijven it in a high-levelhoog niveau languagetaal.
21
56000
2000
Het belangrijkste is dat we kunnen programmeren in een high-level taal.
01:23
A computercomputer magiciangoochelaar can writeschrijven this thing.
22
58000
3000
Een computergoochelaar kan dit schrijven.
01:26
It can be compiledgecompileerd into this -- into zerosnullen and onesdegenen --
23
61000
3000
Het kan worden samengesteld -- in nullen en enen --
01:29
and pronounceduitgesproken by a computercomputer.
24
64000
1000
en uitgesproken door een computer.
01:30
And that's what makesmerken computerscomputers powerfulkrachtig:
25
65000
1000
En dat maakt computers krachtig:
01:32
these high-levelhoog niveau languagestalen that can be compiledgecompileerd.
26
67000
2000
deze high-level talen die kunnen worden opgesteld.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computercomputer
27
69000
3000
En ja, ik ben hier om te vertellen, dat je geen computer nodig hebt
01:37
to actuallywerkelijk have a spellspell. In factfeit, what you can do
28
72000
3000
om een spreuk uit te voeren. In feite, wat je kunt doen
01:40
at the molecularmoleculair levelniveau is that if you encodecoderen informationinformatie --
29
75000
3000
op moleculair niveau is dat als je informatie codeert--
01:43
you encodecoderen a spellspell or programprogramma as moleculesmoleculen --
30
78000
2000
je codeert een spreuk of een programma als moleculen --
01:46
then physicsfysica can actuallywerkelijk directlydirect interpretinterpreteren that informationinformatie
31
81000
3000
dan kan de natuurkunde die informatie direct interpreteren
01:49
and runrennen a programprogramma. That's what happensgebeurt in proteinseiwitten.
32
84000
2000
en uitvoeren. Dat gebeurt ook in eiwitten.
01:52
When this aminoamino acidzuur sequencevolgorde getskrijgt pronounceduitgesproken as atomsatomen,
33
87000
2000
Wanneer de aminozuurvolgorde wordt uitgesproken als atomen,
01:55
these little lettersbrieven are stickykleverig for eachelk other.
34
90000
2000
plakken deze kleine letters aan elkaar.
01:57
It collapsesinstort into a three-dimensionaldriedimensionaal shapevorm that turnsbochten it into
35
92000
3000
Het vouwt zich in een driedimensionale vorm die het verandert in
02:00
a nanomachinenanomachine that actuallywerkelijk cutsbezuinigingen DNADNA.
36
95000
2000
een nanomachine die DNA knipt.
02:02
And the interestinginteressant thing is that if you changeverandering the sequencevolgorde,
37
97000
3000
En het interessante is dat als je de volgorde verandert,
02:05
you changeverandering the three-dimensionaldriedimensionaal foldingvouwen.
38
100000
2000
je het driedimensionale vouwen verandert.
02:07
You get now a DNADNA staplernietmachine insteadin plaats daarvan. These are the kindsoort of
39
102000
3000
Je krijgt nu een DNA-nietmachine. Dit zijn het soort
02:10
molecularmoleculair programsprogramma's that we want to be ablein staat to writeschrijven,
40
105000
2000
moleculaire programma's die we willen schrijven,
02:12
but the problemprobleem is, we don't know the machinemachine languagetaal of
41
107000
2000
maar het probleem is, we kennen niet de machinetaal van de
02:14
proteinseiwitten. We don't have a compilercompiler for proteinseiwitten.
42
109000
2000
eiwitten; we hebben geen samensteller voor eiwitten.
02:17
So I've joinedtoegetreden a growinggroeiend bandband of people that try to make
43
112000
2000
Dus kwam ik bij een groeiende groep mensen die pogen
02:19
molecularmoleculair spellsspreuken usinggebruik makend van DNADNA. We use DNADNA because it's cheapergoedkoper.
44
114000
3000
moleculaire spreuken met DNA te maken. We gebruiken DNA, omdat het goedkoper is.
02:23
It's easiergemakkelijker to handlehandvat. It's something that we understandbegrijpen really well.
45
118000
2000
Het is gemakkelijker te hanteren. Het is iets dat we heel goed begrijpen
02:25
We understandbegrijpen it so well, in factfeit, that we think we can actuallywerkelijk writeschrijven
46
120000
4000
We begrijpen het zo goed dat we nu kunnen beginnen met maken van
02:29
programmingprogrammering languagestalen for DNADNA and have molecularmoleculair compilerscompilers.
47
124000
3000
programmeertalen voor DNA en we hebben moleculaire samenstellers.
02:32
So then, we think we can do that. And my first questionvraag doing this --
48
127000
4000
Dus dat kunnen we nu. En mijn eerste vraag hierin was:
02:36
or one of my questionsvragen doing this -- was how can you make
49
131000
1000
Hoe maak je
02:38
an arbitraryarbitrair shapevorm or patternpatroon out of DNADNA? And I decidedbeslist to use
50
133000
3000
een willekeurige vorm of patroon van DNA? Ik gebruik
02:41
a typetype of DNADNA origamiOrigami, where you take a long strandstrand of DNADNA
51
136000
3000
een soort van DNA-origami, een lange streng van DNA
02:44
and foldvouwen it into whateverwat dan ook shapevorm or patternpatroon you mightmacht want.
52
139000
3000
en vouw het in elke vorm of patroon die je zou willen.
02:47
So here'shier is a shapevorm. I actuallywerkelijk spentdoorgebracht about a yearjaar in my home,
53
142000
3000
Dus hier is een vorm. Dit heeft me ongeveer een jaar gekost,
02:50
in my underwearondergoed, codingcodering, like LinusLinus [TorvaldsTorvalds], in that pictureafbeelding before.
54
145000
3000
in mijn ondergoed, programmerend, zoals Linus [Torvalds], in dat beeld eerder.
02:54
And this programprogramma takes a shapevorm, spitsspits out 250 DNADNA sequencessequenties.
55
149000
3000
En dit programma neemt een vorm en maakt 250 DNA-sequenties.
02:57
These shortkort DNADNA sequencessequenties are what are going to foldvouwen the long strandstrand
56
152000
3000
Deze korte DNA-sequenties vormen dan de lange keten
03:00
into this shapevorm that we want to make. So you sendsturen an e-maile-mail
57
155000
3000
in de vorm die we willen maken. Dus u stuurt een e-mail
03:03
with these sequencessequenties in it to a companybedrijf, and what it does --
58
158000
3000
met deze sequenties aan een bedrijf, en wat zij doen --
03:07
the companybedrijf pronouncesuitspreekt them on a DNADNA synthesizersynthesizer.
59
162000
1000
het bedrijf maakt het DNA.
03:09
It's a machinemachine about the sizegrootte of a photocopierkopieermachine. And what happensgebeurt is,
60
164000
3000
Met een machine zo groot als een kopieerapparaat. En wat er gebeurt is,
03:12
they take your e-maile-mail and everyelk letterbrief in your e-maile-mail,
61
167000
2000
zij nemen je e-mail en elke letter in de e-mail
03:14
they replacevervangen with 30-atom-Atoom clusterTROS -- one for eachelk letterbrief,
62
169000
3000
vervangen ze met een 30-atoom cluster, één voor elke letter,
03:17
A, T, C, and G in DNADNA. They stringdraad them up in the right sequencevolgorde,
63
172000
3000
A, T, C en G in het DNA. Ze zetten ze in de juiste volgorde,
03:21
and then they sendsturen them back to you viavia FedExFedEx.
64
176000
1000
en dan sturen ze het terug via FedEx.
03:23
So you get 250 of these in the mailmail in little tubestubes.
65
178000
1000
Dus krijg je 250 hiervan in de post in kleine buizen.
03:25
I mixmengen them togethersamen, addtoevoegen a little bitbeetje of saltzout waterwater,
66
180000
3000
Ik meng ze samen, voeg een beetje zout water toe
03:28
and then addtoevoegen this long strandstrand I was tellingvertellen you about,
67
183000
2000
en daarna voeg ik een lange streng toe waarover ik eerder vertelde,
03:30
that I've stolengestolen from a virusvirus. And then what happensgebeurt is,
68
185000
2000
die ik heb gestolen van een virus. En wat er dan gebeurt is,
03:33
you heatwarmte this wholegeheel thing up to about boilingkookpunt. You coolkoel it down
69
188000
3000
je warmt dit hele ding tot het bijna kookt. Je laat het afkoelen
03:37
to roomkamer temperaturetemperatuur-, and as you do,
70
192000
1000
tot kamertemperatuur. Als je dat doet,
03:38
what happensgebeurt is those shortkort strandsstrengen, they do the followingvolgend thing:
71
193000
2000
doen deze korte strengen het volgende:
03:41
eachelk one of them bindsbindt that long strandstrand in one placeplaats,
72
196000
3000
ieder van hen bindt die lange streng op één plaats,
03:44
and then has a secondtweede halfvoor de helft that bindsbindt that long strandstrand
73
199000
2000
dan bindt de andere helft die lange streng
03:47
in a distantafgelegen placeplaats, and bringsbrengt those two partsonderdelen of the long strandstrand
74
202000
3000
op een andere plaats en brengt deze twee delen van de lange streng
03:50
closedichtbij togethersamen so that they stickstok togethersamen.
75
205000
2000
dicht bij elkaar, zodat ze aan elkaar vastkleven.
03:52
And so the netnetto- effecteffect of all 250 of these strandsstrengen is to foldvouwen
76
207000
3000
En dus het netto-effect van alle 250 van deze gebieden
03:55
the long strandstrand into the shapevorm that you're looking for.
77
210000
4000
is dat de lange streng zich vouwt in de gewenste vorm.
03:59
It'llItll approximatebij benadering that shapevorm. We do this for realecht in the testtest tubebuis.
78
214000
3000
Het krijgt ongeveer die vorm. We doen dit al in reageerbuizen.
04:02
In eachelk little droplaten vallen of waterwater you get 50 billionmiljard of these guys.
79
217000
3000
In elke druppel water krijg je 50 miljard van deze vormpjes.
04:05
You can look with a microscopeMicroscoop and see them on a surfaceoppervlak.
80
220000
2000
Je kunt ze met een microscoop bekijken op een oppervlak.
04:08
And the neatnetjes thing is that if you changeverandering the sequencevolgorde
81
223000
1000
En het leuke is dat als je de volgorde verandert en
04:09
and changeverandering the spellspell, you just changeverandering the sequencevolgorde of the staplesnietjes.
82
224000
4000
de spreuk aanpast, dan verander je de sequentie van de nietjes
04:13
You can make a moleculemolecuul that lookslooks like this, and, you know,
83
228000
3000
Je kunt dan een molecuul maken die hierop lijkt,
04:16
he likessympathieën to hanghangen out with his buddiesvrienden, right.
84
231000
2000
en hij heeft graag vriendjes om zich heen.
04:19
And a lot of them are actuallywerkelijk prettymooi good.
85
234000
1000
Veel zijn best goed gelukt.
04:21
If you changeverandering the spellspell again, you changeverandering the sequencevolgorde again.
86
236000
2000
Met een andere spreuk verander je weer de vorm
04:23
You get really niceleuk 130 nanometernanometer trianglesdriehoeken. If you do it again,
87
238000
4000
Je krijgt mooie 130 nanometer driehoeken. Of bijvoorbeeld
04:27
you can get arbitraryarbitrair patternspatronen. So on a rectanglerechthoek
88
242000
3000
willekeurige patronen. Dus op een rechthoek
04:30
you can paintverf patternspatronen of NorthNoord and SouthSouth AmericaAmerika, or the wordstekst, "DNADNA."
89
245000
5000
maak je Noord-en Zuid-Amerika, of de woorden "DNA."
04:35
So that's DNADNA origamiOrigami. That's one way. There are manyveel waysmanieren
90
250000
4000
Dus dat is DNA-origami. Dat is één manier. Er zijn meer manieren
04:39
of castinggieten molecularmoleculair spellsspreuken usinggebruik makend van DNADNA.
91
254000
3000
om met DNA spreuken te maken.
04:42
What we really want to do in the endeinde is learnleren how to programprogramma
92
257000
3000
Ons einddoel is te begrijpen hoe we zelf-assemblage
04:45
self-assemblyzelfassemblage so that we can buildbouwen anything, right?
93
260000
3000
kunnen programmeren, zodat we alles kunnen maken, zie je?
04:48
We want to be ablein staat to buildbouwen technologicaltechnologisch artifactsartefacten
94
263000
2000
We willen in staat zijn om technologische artefacten bouwen
04:50
that are maybe good for the worldwereld-. We want to learnleren
95
265000
2000
die misschien goed zijn voor de wereld. We willen leren
04:52
how to buildbouwen biologicalbiologisch artifactsartefacten, like people and whaleswalvissen and treesbomen.
96
267000
4000
biologische artefacten te maken, zoals mensen en walvissen en bomen.
04:57
And if it's the casegeval that we can reachberijk that levelniveau of complexityingewikkeldheid,
97
272000
2000
En als we zoiets ingewikkelds kunnen maken,
04:59
if our abilityvermogen to programprogramma moleculesmoleculen getskrijgt to be that good,
98
274000
3000
als onze vaardigheden zich zover ontwikkelen,
05:03
then that will trulywerkelijk be magicmagie. Thank you very much.
99
278000
3000
dan hebben we échte magie in handen. Hartelijk dank.
05:06
(ApplauseApplaus)
100
281000
1000
(Applaus)
Translated by Rudolf Penninkhof
Reviewed by Jan Willem Rozema

▲Back to top

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.

More profile about the speaker
Paul Rothemund | Speaker | TED.com