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

Поль Ротмунд делает заклинания с помощью ДНК

Filmed:
471,278 views

Поль Ротмунд пишет программы, выстраивающие ДНК в виде звёздочки, улыбки и пр. Трюк, несомненно, но он показывает систему самоорганизации в мельчайшем масштабе, а это раскрывает колоссальный потенциал производства в будущем.
- 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 ancientдревний and universalуниверсальный conceptконцепция that wordsслова have powerмощность,
0
1000
4000
С древности существует универсальная идея о том, что слова имеют силу,
00:30
that spellsзаклинания existсуществовать, and that if we could only pronounceпроизносить the right wordsслова,
1
5000
4000
силу заклинания, что если произнести нужные слова,
00:34
then -- whoooshwhooosh -- you know, an avalancheлавина would come
2
9000
2000
то тогда со свистом сойдет лавина
00:36
and wipeпротирать out the hobbitsхоббиты, right? So this is a very attractiveпривлекательный ideaидея
3
11000
5000
и сметет все вокруг. Мысль весьма привлекательна:
00:41
because we're very lazyленивый, like the sorcerer'sколдуна apprenticeподмастерье,
4
16000
2000
ведь каждый из нас ленив, как Ученик Чародея, или как
00:43
or the world'sв мире greatestвеличайший computerкомпьютер programmerпрограммист.
5
18000
2000
величайший в мире программист [на фото– Линус Торвальдс]
00:45
And so this ideaидея has a lot of tractionтяговый with us.
6
20000
2000
Эта мысль приобрела среди нас притягательную силу.
00:47
We love the ideaидея that wordsслова, when pronouncedвыраженный --
7
22000
2000
Нам понравилось, что сказанное слово –
00:49
they're just little more than pureчистый informationИнформация,
8
24000
2000
а слова лишь немного больше, чем чистая информация – вызывает
00:51
but they evokeвызывать some physicalфизическое actionдействие
9
26000
1000
физическое действие в реальном мире
00:53
in the realреальный worldМир that helpsпомогает us do work.
10
28000
1000
и помогает нам чего-то добиться.
00:54
And so, of courseкурс, with lots of programmableпрограммируемый computersкомпьютеры
11
29000
3000
Конечно, при обилии компьютеров и роботов,
00:57
and robotsроботы around this is an easyлегко thing to pictureкартина.
12
32000
3000
это нетрудно себе представить.
01:00
So how manyмногие of you know what I'm talkingговорящий about?
13
35000
2000
Кто понимает, о чём речь – поднимите
01:02
Raiseподнимать your right handрука. OK. How manyмногие of you
14
37000
1000
правую руку. Прекрасно.
01:03
don't know what I'm talkingговорящий about? Raiseподнимать your left handрука.
15
38000
3000
Кто не понимает, о чём речь – поднимите левую руку. Прекрасно.
01:06
So that's great. So that was too easyлегко.
16
41000
3000
Очень хорошо. Это было совсем несложно.
01:09
You guys have very insecureнебезопасный computersкомпьютеры, OK?
17
44000
3000
Скажу вам, что ваши компьютеры очень ненадёжны.
01:12
So now, the thing is that this is a differentдругой kindсвоего рода of spellорфографии.
18
47000
5000
Дело в том, что речь идёт о совершенно другом заклинании – о составленной
01:17
This is a computerкомпьютер programпрограмма madeсделал of zerosнули and onesте,.
19
52000
1000
из нулей и единиц программе.
01:18
It can be pronouncedвыраженный on a computerкомпьютер. It does something like this.
20
53000
3000
Его можно «произнести» на компьютере и оно сотворит, например, вот это.
01:21
The importantважный thing is we can writeзаписывать it in a high-levelвысокий уровень languageязык.
21
56000
2000
А главное – его можно записать на языке высокого уровня.
01:23
A computerкомпьютер magicianволшебник can writeзаписывать this thing.
22
58000
3000
Компьютерный чародей может написать заклинание,
01:26
It can be compiledскомпилированный into this -- into zerosнули and onesте, --
23
61000
3000
оно будет скомпилировано в нули и единицы и будет
01:29
and pronouncedвыраженный by a computerкомпьютер.
24
64000
1000
«произнесено» на компьютере.
01:30
And that's what makesмарки computersкомпьютеры powerfulмощный:
25
65000
1000
Сила компьютеров в том, что
01:32
these high-levelвысокий уровень languagesязыки that can be compiledскомпилированный.
26
67000
2000
они могут компилировать языки высокого уровня
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computerкомпьютер
27
69000
3000
Так я вам вот что скажу: чтобы делать заклинания
01:37
to actuallyна самом деле have a spellорфографии. In factфакт, what you can do
28
72000
3000
компьютер совсем не нужен. На самом деле,
01:40
at the molecularмолекулярная levelуровень is that if you encodeшифровать informationИнформация --
29
75000
3000
информацию можно кодировать на молекулярном уровне –
01:43
you encodeшифровать a spellорфографии or programпрограмма as moleculesмолекулы --
30
78000
2000
заклинание или программа кодируется в виде молекул –
01:46
then physicsфизика can actuallyна самом деле directlyнепосредственно interpretинтерпретировать that informationИнформация
31
81000
3000
а затем физические свойства интерпретируют информацию напрямую,
01:49
and runбег a programпрограмма. That's what happensпроисходит in proteinsбелки.
32
84000
2000
в результате чего запускается программа. Так работает белок.
01:52
When this aminoамино- acidкислота sequenceпоследовательность getsполучает pronouncedвыраженный as atomsатомы,
33
87000
2000
Когда эта последовательность аминокислот «произносится»
01:55
these little lettersбуквы are stickyлипкий for eachкаждый other.
34
90000
2000
в виде атомов – а эти буквы между собой склеиваются, – то
01:57
It collapsesобвалы into a three-dimensionalтрехмерный shapeформа that turnsвитки it into
35
92000
3000
последовательность сворачивается в трёхмерную форму, которая превращается
02:00
a nanomachineнаномашина that actuallyна самом деле cutsпорезы DNAДНК.
36
95000
2000
нано-механизм по разрезанию ДНК.
02:02
And the interestingинтересно thing is that if you changeизменение the sequenceпоследовательность,
37
97000
3000
Интересно, что если изменить последовательность, то она
02:05
you changeизменение the three-dimensionalтрехмерный foldingскладной.
38
100000
2000
свернётся в другую трёхмерную форму. И теперь уже превратится
02:07
You get now a DNAДНК staplerстэплер insteadвместо. These are the kindсвоего рода of
39
102000
3000
в механизм по скреплению ДНК. Такой тип молекулярных программ
02:10
molecularмолекулярная programsпрограммы that we want to be ableв состоянии to writeзаписывать,
40
105000
2000
мы и хотим научиться писать.
02:12
but the problemпроблема is, we don't know the machineмашина languageязык of
41
107000
2000
Но проблема в том, что мы не знаем машинный язык для белков,
02:14
proteinsбелки. We don't have a compilerкомпилятор for proteinsбелки.
42
109000
2000
у нас нет компилятора для белков.
02:17
So I've joinedприсоединился a growingрост bandгруппа of people that try to make
43
112000
2000
Я присоединился к растущему сообществу тех, кто пытается создать
02:19
molecularмолекулярная spellsзаклинания usingс помощью DNAДНК. We use DNAДНК because it's cheaperболее дешевый.
44
114000
3000
молекулярное заклинание с помощью ДНК. Интерес к ДНК вызван тем, что она дешевле,
02:23
It's easierПолегче to handleручка. It's something that we understandПонимаю really well.
45
118000
2000
с ней легче работать и её устройство достаточно ясно.
02:25
We understandПонимаю it so well, in factфакт, that we think we can actuallyна самом деле writeзаписывать
46
120000
4000
Настолько ясно, что мы готовы создавать
02:29
programmingпрограммирование languagesязыки for DNAДНК and have molecularмолекулярная compilersсоставители.
47
124000
3000
языки программирования для ДНК и молекулярные компиляторы.
02:32
So then, we think we can do that. And my first questionвопрос doing this --
48
127000
4000
Мы считаем, что это возможно. А потому один из моих первых вопросов был:
02:36
or one of my questionsвопросов doing this -- was how can you make
49
131000
1000
Как можно свернуть ДНК
02:38
an arbitraryпроизвольный shapeформа or patternшаблон out of DNAДНК? And I decidedприняли решение to use
50
133000
3000
в произвольную форму или структуру? Я решил воспользоваться
02:41
a typeтип of DNAДНК origamiоригами, where you take a long strandнитка of DNAДНК
51
136000
3000
чем-то типа ДНК оригами: берёшь длинную нить ДНК
02:44
and foldскладка it into whateverбез разницы shapeформа or patternшаблон you mightмог бы want.
52
139000
3000
и складываешь в какую угодно форму или структуру.
02:47
So here'sвот a shapeформа. I actuallyна самом деле spentпотраченный about a yearгод in my home,
53
142000
3000
Вот пример формы. Над составлением кода мне пришлось примерно год попотеть дома,
02:50
in my underwearнижнее белье, codingкодирование, like LinusЛинус [TorvaldsТорвальдс], in that pictureкартина before.
54
145000
3000
в нижнем белье – точно, как Линус Торвальдс на одной из фотографий перед этим.
02:54
And this programпрограмма takes a shapeформа, spitsвертела out 250 DNAДНК sequencesпоследовательности.
55
149000
3000
Итак, задаётся форма и программа составляет 250 коротких последовательностей
02:57
These shortкороткая DNAДНК sequencesпоследовательности are what are going to foldскладка the long strandнитка
56
152000
3000
ДНК, которые в дальнейшем свернут длинную нить ДНК в требуемую форму.
03:00
into this shapeформа that we want to make. So you sendОтправить an e-mailЭл. почта
57
155000
3000
Есть компания, которая занимается вот чем. Посылаешь электронное письмо
03:03
with these sequencesпоследовательности in it to a companyКомпания, and what it does --
58
158000
3000
со своей последовательностью и они её «произносят»
03:07
the companyКомпания pronouncesПроизносит them on a DNAДНК synthesizerсинтезатор.
59
162000
1000
на синтезаторе ДНК.
03:09
It's a machineмашина about the sizeразмер of a photocopierфотокопировальное устройство. And what happensпроисходит is,
60
164000
3000
Этот прибор, размером с фотокопировальную машину,
03:12
they take your e-mailЭл. почта and everyкаждый letterписьмо in your e-mailЭл. почта,
61
167000
2000
заменяет каждую указанную в сообщении букву,
03:14
they replaceзамещать with 30-atom-атом clusterкластер -- one for eachкаждый letterписьмо,
62
169000
3000
на набор из 30-и атомов, для каждой буквы свой:
03:17
A, T, C, and G in DNAДНК. They stringстрока them up in the right sequenceпоследовательность,
63
172000
3000
A, T, C, и G – как в ДНК. Выстроенные в требуемые последовательности наборы
03:21
and then they sendОтправить them back to you viaс помощью FedExFedEx.
64
176000
1000
отсылаются срочной почтой FedEx.
03:23
So you get 250 of these in the mailпочта in little tubesтрубы.
65
178000
1000
В посылке их 250 штук в пробирках.
03:25
I mixсмешивание them togetherвместе, addДобавить a little bitнемного of saltповаренная соль waterводы,
66
180000
3000
Перемешиваешь, заливаешь немного солёной воды,
03:28
and then addДобавить this long strandнитка I was tellingговоря you about,
67
183000
2000
добавляешь ту длинную нить, о которой я говорил –
03:30
that I've stolenпохищенный from a virusвирус. And then what happensпроисходит is,
68
185000
2000
я её изъял у вируса. Затем нагреваешь смесь до почти кипения,
03:33
you heatвысокая температура this wholeвсе thing up to about boilingкипение. You coolкруто it down
69
188000
3000
охлаждаешь до комнатной температуры и,
03:37
to roomкомната temperatureтемпература, and as you do,
70
192000
1000
по мере остывания,
03:38
what happensпроисходит is those shortкороткая strandsпряди, they do the followingследующий thing:
71
193000
2000
короткие нити делают вот что:
03:41
eachкаждый one of them bindsсвязывает that long strandнитка in one placeместо,
72
196000
3000
каждая скрепляется с длинной нитью в определённом месте одним концом,
03:44
and then has a secondвторой halfполовина that bindsсвязывает that long strandнитка
73
199000
2000
а другим концом – с другим участком той же длинной нити,
03:47
in a distantотдаленный placeместо, and bringsприносит those two partsчасти of the long strandнитка
74
202000
3000
что сводит две части длинной нити вместе
03:50
closeЗакрыть togetherвместе so that they stickпридерживаться togetherвместе.
75
205000
2000
и они склеиваются.
03:52
And so the netсеть effectэффект of all 250 of these strandsпряди is to foldскладка
76
207000
3000
В результате 250 коротких нитей складывают
03:55
the long strandнитка into the shapeформа that you're looking for.
77
210000
4000
длинную нить в соответствующий вид, и получается
03:59
It'llЭто будет approximateприближенный that shapeформа. We do this for realреальный in the testконтрольная работа tubeтрубка.
78
214000
3000
приближение к заданной форме. Мы реально достигаем это в пробирке.
04:02
In eachкаждый little dropпадение of waterводы you get 50 billionмиллиард of these guys.
79
217000
3000
В каждой капле воды – 50 миллиардов этих штучек.
04:05
You can look with a microscopeмикроскоп and see them on a surfaceповерхность.
80
220000
2000
Через микроскоп можно увидеть их на [фоне] поверхности.
04:08
And the neatаккуратный thing is that if you changeизменение the sequenceпоследовательность
81
223000
1000
Особенно интересна
04:09
and changeизменение the spellорфографии, you just changeизменение the sequenceпоследовательность of the staplesскрепок.
82
224000
4000
возможность изменить заклинание – это изменит последовательность скрепок.
04:13
You can make a moleculeмолекула that looksвыглядит like this, and, you know,
83
228000
3000
Можно сделать молекулу такого вида и, оказывается,
04:16
he likesнравится to hangвешать out with his buddiesприятелями, right.
84
231000
2000
она стремится болтаться с себе подобными. Многие из них
04:19
And a lot of them are actuallyна самом деле prettyСимпатичная good.
85
234000
1000
получились весьма неплохо.
04:21
If you changeизменение the spellорфографии again, you changeизменение the sequenceпоследовательность again.
86
236000
2000
Снова изменишь заклинание – снова изменится последовательность и
04:23
You get really niceхороший 130 nanometerнанометр trianglesтреугольники. If you do it again,
87
238000
4000
получишь прелестные треугольники длиной в 130 нанометров. Измени ещё раз –
04:27
you can get arbitraryпроизвольный patternsузоры. So on a rectangleпрямоугольник
88
242000
3000
получишь произвольную форму. Можно на фоне прямоугольника
04:30
you can paintпокрасить patternsузоры of Northсевер and Southюг AmericaАмерика, or the wordsслова, "DNAДНК."
89
245000
5000
нарисовать образ Северной и Южной Америки, или слова «ДНК».
04:35
So that's DNAДНК origamiоригами. That's one way. There are manyмногие waysпути
90
250000
4000
Вот что такое ДНК оригами. Это один из способов – а их много –
04:39
of castingКастинг molecularмолекулярная spellsзаклинания usingс помощью DNAДНК.
91
254000
3000
делать молекулярные заклинания с помощью ДНК.
04:42
What we really want to do in the endконец is learnучить how to programпрограмма
92
257000
3000
На самом деле наша конечная цель – научиться программировать
04:45
self-assemblyсамосборка so that we can buildстроить anything, right?
93
260000
3000
самосборку, что откроет возможность строить что угодно.
04:48
We want to be ableв состоянии to buildстроить technologicalтехнологический artifactsартефакты
94
263000
2000
Мы хотим строить объекты технологии –
04:50
that are maybe good for the worldМир. We want to learnучить
95
265000
2000
от этого будет польза всем.
04:52
how to buildстроить biologicalбиологический artifactsартефакты, like people and whalesкиты and treesдеревья.
96
267000
4000
Хотим научиться строить объекты биологии – людей, китов, деревья.
04:57
And if it's the caseдело that we can reachдостичь that levelуровень of complexityсложность,
97
272000
2000
И если нам удастся достичь этого уровня сложности,
04:59
if our abilityспособность to programпрограмма moleculesмолекулы getsполучает to be that good,
98
274000
3000
если наша способность программировать молекулы будет настолько успешна,
05:03
then that will trulyдействительно be magicмагия. Thank you very much.
99
278000
3000
то это реально станет чародейством. Благодарю вас.
05:06
(ApplauseАплодисменты)
100
281000
1000
(Аплодисменты)
Translated by Namik Kasumov
Reviewed by Paul Shoust

▲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