TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
Paul Rothemund trollbinder med DNA
Filmed:
Readability: 3.6
471,278 views
Paul Rothemund skriver kod som gör att DNA formar sig till en stjärna, en smiley och mer. Visst, det är ett konststycke, men det är också en demonstration av självmontering i den minsta av skalor - med enorma konsekvenser för framtidens skapande.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:26
There's an ancient and universal concept that words have power,
0
1000
4000
Det finns ett uråldrigt och universellt koncept att ord har kraft,
00:30
that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
1
5000
4000
att trollformler existerar, och om vi endast kunde uttala de rätta orden,
00:34
then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
2
9000
2000
så, svisch! Och en lavin skulle komma
00:36
and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
3
11000
5000
och utplåna hobbitarna, eller hur? Det här är en väldigt tilltalande idé
00:41
because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
4
16000
2000
eftersom vi är väldigt lata, ungefär som trollkarlens lärling,
00:43
or the world's greatest computer programmer.
5
18000
2000
eller världens bästa datorprogrammerare.
00:45
And so this idea has a lot of traction with us.
6
20000
2000
Och därför har idén stor dragkraft hos oss.
00:47
We love the idea that words, when pronounced --
7
22000
2000
Vi älskar idén att ord, när de uttalas
00:49
they're just little more than pure information,
8
24000
2000
inte är mycket mer än ren information,
00:51
but they evoke some physical action
9
26000
1000
men att de frammanar någon fysisk reaktion
00:53
in the real world that helps us do work.
10
28000
1000
i den verkliga världen som hjälper oss att arbeta.
00:54
And so, of course, with lots of programmable computers
11
29000
3000
Och när man har massvis med programmerbara datorer
00:57
and robots around this is an easy thing to picture.
12
32000
3000
och robotar omkring sig så är det en lätt sak att föreställa sig.
01:00
So how many of you know what I'm talking about?
13
35000
2000
Så, hur många av er förstår vad jag pratar om?
01:02
Raise your right hand. OK. How many of you
14
37000
1000
Lyft er högra hand. OK. Hur många av er
01:03
don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
15
38000
3000
vet inte vad jag pratar om? Lyft er vänsta hand. OK.
01:06
So that's great. So that was too easy.
16
41000
3000
Okej, bra. Det där var för enkelt.
01:09
You guys have very insecure computers, OK?
17
44000
3000
Ni har väldigt osäkra datorer, eller hur?
01:12
So now, the thing is that this is a different kind of spell.
18
47000
5000
Så, saken är den att det här är en annan sorts trollformel.
01:17
This is a computer program made of zeros and ones.
19
52000
1000
Det är ett datorprogram, uppbyggt av ettor och nollor.
01:18
It can be pronounced on a computer. It does something like this.
20
53000
3000
Det kan "uttalas" av en dator och gör något sånt här.
01:21
The important thing is we can write it in a high-level language.
21
56000
2000
Det viktiga är att vi kan skriva det i ett högnivåspråk.
01:23
A computer magician can write this thing.
22
58000
3000
En "datormagiker" kan skriva sånt.
01:26
It can be compiled into this -- into zeros and ones --
23
61000
3000
Det kan kompileras till det här -- till ettor och nollor --
01:29
and pronounced by a computer.
24
64000
1000
och "uttalas" av en dator.
01:30
And that's what makes computers powerful:
25
65000
1000
Och det är det som gör datorer kraftfulla:
01:32
these high-level languages that can be compiled.
26
67000
2000
den här typen av högnivåspråk som kan kompileras.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
27
69000
3000
Så, jag är här för att berätta för er att ni inte behöver någon dator
01:37
to actually have a spell. In fact, what you can do
28
72000
3000
för att faktiskt ha en trollformel. Faktum är att det du kan göra
01:40
at the molecular level is that if you encode information --
29
75000
3000
på molekylnivå är att om du kodar in information -
01:43
you encode a spell or program as molecules --
30
78000
2000
om du kodar en trollformel eller ett program som molekyler -
01:46
then physics can actually directly interpret that information
31
81000
3000
så kan fysiken faktiskt direkt tolka den informationen
01:49
and run a program. That's what happens in proteins.
32
84000
2000
och köra ett program. Det är det som händer i proteiner.
01:52
When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
33
87000
2000
När den här sekvensen av aminosyror "uttalas" som atomer,
01:55
these little letters are sticky for each other.
34
90000
2000
så fäster de här små bokstäverna i varandra.
01:57
It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
35
92000
3000
Allt kollapsar i en tredimensionell form som omvandlas till
02:00
a nanomachine that actually cuts DNA.
36
95000
2000
en nanomaskin som faktiskt klipper i DNA.
02:02
And the interesting thing is that if you change the sequence,
37
97000
3000
Och det intressanta är att om du ändrar sekvensen,
02:05
you change the three-dimensional folding.
38
100000
2000
så ändrar du den tredimensionella vikningen.
02:07
You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
39
102000
3000
Du får nu en DNA-häftapparat i stället. De här är den typ av
02:10
molecular programs that we want to be able to write,
40
105000
2000
molekylprogram som vi vill kunna ha möjligheten att skriva.
02:12
but the problem is, we don't know the machine language of
41
107000
2000
Men problemet är att vi inte kan det maskinnära språket för
02:14
proteins. We don't have a compiler for proteins.
42
109000
2000
proteiner; vi har inte någon kompilator för proteiner.
02:17
So I've joined a growing band of people that try to make
43
112000
2000
Så jag har anslutit mig till en växande skara människor som försöker skapa
02:19
molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
44
114000
3000
molekylära trollformler med DNA. Vi använder DNA för att det är billigare,
02:23
It's easier to handle. It's something that we understand really well.
45
118000
2000
det är lättare att hantera och det är något som vi förstår väldigt väl.
02:25
We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
46
120000
4000
Vi förstår det faktiskt så väl att vi faktiskt tror att vi kan skriva
02:29
programming languages for DNA and have molecular compilers.
47
124000
3000
programmeringsspråk för DNA och ha molekylära kompilatorer.
02:32
So then, we think we can do that. And my first question doing this --
48
127000
4000
Så, vi tror att vi kan göra det. Och min första fråga när jag gjorde det här,
02:36
or one of my questions doing this -- was how can you make
49
131000
1000
eller en av frågorna när jag gjorde det här -- var: Hur kan man skapa
02:38
an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
50
133000
3000
en godtycklig form eller ett godtyckligt mönster av DNA? Och jag valde att använda
02:41
a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
51
136000
3000
en sorts DNA-origami, där man tar en lång sträng av DNA
02:44
and fold it into whatever shape or pattern you might want.
52
139000
3000
och viker den till vilken form eller vilket mönster man nu kan önska sig.
02:47
So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
53
142000
3000
Så, här är en form. Jag spenderade faktiskt omkring ett år hemma,
02:50
in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
54
145000
3000
i mina underkläder, kodandes, precis som Linus [Torvalds] på bilden tidigare.
02:54
And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
55
149000
3000
Och det här programmet tar en form och spottar ut 250 DNA-sekvenser.
02:57
These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
56
152000
3000
Dessa korta DNA-sekvenser är det som kommer att vika den långa strängen
03:00
into this shape that we want to make. So you send an e-mail
57
155000
3000
till den form man vill skapa. Så man sänder ett e-mail
03:03
with these sequences in it to a company, and what it does --
58
158000
3000
med sekvenserna till ett företag, och vad de gör är att --
03:07
the company pronounces them on a DNA synthesizer.
59
162000
1000
företaget "uttalar" dem i en DNA-syntesmaskin.
03:09
It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
60
164000
3000
Maskinen är ungefär lika stor som en kopieringsapparat. Och vad som händer är att
03:12
they take your e-mail and every letter in your e-mail,
61
167000
2000
de tar ditt e-mail och varje bokstav i ditt e-mail
03:14
they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
62
169000
3000
byter de ut mot 30-atomskluster, en för varje bokstav,
03:17
A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
63
172000
3000
A, T, C och G i DNA. De sätter ihop dem i rätt ordning
03:21
and then they send them back to you via FedEx.
64
176000
1000
och skickar tillbaks dem till dig via FedEx [budfirma].
03:23
So you get 250 of these in the mail in little tubes.
65
178000
1000
Så du får med posten 250 stycken av dem i små rör.
03:25
I mix them together, add a little bit of salt water,
66
180000
3000
Man blandar ihop dem, tillsätter lite saltvatten,
03:28
and then add this long strand I was telling you about,
67
183000
2000
och lägger sedan i den långa strängen som jag pratade om,
03:30
that I've stolen from a virus. And then what happens is,
68
185000
2000
som jag stulit från ett virus. Och vad som sedan händer är att
03:33
you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
69
188000
3000
man värmer allt tills det nästan kokar. Du kyler det
03:37
to room temperature, and as you do,
70
192000
1000
till rumstemperatur, och när du gör det
03:38
what happens is those short strands, they do the following thing:
71
193000
2000
så är det som händer att de korta strängarna gör följande sak:
03:41
each one of them binds that long strand in one place,
72
196000
3000
var och en av dem binder den långa strängen på ett ställe,
03:44
and then has a second half that binds that long strand
73
199000
2000
och den andra halvan [av de korta strängarna] binder den långa strängen
03:47
in a distant place, and brings those two parts of the long strand
74
202000
3000
på ett annat ställe, sedan förs de två bitarna av strängen
03:50
close together so that they stick together.
75
205000
2000
nära varandra, så att de fastnar i varandra.
03:52
And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
76
207000
3000
Så sluteffekten blir att alla 250 av de små strängarna används för att vika
03:55
the long strand into the shape that you're looking for.
77
210000
4000
den långa strängen till den form du efterfrågar;
03:59
It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
78
214000
3000
den kommer att approximera formen. Vi gör detta på riktigt i ett provrör.
04:02
In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
79
217000
3000
I varje liten vattendroppe får du 50 miljarder av de här killarna.
04:05
You can look with a microscope and see them on a surface.
80
220000
2000
Du kan med ett mikroskop se på dem på en yta.
04:08
And the neat thing is that if you change the sequence
81
223000
1000
Och det fina med det är att om du ändrar sekvensen
04:09
and change the spell, you just change the sequence of the staples.
82
224000
4000
och ändrar trollformeln så kan du ändra sekvensen av staplarna.
04:13
You can make a molecule that looks like this, and, you know,
83
228000
3000
Du kan skapa en molekyl som ser ut så här. Och, du vet,
04:16
he likes to hang out with his buddies, right.
84
231000
2000
han gillar ju att hänga med sina polare.
04:19
And a lot of them are actually pretty good.
85
234000
1000
Och många av dem är faktiskt ganska bra.
04:21
If you change the spell again, you change the sequence again.
86
236000
2000
Om du ändrar trollformeln igen så ändrar du sekvensen igen.
04:23
You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
87
238000
4000
Du får riktigt fina 130 nanometer stora trianglar. Om du gör det igen
04:27
you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
88
242000
3000
så kan du få godtyckliga mönster. Så på en rektangel
04:30
you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
89
245000
5000
kan du måla mönster av Nord- och Sydamerika, eller orden "DNA."
04:35
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
90
250000
4000
Så det är DNA-origami. Det är ett sätt. Det finns många sätt
04:39
of casting molecular spells using DNA.
91
254000
3000
att kasta molekylära trollformler med DNA.
04:42
What we really want to do in the end is learn how to program
92
257000
3000
Vad vi verkligen vill göra i slutändan är att lära oss hur man programmerar
04:45
self-assembly so that we can build anything, right?
93
260000
3000
självmontering så att vi kan bygga vad som helst, eller hur?
04:48
We want to be able to build technological artifacts
94
263000
2000
Vi vill kunna bygga teknologiska artefakter
04:50
that are maybe good for the world. We want to learn
95
265000
2000
som kanske är bra för världen. Vi vill lära oss
04:52
how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
96
267000
4000
hur vi bygger biologiska artefakter, såsom människor, valar och träd.
04:57
And if it's the case that we can reach that level of complexity,
97
272000
2000
Och om det förfaller sig så att vi kan nå den nivån av komplexitet,
04:59
if our ability to program molecules gets to be that good,
98
274000
3000
om vår förmåga att programmera molekyler blir så bra
05:03
then that will truly be magic. Thank you very much.
99
278000
3000
så kommer det sannerligen att vara magiskt. Tack så mycket.
05:06
(Applause)
100
281000
1000
(Applåder)
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