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

Пол Ротемунд прави заклинание с ДНК

Filmed:
471,278 views

Пол Ротемунд пише код, който кара ДНК да се нареди във формата на зведа, усмихнато лице и други. Разбира се, това е трик, но това е и демонстрация на самостоятелно сглобяване в най-малкък мащаб -- с огромни приложения в бъдеще за правенето на неща.
- 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 ancientдревен and universalуниверсален conceptпонятие that wordsдуми have powerмощност,
0
1000
4000
Има старинна и универсална идея, че думите имат сила,
00:30
that spellsмагии existсъществувам, and that if we could only pronounceпроизнася the right wordsдуми,
1
5000
4000
че заклинанията съществуват, и ако можем само да произнесем правилните думи,
00:34
then -- whoooshпуф -- you know, an avalancheлавина would come
2
9000
2000
тогава, пуф! Знаете ли, лавина може да дойде
00:36
and wipeизтриване out the hobbitsХобити, right? So this is a very attractiveатрактивен ideaидея
3
11000
5000
и да унищожи хобитите, нали? И така, това е много привлекателна идея,
00:41
because we're very lazyмързелив, like the sorcerer'sфилософският apprenticeчирак,
4
16000
2000
понеже ние сме много мързеливи, като чирака на магьосника,
00:43
or the world'sв света greatestнай велик computerкомпютър programmerпрограмист.
5
18000
2000
или най-големия компютърен програмист на света.
00:45
And so this ideaидея has a lot of tractionтяга with us.
6
20000
2000
И така, тази идея има много общо с нас.
00:47
We love the ideaидея that wordsдуми, when pronouncedпроизнася --
7
22000
2000
Харесва ни идеята, че думите, когато са произнесени --
00:49
they're just little more than pureчист informationинформация,
8
24000
2000
те са малко повече от чиста информация,
00:51
but they evokeизвиквам some physicalфизически actionдействие
9
26000
1000
но те пораждат някакво физическо действие
00:53
in the realреален worldсвят that helpsпомага us do work.
10
28000
1000
в реалния свят, което ни помага да си вършим работата.
00:54
And so, of courseкурс, with lots of programmableпрограмируем computersкомпютри
11
29000
3000
И, разбира се, с многото програмируеми компютри
00:57
and robotsроботи around this is an easyлесно thing to pictureснимка.
12
32000
3000
и роботи наоколо, това е лесно нещо за представяне.
01:00
So how manyмного of you know what I'm talkingговорим about?
13
35000
2000
Колко от вас знаят за какво говоря?
01:02
RaiseПовишаване на your right handръка. OK. How manyмного of you
14
37000
1000
Вдигнете си дясната ръка. Добре. Колко от вас
01:03
don't know what I'm talkingговорим about? RaiseПовишаване на your left handръка.
15
38000
3000
не знаят за какво говоря? Вдигнете си лявата ръка. Добре.
01:06
So that's great. So that was too easyлесно.
16
41000
3000
Хубаво. Това е страхотно. Това беше много лесно.
01:09
You guys have very insecureнесигурни computersкомпютри, OK?
17
44000
3000
Вие, хора, имате много несигурни компютри, нали?
01:12
So now, the thing is that this is a differentразличен kindмил of spellзаклинание.
18
47000
5000
Сега нещото е, че това е различен вид заклинание.
01:17
This is a computerкомпютър programпрограма madeизработен of zerosнули and onesтакива.
19
52000
1000
Това е компютърна програма направена от нули и единици.
01:18
It can be pronouncedпроизнася on a computerкомпютър. It does something like this.
20
53000
3000
Може да бъде произнесена на компютър. Прави нещо такова.
01:21
The importantважно thing is we can writeпиша it in a high-levelвисоко ниво languageезик.
21
56000
2000
Важното е, че може да я пишем на език на високо ниво.
01:23
A computerкомпютър magicianмагьосник can writeпиша this thing.
22
58000
3000
Компютърен магьосник може да напише това нещо.
01:26
It can be compiledкомпилиран into this -- into zerosнули and onesтакива --
23
61000
3000
Може да бъде компилирана в това -- в нули и единици --
01:29
and pronouncedпроизнася by a computerкомпютър.
24
64000
1000
и да бъде произнесена от компютъра.
01:30
And that's what makesправи computersкомпютри powerfulмощен:
25
65000
1000
И това е, което прави компютрите мощни:
01:32
these high-levelвисоко ниво languagesезици that can be compiledкомпилиран.
26
67000
2000
тези езици на високо ниво, които може да се компилират.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computerкомпютър
27
69000
3000
И така, аз съм тук за да ви кажа, че не се нуждаете от компютър,
01:37
to actuallyвсъщност have a spellзаклинание. In factфакт, what you can do
28
72000
3000
за да имате заклинание. Всъщност, това което може да направите
01:40
at the molecularмолекулен levelниво is that if you encodeкодиране informationинформация --
29
75000
3000
на молекулярно ниво е, ако кодирате информацията --
01:43
you encodeкодиране a spellзаклинание or programпрограма as moleculesмолекули --
30
78000
2000
ако кодирате заклинание или програма като молекули --
01:46
then physicsфизика can actuallyвсъщност directlyпряко interpretинтерпретира that informationинформация
31
81000
3000
тогава физиката може директно да интерпретира тази информация
01:49
and runтичам a programпрограма. That's what happensслучва се in proteinsпротеини.
32
84000
2000
и да стартира програмата. Това се случва в протеините.
01:52
When this aminoамино acidкиселина sequenceпоследователност getsполучава pronouncedпроизнася as atomsатома,
33
87000
2000
Когато тази аминокиселинна последователност бъде произнесена като атом,
01:55
these little lettersписма are stickyлепкав for eachвсеки other.
34
90000
2000
тези малки букви залепват една за друга.
01:57
It collapsesсвива into a three-dimensionalтриизмерен shapeформа that turnsзавои it into
35
92000
3000
Тя се свива в триизмерна форма, която я превръща
02:00
a nanomachinenanomachine that actuallyвсъщност cutsразфасовки DNAДНК.
36
95000
2000
в наномашина, която всъщност реже ДНК.
02:02
And the interestingинтересен thing is that if you changeпромяна the sequenceпоследователност,
37
97000
3000
Интересното нещо е, че ако промените последователността,
02:05
you changeпромяна the three-dimensionalтриизмерен foldingсгъване.
38
100000
2000
може да промените триизмерното нагъване.
02:07
You get now a DNAДНК staplerтелбод insteadвместо. These are the kindмил of
39
102000
3000
Сега получавате вместо това ДНК телбод. Това са вида
02:10
molecularмолекулен programsпрограми that we want to be ableспособен to writeпиша,
40
105000
2000
молекулярни програми, които искаме да може да пишем,
02:12
but the problemпроблем is, we don't know the machineмашина languageезик of
41
107000
2000
но проблемът е, че не знаем машинния език на
02:14
proteinsпротеини. We don't have a compilerсъставител for proteinsпротеини.
42
109000
2000
протеините; нямаме компилатор на протеини.
02:17
So I've joinedприсъединиха a growingнарастващ bandбанда of people that try to make
43
112000
2000
Така че се присъединих към нарастваща група от хора, които се опитват да направят
02:19
molecularмолекулен spellsмагии usingизползвайки DNAДНК. We use DNAДНК because it's cheaperпо-евтин.
44
114000
3000
молекулярни магии, използвайки ДНК. Използваме ДНК защото е евтино.
02:23
It's easierпо-лесно to handleдръжка. It's something that we understandразбирам really well.
45
118000
2000
Лесно е за управление. Това е нещо, което разбираме много добре.
02:25
We understandразбирам it so well, in factфакт, that we think we can actuallyвсъщност writeпиша
46
120000
4000
Всъщност го разбираме толкова добре, че се мислим, че може да напишем
02:29
programmingпрограмиране languagesезици for DNAДНК and have molecularмолекулен compilersкомпилатори.
47
124000
3000
програмни езици за ДНК и да имаме молекулярни компилатори.
02:32
So then, we think we can do that. And my first questionвъпрос doing this --
48
127000
4000
И така, ние мислим, че може да направим това. Първият ми въпрос правейки това --
02:36
or one of my questionsвъпроси doing this -- was how can you make
49
131000
1000
или един от първите ми въпроси правейки това -- беше. Как да се направи
02:38
an arbitraryсвоеволен shapeформа or patternмодел out of DNAДНК? And I decidedреши to use
50
133000
3000
произволна форма или модел от ДНК? Реших да използвам
02:41
a typeТип of DNAДНК origamiОригами, where you take a long strandСтранд of DNAДНК
51
136000
3000
вид ДНК оригами, където може да вземем дълга нишка от ДНК
02:44
and foldгънка it into whateverкакто и да е shapeформа or patternмодел you mightбиха могли, може want.
52
139000
3000
и да я нагънем в каквато си искаме форма или модел.
02:47
So here'sето a shapeформа. I actuallyвсъщност spentпрекарах about a yearгодина in my home,
53
142000
3000
Ето една форма. В действителност прекарах около една година в къщи,
02:50
in my underwearбельо, codingкодиране, like LinusЛайнъс [TorvaldsТорвалдс], in that pictureснимка before.
54
145000
3000
по бельо, кодирайки, както Линус [Торвалдс], на тази снимка преди това.
02:54
And this programпрограма takes a shapeформа, spitsплюе out 250 DNAДНК sequencesпоследователности.
55
149000
3000
Тази програма придобива форма, изплюва 250 ДНК последователности.
02:57
These shortнисък DNAДНК sequencesпоследователности are what are going to foldгънка the long strandСтранд
56
152000
3000
Тези къси ДНК последователности са това, което ще се нагъне в пази по-дълга нишка,
03:00
into this shapeформа that we want to make. So you sendизпращам an e-mailелектронна поща
57
155000
3000
в тази форма, която искаме да направим. Значи, изпращате електронна поща
03:03
with these sequencesпоследователности in it to a companyкомпания, and what it does --
58
158000
3000
с тези последователности на компания, и това което тя прави --
03:07
the companyкомпания pronouncesпроизнася them on a DNAДНК synthesizerсинтезатор.
59
162000
1000
компанията ги произнася на ДНК синтезатор.
03:09
It's a machineмашина about the sizeразмер of a photocopierфотокопирна машина. And what happensслучва се is,
60
164000
3000
Това е машина с големината на копирна машина. Това, което се случва е,
03:12
they take your e-mailелектронна поща and everyвсеки letterписмо in your e-mailелектронна поща,
61
167000
2000
че те вземат имейла ви и всяка буква от него,
03:14
they replaceзамени with 30-atom-Атом clusterструпване -- one for eachвсеки letterписмо,
62
169000
3000
и заменят с 30-атомна група, по една за всяка буква,
03:17
A, T, C, and G in DNAДНК. They stringниз them up in the right sequenceпоследователност,
63
172000
3000
А, Т, Ц и Г в ДНК. Те ги подреждат в правилната последователност,
03:21
and then they sendизпращам them back to you viaчрез FedExFedEx.
64
176000
1000
и после ги изпращат обратно по ФедЕкс.
03:23
So you get 250 of these in the mailпоща in little tubesтръби.
65
178000
1000
Така получавате 250 от тези неща по пощата в малки епруветки.
03:25
I mixразбъркайте them togetherзаедно, addдобави a little bitмалко of saltсол waterвода,
66
180000
3000
Аз ги смесвам, добавям малко солена вода
03:28
and then addдобави this long strandСтранд I was tellingказвам you about,
67
183000
2000
и после добавям тази дълга нишка, за която ви говорех,
03:30
that I've stolenоткраднат from a virusвирус. And then what happensслучва се is,
68
185000
2000
която откраднах от един вирус. И после това, което се случва е,
03:33
you heatтоплина this wholeцяло thing up to about boilingкипене. You coolготино it down
69
188000
3000
че нагрявате цялото това нещо до кипване. После го охлаждате
03:37
to roomстая temperatureтемпература, and as you do,
70
192000
1000
до стайна температура, и докато го правите,
03:38
what happensслучва се is those shortнисък strandsнаправления, they do the followingследното thing:
71
193000
2000
това което се случва е, че тези къси нишки, те правят следното:
03:41
eachвсеки one of them bindsсе свързва that long strandСтранд in one placeмясто,
72
196000
3000
всяка от тях се свързва към тази дълга нишка в едно място,
03:44
and then has a secondвтори halfнаполовина that bindsсе свързва that long strandСтранд
73
199000
2000
и после има друга половина, която се свързва с тази дълга нишка
03:47
in a distantдалечен placeмясто, and bringsноси those two partsчасти of the long strandСтранд
74
202000
3000
на отдалечено място, и събира тези две части на дългата нишка
03:50
closeблизо togetherзаедно so that they stickпръчка togetherзаедно.
75
205000
2000
по-близко, така че те може да се залепят заедно.
03:52
And so the netнето effectефект of all 250 of these strandsнаправления is to foldгънка
76
207000
3000
И така крайният ефект е, от тези 250 нишки да се нагъне
03:55
the long strandСтранд into the shapeформа that you're looking for.
77
210000
4000
дългата нишка във формата, която ви трябва,
03:59
It'llТя ще approximateприблизителна that shapeформа. We do this for realреален in the testтест tubeтръба.
78
214000
3000
и да наподоби тази форма. Правим това наистина в епруветки.
04:02
In eachвсеки little dropизпускайте of waterвода you get 50 billionмилиард of these guys.
79
217000
3000
Във всяка малка капка вода има 50 милиарда от тези нишки.
04:05
You can look with a microscopeмикроскоп and see them on a surfaceповърхност.
80
220000
2000
Може да ги наблюдавате с микроскоп и да ги видите на повърхосттта.
04:08
And the neatчист thing is that if you changeпромяна the sequenceпоследователност
81
223000
1000
Хубавото нещо е, че ако се промени последователността
04:09
and changeпромяна the spellзаклинание, you just changeпромяна the sequenceпоследователност of the staplesскоби.
82
224000
4000
и заклинанието, се променя само последователността на телбодите.
04:13
You can make a moleculeмолекула that looksвъншност like this, and, you know,
83
228000
3000
Може да направите молекула, която да изглежда по този начин,
04:16
he likesхаресвания to hangвися out with his buddiesприятели, right.
84
231000
2000
която обича да се събира със своите приятели, нали.
04:19
And a lot of them are actuallyвсъщност prettyкрасива good.
85
234000
1000
Много от тях са в действителност доста добри.
04:21
If you changeпромяна the spellзаклинание again, you changeпромяна the sequenceпоследователност again.
86
236000
2000
Ако промените отново заклинанието, ще промените отново последователността.
04:23
You get really niceприятен 130 nanometerнанометър trianglesтриъгълници. If you do it again,
87
238000
4000
Получавате много хубави 130 нано триъгълника. Ако го направите отново,
04:27
you can get arbitraryсвоеволен patternsмодели. So on a rectangleправоъгълник
88
242000
3000
получавате произволни модели. Така в правоъгълник
04:30
you can paintбоя patternsмодели of NorthСеверна and SouthЮжна AmericaАмерика, or the wordsдуми, "DNAДНК."
89
245000
5000
може да нарисувате модели на Северна и Южна Америка, или думите "ДНК."
04:35
So that's DNAДНК origamiОригами. That's one way. There are manyмного waysначини
90
250000
4000
И така, това е ДНК оригами. Това е един начин. Има много начини,
04:39
of castingлеене molecularмолекулен spellsмагии usingизползвайки DNAДНК.
91
254000
3000
по които да се правят молекулярни магии използвайки ДНК.
04:42
What we really want to do in the endкрай is learnуча how to programпрограма
92
257000
3000
Това, което наистина искаме да правим накрая, е да се научим да програмираме
04:45
self-assemblyсамосглобяване so that we can buildпострои anything, right?
93
260000
3000
самостоятелно аслемблиране, така че да може да построим всичко, нали?
04:48
We want to be ableспособен to buildпострои technologicalтехнологически artifactsартефакти
94
263000
2000
Искаме да бъдем в състояние да строим технологични артефакти,
04:50
that are maybe good for the worldсвят. We want to learnуча
95
265000
2000
които може би ще са добри за света. Искаме да се научим,
04:52
how to buildпострои biologicalбиологичен artifactsартефакти, like people and whalesкитове and treesдървета.
96
267000
4000
как да строим биологични артефакти, като хора, и китове, и дървета.
04:57
And if it's the caseслучай that we can reachдостигнат that levelниво of complexityсложност,
97
272000
2000
И ако това се случи, ако достигнем това ниво на сложност,
04:59
if our abilityспособност to programпрограма moleculesмолекули getsполучава to be that good,
98
274000
3000
ако нашата способност да програмираме молекули стане толкова добра,
05:03
then that will trulyнаистина be magicмагия. Thank you very much.
99
278000
3000
тогава това ще е наистина магия. Много ви благодаря.
05:06
(ApplauseАплодисменти)
100
281000
1000
(Ръкопляскане)
Translated by Anton Hikov
Reviewed by Svetlana Leneva

▲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