TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
Πολ Ρότεμουντ: Παίζοντας με DNA που αυτο-συναρμολογείται
Filmed:
Readability: 3.6
471,278 views
Ο Πολ Ρότεμουντ γράφει κώδικα που προκαλεί στο DNA να αλλάζει σε σχήμα αστεριού, σε ένα χαμογελαστό πρόσωπο και άλλα. Φυσικά, είναι ένα κόλπο, αλλά είναι επίσης μία επίδειξη της αυτο-συναρμολόγησης στις μικρότερες κλίμακες -- με απέραντες επιπτώσεις για το μέλλον της δημιουργίας πραγμάτων.
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
Υπάρχει μια αρχαία και παγκόσμια αντίληψη
ότι οι λέξεις έχουν δύναμη,
ότι οι λέξεις έχουν δύναμη,
00:30
that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
1
5000
4000
ότι υπάρχουν ξόρκια και ότι αν εμείς μπορούσαμε
να προφέρουμε μόνο τις σωστές λέξεις,
να προφέρουμε μόνο τις σωστές λέξεις,
00:34
then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
2
9000
2000
στη συνέχεια -- φσουπ -- ξέρετε,
μια χιονοστιβάδα θα έρθει
μια χιονοστιβάδα θα έρθει
00:36
and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
3
11000
5000
και θα εξαφανίσει τα χόμπιτ, σωστά;
Αυτή είναι μια πολύ ελκυστική ιδέα
Αυτή είναι μια πολύ ελκυστική ιδέα
00:41
because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
4
16000
2000
επειδή είμαστε πολύ τεμπέληδες, σαν τον μαθητευόμενο μάγο
00:43
or the world's greatest computer programmer.
5
18000
2000
ή τον σπουδαιότερο προγραμματιστή του κόσμου.
00:45
And so this idea has a lot of traction with us.
6
20000
2000
Και έτσι αυτή η ιδέα μας ελκύει πολύ.
00:47
We love the idea that words, when pronounced --
7
22000
2000
Αγαπάμε την ιδέα ότι τα λόγια, όταν προφέρονται --
00:49
they're just little more than pure information,
8
24000
2000
είναι κάτι περισσότερο από απλή πληροφορία,
00:51
but they evoke some physical action
9
26000
1000
αλλά προκαλούν κάποια φυσική ενέργεια
00:53
in the real world that helps us do work.
10
28000
1000
στον πραγματικό κόσμο που μας βοηθά να εργαστούμε.
00:54
And so, of course, with lots of programmable computers
11
29000
3000
Και έτσι, φυσικά, με πολλούς προγραμματιζόμενους υπολογιστές
00:57
and robots around this is an easy thing to picture.
12
32000
3000
και ρομπότ τριγύρω είναι εύκολο να το φανταστούμε.
01:00
So how many of you know what I'm talking about?
13
35000
2000
Λοιπόν πόσοι από εσάς γνωρίζουν για τι πράγμα μιλάω;
01:02
Raise your right hand. OK. How many of you
14
37000
1000
Σηκώστε το δεξί σας χέρι. Εντάξει. Πόσοι από εσάς
01:03
don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
15
38000
3000
δεν ξέρουν για τι πράγμα μιλάω; Σήκωσε το αριστερό σας χέρι.
01:06
So that's great. So that was too easy.
16
41000
3000
Λοιπόν αυτό είναι φανταστικό. Παραήταν εύκολο.
01:09
You guys have very insecure computers, OK?
17
44000
3000
Έχετε πολύ ανασφαλείς υπολογιστές, εντάξει;
01:12
So now, the thing is that this is a different kind of spell.
18
47000
5000
Τώρα λοιπόν, το θέμα είναι ότι αυτό είναι ένα διαφορετικό είδος ξόρκι.
01:17
This is a computer program made of zeros and ones.
19
52000
1000
Αυτό είναι ένα πρόγραμμα υπολογιστή φτιαγμένο από μηδενικά και άσους.
01:18
It can be pronounced on a computer. It does something like this.
20
53000
3000
Μπορεί να το προφέρει ένας υπολογιστής. Κάνει κάτι σαν κι αυτό.
01:21
The important thing is we can write it in a high-level language.
21
56000
2000
Το σημαντικό είναι ότι μπορούμε να το γράψουμε σε μια υψηλού επιπέδου γλώσσα.
01:23
A computer magician can write this thing.
22
58000
3000
Ένας μάγος των υπολογιστών μπορεί να το γράψει αυτό.
01:26
It can be compiled into this -- into zeros and ones --
23
61000
3000
Αυτό μπορεί να μεταγλωττιστεί σε αυτό -- σε μηδενικά και άσους--
01:29
and pronounced by a computer.
24
64000
1000
και να το προφέρει ένας υπολογιστής.
01:30
And that's what makes computers powerful:
25
65000
1000
Και αυτό είναι που κάνει τους υπολογιστές ισχυρούς:
01:32
these high-level languages that can be compiled.
26
67000
2000
αυτές οι γλώσσες υψηλού επιπέδου που μπορούν να μεταγλωττιστούν.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
27
69000
3000
Και έτσι, είμαι εδώ για να σας πω, ότι δεν χρειάζεστε έναν υπολογιστή
01:37
to actually have a spell. In fact, what you can do
28
72000
3000
για να κάνετε ένα ξόρκι. Στην πραγματικότητα, αυτό που μπορείτε να κάνετε
01:40
at the molecular level is that if you encode information --
29
75000
3000
σε μοριακό επίπεδο είναι ότι εάν κωδικοποιήσετε πληροφορίες --
01:43
you encode a spell or program as molecules --
30
78000
2000
κωδικοποιείτε έναν συλλαβισμό ή ένα πρόγραμμα ως μόρια --
01:46
then physics can actually directly interpret that information
31
81000
3000
έπειτα η φυσική μπορεί πράγματι να ερμηνεύσει κατευθείαν αυτή την πληροφορία
01:49
and run a program. That's what happens in proteins.
32
84000
2000
και να εκτελέσει ένα πρόγραμμα. Αυτό συμβαίνει στις πρωτεΐνες.
01:52
When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
33
87000
2000
Όταν αυτή η αλληλουχία αμινοξέων προφερθεί ως άτομα,
01:55
these little letters are sticky for each other.
34
90000
2000
αυτά τα μικρά γράμματα κολλάνε το ένα στο άλλο.
01:57
It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
35
92000
3000
Συμπτύσσονται σε ένα τρισδιάστατο σχήμα που μετατρέπεται σε
02:00
a nanomachine that actually cuts DNA.
36
95000
2000
μια νανομηχανή που πραγματικά κόβει το DNA.
02:02
And the interesting thing is that if you change the sequence,
37
97000
3000
Και το ενδιαφέρον είναι ότι εάν αλλάξετε την ακολουθία,
02:05
you change the three-dimensional folding.
38
100000
2000
αλλάζετε την τρισδιάστατη αναδίπλωση.
02:07
You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
39
102000
3000
Στη θέση του θα έχετε μία συρραφή DNA. Αυτά είναι τα είδη
02:10
molecular programs that we want to be able to write,
40
105000
2000
των μοριακών προγραμμάτων που θέλουμε να είμαστε σε θέση να γράψουμε,
02:12
but the problem is, we don't know the machine language of
41
107000
2000
αλλά το πρόβλημα είναι ότι δεν ξέρουμε τη γλώσσα μηχανής της
02:14
proteins. We don't have a compiler for proteins.
42
109000
2000
πρωτεΐνης. Δεν έχουμε έναν μεταγλωττιστή για πρωτεΐνες.
02:17
So I've joined a growing band of people that try to make
43
112000
2000
Έτσι πήρα μέρος σε μία αυξανόμενη ομάδα ανθρώπων που προσπαθούν να δημιουργήσουν
02:19
molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
44
114000
3000
μοριακούς συλλαβισμούς χρησιμοποιώντας DNA. Χρησιμοποιούμε DNA επειδή είναι φθηνότερο.
02:23
It's easier to handle. It's something that we understand really well.
45
118000
2000
Είναι πιο εύκολο να το χειριστείς. Είναι κάτι που το κατανοούμε πολύ καλά.
02:25
We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
46
120000
4000
Το κατανοούμε τόσο καλά που στην πραγματικότητα, θεωρούμε ότι μπορούμε να γράψουμε
02:29
programming languages for DNA and have molecular compilers.
47
124000
3000
γλώσσες προγραμματισμού για DNA και να έχουμε μοριακούς μεταγλωττιστές.
02:32
So then, we think we can do that. And my first question doing this --
48
127000
4000
Έτσι λοιπόν, πιστεύουμε ότι μπορούμε να το κάνουμε. Και η πρώτη μου ερώτηση κάνοντας αυτό --
02:36
or one of my questions doing this -- was how can you make
49
131000
1000
ή μία από τις ερωτήσεις μου κάνοντας αυτό -- ήταν πώς μπορείς να κάνεις
02:38
an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
50
133000
3000
ένα αυθαίρετο σχήμα ή μοτίβο από DNA; Και αποφάσισα να χρησιμοποιήσω
02:41
a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
51
136000
3000
ένα DNA τύπου Οριγκάμι, όπου παίρνεις μία μεγάλη ακολουθία DNA
02:44
and fold it into whatever shape or pattern you might want.
52
139000
3000
και τη διπλώνεις σε οποιοδήποτε σχήμα ή μοτίβο θέλεις.
02:47
So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
53
142000
3000
Να λοιπόν ένα σχήμα. Στην πραγματικότητα ξόδεψα περίπου ένα χρόνο στο σπίτι μου,
02:50
in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
54
145000
3000
με τα εσώρουχα μου, γράφοντας κώδικα, όπως ο Λάινους [Τόρβαλντς], στην προηγούμενη εικόνα.
02:54
And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
55
149000
3000
Και αυτό το πρόγραμμα παίρνει ένα σχήμα, βγάζοντας 250 αλληλουχίες DNA.
02:57
These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
56
152000
3000
Αυτές οι σύντομες ακολουθίες DNA θα είναι αυτές που θα διπλώσουν την μεγάλη ακολουθία
03:00
into this shape that we want to make. So you send an e-mail
57
155000
3000
σε αυτό το σχήμα που θέλουμε να κάνουμε. Έτσι στέλνετε ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου
03:03
with these sequences in it to a company, and what it does --
58
158000
3000
με αυτές τις ακολουθίες σε μια εταιρεία, και αυτό που κάνει --
03:07
the company pronounces them on a DNA synthesizer.
59
162000
1000
η εταιρεία τις προφέρει σε ένα συνθεσάιζερ DNA.
03:09
It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
60
164000
3000
Είναι ένα μηχάνημα περίπου στο μέγεθος ενός φωτοτυπικού. Και αυτό που συμβαίνει είναι ότι
03:12
they take your e-mail and every letter in your e-mail,
61
167000
2000
παίρνουν το e-mail σας και κάθε γράμμα στο e-mail σας,
03:14
they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
62
169000
3000
το αντικαθιστούν με μία συστάδα 30 ατόμων -- ένα για κάθε γράμμα,
03:17
A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
63
172000
3000
A, T, C και G στο DNA. Τα βάζουν στην σειρά με την σωστή ακολουθία
03:21
and then they send them back to you via FedEx.
64
176000
1000
και στη συνέχεια σας τα επιστρέφουν μέσω FedEx.
03:23
So you get 250 of these in the mail in little tubes.
65
178000
1000
Έτσι έχετε ταχυδρομικώς 250 από αυτά σε μικρά σωληνάκια.
03:25
I mix them together, add a little bit of salt water,
66
180000
3000
Τα ανακατεύω όλα μαζί, προσθέτω λίγο αλατόνερο
03:28
and then add this long strand I was telling you about,
67
183000
2000
και στη συνέχεια προσθέτω αυτό την μακριά ακολουθία που σας έλεγα,
03:30
that I've stolen from a virus. And then what happens is,
68
185000
2000
που έχω κλέψει από έναν ιό. Και τότε αυτό που γίνεται είναι,
03:33
you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
69
188000
3000
το ζεσταίνουμε μέχρι να φτάσει περίπου στο σημείο βρασμού. Το κρυώνουμε
03:37
to room temperature, and as you do,
70
192000
1000
σε θερμοκρασία δωματίου, και καθώς το κάνετε,
03:38
what happens is those short strands, they do the following thing:
71
193000
2000
αυτό που συμβαίνει στις μικρές ακολουθίες, γίνεται το εξής:
03:41
each one of them binds that long strand in one place,
72
196000
3000
κάθε ένα από αυτά συνδέει την μεγάλη ακολουθία σε μία θέση
03:44
and then has a second half that binds that long strand
73
199000
2000
και στη συνέχεια έχει ένα δεύτερο μισό που συνδέει την μεγάλη ακολουθία
03:47
in a distant place, and brings those two parts of the long strand
74
202000
3000
σε ένα μακρινό μέρος και φέρνει τα δύο μέρη από την μεγάλη ακολουθία
03:50
close together so that they stick together.
75
205000
2000
πιο κοντά ώστε να κολλήσουν μαζί.
03:52
And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
76
207000
3000
Και έτσι, το καθαρό αποτέλεσμα από όλες αυτές τις 250 ακολουθίες είναι να διπλώνουν
03:55
the long strand into the shape that you're looking for.
77
210000
4000
την μεγάλη ακολουθία στο σχήμα που αναζητάτε.
03:59
It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
78
214000
3000
Θα προσεγγίσει αυτό το σχήμα. Το κάνουμε στην πραγματικότητα σε δοκιμαστικό σωλήνα.
04:02
In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
79
217000
3000
Σε κάθε μικρή σταγόνα νερού έχετε 50 δισεκατομμύρια από αυτά.
04:05
You can look with a microscope and see them on a surface.
80
220000
2000
Μπορείτε να κοιτάξετε με ένα μικροσκόπιο και να τα δείτε σε μια επιφάνεια.
04:08
And the neat thing is that if you change the sequence
81
223000
1000
Και το ωραίο πράγμα είναι ότι, αν αλλάξετε την ακολουθία
04:09
and change the spell, you just change the sequence of the staples.
82
224000
4000
και αλλάξετε το συλλαβισμό, αλλάζετε την ακολουθία της συρραφής.
04:13
You can make a molecule that looks like this, and, you know,
83
228000
3000
Μπορείτε να κάνετε ένα μόριο που μοιάζει με αυτό και, ξέρετε,
04:16
he likes to hang out with his buddies, right.
84
231000
2000
του αρέσει να κάνει παρέα με τους φίλους του, σωστά.
04:19
And a lot of them are actually pretty good.
85
234000
1000
Και πολλά από αυτά είναι πραγματικά πολύ καλά.
04:21
If you change the spell again, you change the sequence again.
86
236000
2000
Εάν αλλάξετε ξανά το συλλαβισμό, αλλάζετε πάλι την ακολουθία.
04:23
You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
87
238000
4000
Σχηματίζονται πολύ ωραία τρίγωνα 130 νανόμετρων. Εάν το κάνετε αυτό ξανά
04:27
you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
88
242000
3000
μπορείτε να βρείτε αυθαίρετα μοτίβα. Έτσι σε ένα ορθογώνιο
04:30
you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
89
245000
5000
μπορείτε να ζωγραφίσετε μοτίβα της Βόρειας και Νότιας Αμερικής ή τα αρχικά «DNA».
04:35
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
90
250000
4000
Αυτό λοιπόν είναι το DΝΑ τύπου Οριγκάμι. Αυτός είναι ένας τρόπος. Υπάρχουν πολλοί τρόποι
04:39
of casting molecular spells using DNA.
91
254000
3000
καλουπώματος μοριακών συλλαβισμών χρησιμοποιώντας DNA.
04:42
What we really want to do in the end is learn how to program
92
257000
3000
Αυτό που θέλουμε να κάνουμε στο τέλος είναι να μάθουμε πώς να προγραμματίζουμε
04:45
self-assembly so that we can build anything, right?
93
260000
3000
την αυτο-συναρμολόγηση έτσι ώστε να μπορούμε να χτίσουμε τα πάντα, σωστά;
04:48
We want to be able to build technological artifacts
94
263000
2000
Θέλουμε να είμαστε σε θέση να χτίσουμε τεχνολογικά τεχνουργήματα
04:50
that are maybe good for the world. We want to learn
95
265000
2000
που ίσως να είναι καλά για τον κόσμο. Θέλουμε να μάθουμε
04:52
how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
96
267000
4000
πώς να δημιουργήσουμε βιολογικά τεχνήματα, όπως οι άνθρωποι και οι φάλαινες και τα δέντρα.
04:57
And if it's the case that we can reach that level of complexity,
97
272000
2000
Και αν όντως μπορέσουμε να φτάσουμε σε αυτό το επίπεδο της πολυπλοκότητας,
04:59
if our ability to program molecules gets to be that good,
98
274000
3000
εάν η ικανότητά μας να προγραμματίσουμε μόρια γίνει τόσο καλή,
05:03
then that will truly be magic. Thank you very much.
99
278000
3000
τότε αυτό θα είναι πραγματικά μαγικό. Σας ευχαριστώ πολύ.
05:06
(Applause)
100
281000
1000
(Χειροκρότημα)
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