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

פול רותמונד מטיל קסמים עם DNA

Filmed:
471,278 views

פול רותמונד כותב קוד שגורם ל-DNA לקבל צורה של כוכב, סמיילי ועוד. כן, זהו פעלול, אבל זוהי גם הדגמה של הרכבה-עצמית בקנה המידה הקטן ביותר עם השלכות נרחבות על העתיד של בניית דברים.
- 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 ancientעָתִיק and universalאוניברסלי conceptמוּשָׂג that wordsמילים have powerכּוֹחַ,
0
1000
4000
ישנו רעיון עתיק ואוניברסאלי שלמילים יש כוח,
00:30
that spellsלחשים existקיימים, and that if we could only pronounceלְבַטֵא the right wordsמילים,
1
5000
4000
שקסמים קיימים, ושאם רק היינו יכולים לבטא את המילים הנכונות,
00:34
then -- whoooshוואווש -- you know, an avalancheמַפּוֹלֶת שְׁלָגִים would come
2
9000
2000
אז, ווווווש! תגיע מפולת שלגים
00:36
and wipeלנגב out the hobbitsהוביטים, right? So this is a very attractiveמוֹשֵׁך ideaרַעְיוֹן
3
11000
5000
שתחסל את ההוביטים. נכון? זהו רעיון מאוד מושך
00:41
because we're very lazyעָצֵל, like the sorcerer'sקוסם apprenticeשׁוּליִה,
4
16000
2000
כי אנחנו מאוד עצלנים, כמו שוליית הקוסם,
00:43
or the world'sשל העולם greatestהגדול ביותר computerמַחשֵׁב programmerמְתַכנֵת.
5
18000
2000
או מתכנת המחשבים הגדול בעולם.
00:45
And so this ideaרַעְיוֹן has a lot of tractionגרירה with us.
6
20000
2000
אם כך, אנחנו מאוד אוהבים את הרעיון
00:47
We love the ideaרַעְיוֹן that wordsמילים, when pronouncedמְבוּטָא --
7
22000
2000
שמילים, כאשר מבטאים אותן -
00:49
they're just little more than pureטָהוֹר informationמֵידָע,
8
24000
2000
למרות שהן לא הרבה יותר מנתונים טהורים,
00:51
but they evokeלְהַעֲלוֹת זִכרוֹנוֹת some physicalגוּפָנִי actionפעולה
9
26000
1000
מעוררות פעולה פיזית בעולם האמיתי
00:53
in the realאמיתי worldעוֹלָם that helpsעוזר us do work.
10
28000
1000
שמסייעת לנו לבצע את עבודתנו.
00:54
And so, of courseקוּרס, with lots of programmableניתן לתכנות computersמחשבים
11
29000
3000
ומכיוון שאנו מוקפים במחשבים הניתנים לתכנות
00:57
and robotsרובוטים around this is an easyקַל thing to pictureתְמוּנָה.
12
32000
3000
וברובוטים, קל לדמיין תמונה זו.
01:00
So how manyרב of you know what I'm talkingשִׂיחָה about?
13
35000
2000
כמה מכם יודעים על מה אני מדבר?
01:02
Raiseהַעֲלָאָה your right handיד. OK. How manyרב of you
14
37000
1000
הרימו את יד ימין.
01:03
don't know what I'm talkingשִׂיחָה about? Raiseהַעֲלָאָה your left handיד.
15
38000
3000
כמה מכם לא יודעים על מה אני מדבר? הרימו את יד שמאל.
01:06
So that's great. So that was too easyקַל.
16
41000
3000
נהדר. זה היה קל מדי.
01:09
You guys have very insecureלֹא בָּטוּחַ computersמחשבים, OK?
17
44000
3000
המחשבים שלכם מאוד לא בטוחים.
01:12
So now, the thing is that this is a differentשונה kindסוג of spellלַחַשׁ.
18
47000
5000
אני מדבר על סוג שונה של קסם.
01:17
This is a computerמַחשֵׁב programתָכְנִית madeעָשׂוּי of zerosאפסים and onesיחידות.
19
52000
1000
זוהי תוכנת מחשב הבנויה מאפסים ואחדים.
01:18
It can be pronouncedמְבוּטָא on a computerמַחשֵׁב. It does something like this.
20
53000
3000
ניתן לבטא אותה על גבי מחשב. היא עושה משהו כמו זה.
01:21
The importantחָשׁוּב thing is we can writeלִכתוֹב it in a high-levelרמה גבוהה languageשפה.
21
56000
2000
הדבר החשוב הוא שניתן לכתוב אותה בשפה עילית.
01:23
A computerמַחשֵׁב magicianקוֹסֵם can writeלִכתוֹב this thing.
22
58000
3000
קוסם מחשבים יכול לכתוב את הדבר הזה,
01:26
It can be compiledמלוקט into this -- into zerosאפסים and onesיחידות --
23
61000
3000
ואפשר להדר אותו לזה - אפסים ואחדים
01:29
and pronouncedמְבוּטָא by a computerמַחשֵׁב.
24
64000
1000
כך שמחשב יכול לבטא אותו.
01:30
And that's what makesעושה computersמחשבים powerfulחָזָק:
25
65000
1000
מחשבים הם רבי עוצמה
01:32
these high-levelרמה גבוהה languagesשפות that can be compiledמלוקט.
26
67000
2000
בזכות השפות העיליות הניתנות להידור.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computerמַחשֵׁב
27
69000
3000
אבל, אתם לא זקוקים למחשב
01:37
to actuallyלמעשה have a spellלַחַשׁ. In factעוּבדָה, what you can do
28
72000
3000
כדי להטיל קסמים. למעשה, אתם יכולים לפעול
01:40
at the molecularמולקולרי levelרָמָה is that if you encodeלְהַצְפִּין informationמֵידָע --
29
75000
3000
ברמה המולקולרית אם אתם מקודדים נתונים -
01:43
you encodeלְהַצְפִּין a spellלַחַשׁ or programתָכְנִית as moleculesמולקולות --
30
78000
2000
אתם מקודדים קסם או תוכנית כמולקולות -
01:46
then physicsפיזיקה can actuallyלמעשה directlyבאופן ישיר interpretלפרש that informationמֵידָע
31
81000
3000
ואז הפיזיקה יכולה לפענח באופן ישיר את הנתונים האלה
01:49
and runלָרוּץ a programתָכְנִית. That's what happensקורה in proteinsחלבונים.
32
84000
2000
ולהריץ את התוכנית. זה מה שקורה בחלבונים.
01:52
When this aminoאמינו acidחוּמצָה sequenceסדר פעולות getsמקבל pronouncedמְבוּטָא as atomsאטומים,
33
87000
2000
כאשר הרצף הזה של חומצות אמינו מתבטא כאטומים,
01:55
these little lettersאותיות are stickyדָבִיק for eachכל אחד other.
34
90000
2000
האותיות הקטנות נדבקות זו לזו,
01:57
It collapsesמתמוטט into a three-dimensionalתלת ממד shapeצוּרָה that turnsפונה it into
35
92000
3000
ונוצרת צורה תלת-מימדית
02:00
a nanomachinenanomachine that actuallyלמעשה cutsחתכים DNAדנ"א.
36
95000
2000
שהופכת לנאנו-מכונה שחותכת DNA.
02:02
And the interestingמעניין thing is that if you changeשינוי the sequenceסדר פעולות,
37
97000
3000
אם משנים את הרצף,
02:05
you changeשינוי the three-dimensionalתלת ממד foldingמִתקַפֵּל.
38
100000
2000
הקיפול התלת-מימדי משתנה.
02:07
You get now a DNAדנ"א staplerמהדק insteadבמקום זאת. These are the kindסוג of
39
102000
3000
ועכשיו מקבלים מהדק DNA.
02:10
molecularמולקולרי programsתוכניות that we want to be ableיכול to writeלִכתוֹב,
40
105000
2000
זהו סוג התוכניות המולקולריות שאנו רוצים לדעת לכתוב,
02:12
but the problemבְּעָיָה is, we don't know the machineמְכוֹנָה languageשפה of
41
107000
2000
אבל, אנחנו לא מכירים את שפת המכונה
02:14
proteinsחלבונים. We don't have a compilerמַהְדֵר for proteinsחלבונים.
42
109000
2000
של חלבונים; אין לנו מהדר לחלבונים.
02:17
So I've joinedהצטרף a growingגָדֵל bandלְהִתְאַגֵד of people that try to make
43
112000
2000
אז הצטרפתי לחבורה הולכת וגדלה של אנשים
02:19
molecularמולקולרי spellsלחשים usingמבנה יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוני DNAדנ"א. We use DNAדנ"א because it's cheaperיותר זול.
44
114000
3000
שמנסה להטיל קסמים מולקולריים באמצעות DNA, שהוא זול יותר,
02:23
It's easierקל יותר to handleידית. It's something that we understandמבין really well.
45
118000
2000
קל יותר לטפל בו, ואנחנו מבינים אותו היטב.
02:25
We understandמבין it so well, in factעוּבדָה, that we think we can actuallyלמעשה writeלִכתוֹב
46
120000
4000
למעשה, אנחנו מבינים אותו כל כך לעומק שאנחנו חושבים שאנחנו יכולים
02:29
programmingתִכנוּת languagesשפות for DNAדנ"א and have molecularמולקולרי compilersמהדרים.
47
124000
3000
לכתוב שפות תכנות עבור DNA וליצור מהדרים מולקולריים.
02:32
So then, we think we can do that. And my first questionשְׁאֵלָה doing this --
48
127000
4000
אנחנו חושבים שאנחנו יכולים לעשות זאת, ואחת השאלות שלי הייתה:
02:36
or one of my questionsשאלות doing this -- was how can you make
49
131000
1000
איך אפשר ליצור
02:38
an arbitraryשרירותי shapeצוּרָה or patternתַבְנִית out of DNAדנ"א? And I decidedהחליט to use
50
133000
3000
צורה או דפוס כלשהם מה-DNA? החלטתי להשתמש
02:41
a typeסוּג of DNAדנ"א origamiאוריגמי, where you take a long strandגָדִיל of DNAדנ"א
51
136000
3000
בסוג של אוריגמי של DNA בו לוקחים גדיל ארוך של DNA
02:44
and foldלְקַפֵּל it into whateverמה שתגיד shapeצוּרָה or patternתַבְנִית you mightאולי want.
52
139000
3000
ומקפלים אותו לצורה או לדפוס שרוצים בהם.
02:47
So here'sהנה a shapeצוּרָה. I actuallyלמעשה spentמוּתַשׁ about a yearשָׁנָה in my home,
53
142000
3000
הנה צורה. למעשה, ביליתי שנה בבית,
02:50
in my underwearתַחתוֹנִים, codingסִמוּל, like Linusלינוס [Torvaldsטורוולדס], in that pictureתְמוּנָה before.
54
145000
3000
בבגדי התחתונים, וקודדתי, כמו לינוס [טורבאלדס] בתמונה שראיתם קודם.
02:54
And this programתָכְנִית takes a shapeצוּרָה, spitsspits out 250 DNAדנ"א sequencesרצפים.
55
149000
3000
התוכנית הזאת לוקחת צורה, ופולטת 250 רצפים של DNA.
02:57
These shortקצר DNAדנ"א sequencesרצפים are what are going to foldלְקַפֵּל the long strandגָדִיל
56
152000
3000
רצפי ה-DNA הקצרים האלה יקפלו את הגדיל הארוך
03:00
into this shapeצוּרָה that we want to make. So you sendלִשְׁלוֹחַ an e-mailאֶלֶקטרוֹנִי
57
155000
3000
לצורה המבוקשת. לאחר מכן, שולחים דוא"ל
03:03
with these sequencesרצפים in it to a companyחֶברָה, and what it does --
58
158000
3000
עם הרצפים לחברה, והחברה מבטאת אותם
03:07
the companyחֶברָה pronouncesמכריז them on a DNAדנ"א synthesizerסינתיסייזר.
59
162000
1000
בסינטיסייזר של DNA.
03:09
It's a machineמְכוֹנָה about the sizeגודל of a photocopierמכונת צילום. And what happensקורה is,
60
164000
3000
זוהי מכונה בערך בגודל של מכונת צילום.
03:12
they take your e-mailאֶלֶקטרוֹנִי and everyכֹּל letterמִכְתָב in your e-mailאֶלֶקטרוֹנִי,
61
167000
2000
הם לוקחים את הדוא"ל ומחליפים כל אות
03:14
they replaceהחלף with 30-atom-אָטוֹם clusterאֶשׁכּוֹל -- one for eachכל אחד letterמִכְתָב,
62
169000
3000
באשכול של 30 אטומים, אשכול אחד עבור כל אות,
03:17
A, T, C, and G in DNAדנ"א. They stringחוּט them up in the right sequenceסדר פעולות,
63
172000
3000
C, T, A ו-G ב-DNA. הם משרשרים אותם ברצף הנכון,
03:21
and then they sendלִשְׁלוֹחַ them back to you viaבְּאֶמצָעוּת FedExFedEx.
64
176000
1000
ושולחים דרך פדקס.
03:23
So you get 250 of these in the mailדוֹאַר in little tubesצינורות.
65
178000
1000
מגיעים 250 רצפים במבחנות קטנות.
03:25
I mixלְעַרְבֵּב them togetherיַחַד, addלְהוֹסִיף a little bitbit of saltמלח waterמַיִם,
66
180000
3000
מערבבים אותם ביחד, מוסיפים קצת מי מלח,
03:28
and then addלְהוֹסִיף this long strandגָדִיל I was tellingאומר you about,
67
183000
2000
ומוסיפים את הגדיל הארוך שסיפרתי לכם עליו,
03:30
that I've stolenגָנוּב from a virusוִירוּס. And then what happensקורה is,
68
185000
2000
אותו גנבתי מוירוס.
03:33
you heatחוֹם this wholeכֹּל thing up to about boilingרְתִיחָה. You coolמגניב it down
69
188000
3000
לאחר מכן, מחממים את כל העסק עד לרתיחה. מקררים אותו
03:37
to roomחֶדֶר temperatureטֶמפֶּרָטוּרָה, and as you do,
70
192000
1000
לטמפרטורת החדר,
03:38
what happensקורה is those shortקצר strandsגדילים, they do the followingהבא thing:
71
193000
2000
ואז הגדילים הקצרים עושים את הדבר הבא:
03:41
eachכל אחד one of them bindsנקשר that long strandגָדִיל in one placeמקום,
72
196000
3000
כל אחד מהם קושר את הגדיל הארוך במקום אחד,
03:44
and then has a secondשְׁנִיָה halfחֲצִי that bindsנקשר that long strandגָדִיל
73
199000
2000
והחצי השני שלו קושר את הגדיל הארוך
03:47
in a distantרָחוֹק placeמקום, and bringsמביא those two partsחלקים of the long strandגָדִיל
74
202000
3000
במקום מרוחק, וכך שני חלקי הגדיל הארוך
03:50
closeלִסְגוֹר togetherיַחַד so that they stickמקל togetherיַחַד.
75
205000
2000
מתקרבים ונדבקים זה לזה.
03:52
And so the netנֶטוֹ effectהשפעה of all 250 of these strandsגדילים is to foldלְקַפֵּל
76
207000
3000
השילוב של 250 הגדילים האלה גורם
03:55
the long strandגָדִיל into the shapeצוּרָה that you're looking for.
77
210000
4000
לקיפול של הגדיל הארוך לצורה בה רצינו;
03:59
It'llזה יהיה approximateלְהִתְקַרֵב that shapeצוּרָה. We do this for realאמיתי in the testמִבְחָן tubeצינור.
78
214000
3000
מתקבל קירוב של הצורה הזאת. אנחנו מבצעים זאת בפועל במבחנת הניסוי.
04:02
In eachכל אחד little dropיְרִידָה of waterמַיִם you get 50 billionמיליארד of these guys.
79
217000
3000
בכל טיפת מים קטנה מקבלים 50 מיליארד מהחבר'ה האלה.
04:05
You can look with a microscopeמִיקרוֹסקוֹפּ and see them on a surfaceמשטח.
80
220000
2000
ניתן להסתכל עליהם במיקרוסקופ ולראות אותם על פני השטח.
04:08
And the neatנקי thing is that if you changeשינוי the sequenceסדר פעולות
81
223000
1000
מה שמגניב זה
04:09
and changeשינוי the spellלַחַשׁ, you just changeשינוי the sequenceסדר פעולות of the staplesסיכות.
82
224000
4000
שאם משנים את הרצף, ומשנים את הקסם - משנים את הרצף של המהדקים.
04:13
You can make a moleculeמולקולה that looksנראה like this, and, you know,
83
228000
3000
אפשר ליצור מולקולה שנראית כך,
04:16
he likesאוהב to hangלִתְלוֹת out with his buddiesחברים, right.
84
231000
2000
והוא אוהב להסתובב עם החבר'ה שלו.
04:19
And a lot of them are actuallyלמעשה prettyיפה good.
85
234000
1000
רובם די מוצלחים.
04:21
If you changeשינוי the spellלַחַשׁ again, you changeשינוי the sequenceסדר פעולות again.
86
236000
2000
אם משנים שוב את הקסם, הרצף שוב משתנה,
04:23
You get really niceנֶחְמָד 130 nanometerננומטר trianglesמשולשים. If you do it again,
87
238000
4000
ומקבלים משולשים חביבים ביותר בגודל 130 נאנו-מטר.
04:27
you can get arbitraryשרירותי patternsדפוסי. So on a rectangleמַלבֵּן
88
242000
3000
ניתן לקבל דפוסים שונים.
04:30
you can paintצֶבַע patternsדפוסי of Northצָפוֹן and Southדָרוֹם Americaאמריקה, or the wordsמילים, "DNAדנ"א."
89
245000
5000
אפשר לצייר על מלבן דפוסים של צפון ודרום אמריקה, או את המילים "DNA".
04:35
So that's DNAדנ"א origamiאוריגמי. That's one way. There are manyרב waysדרכים
90
250000
4000
זהו אוריגמי של DNA. זוהי דרך אחת. ישנן דרכים רבות
04:39
of castingיְצִיקָה molecularמולקולרי spellsלחשים usingמבנה יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוניפים יוני DNAדנ"א.
91
254000
3000
להטיל קסמים מולקולריים באמצעות DNA.
04:42
What we really want to do in the endסוֹף is learnלִלמוֹד how to programתָכְנִית
92
257000
3000
המטרה האמיתית שלנו היא ללמוד איך לתכנת
04:45
self-assemblyהרכבה עצמית so that we can buildלִבנוֹת anything, right?
93
260000
3000
הרכבה-עצמית כך שנוכל לבנות כל דבר.
04:48
We want to be ableיכול to buildלִבנוֹת technologicalטֶכנוֹלוֹגִי artifactsחפצים
94
263000
2000
אנחנו רוצים לדעת לבנות
04:50
that are maybe good for the worldעוֹלָם. We want to learnלִלמוֹד
95
265000
2000
חפצים טכנולוגיים שיועילו לעולם.
04:52
how to buildלִבנוֹת biologicalבִּיוֹלוֹגִי artifactsחפצים, like people and whalesלווייתנים and treesעצים.
96
267000
4000
אנחנו רוצים ללמוד לבנות חפצים ביולוגיים, כמו אנשים ולוויתנים ועצים.
04:57
And if it's the caseמקרה that we can reachלְהַגִיעַ that levelרָמָה of complexityמוּרכָּבוּת,
97
272000
2000
ואם נוכל להגיע לרמת המורכבות הזאת,
04:59
if our abilityיְכוֹלֶת to programתָכְנִית moleculesמולקולות getsמקבל to be that good,
98
274000
3000
אם היכולת שלנו לתכנת מולקולות תהיה כל כך טובה,
05:03
then that will trulyבֶּאֱמֶת be magicקֶסֶם. Thank you very much.
99
278000
3000
אז הקסם שלנו יהיה אמיתי. תודה רבה.
05:06
(Applauseתְשׁוּאוֹת)
100
281000
1000
[מחיאות כפיים]
Translated by Yifat Adler
Reviewed by Ido Dekkers

▲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