TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
باول روثيموند: اللعب بالحمض النووي الذي يركِّب نفسه
Filmed:
Readability: 3.6
471,278 views
يكتب باول روثيموند شفرة يمكنها جعل الحمض النووي (DNA) ينظم نفسه في شكل نجمة، وجه مبتسم والمزيد. بالتأكيد، إنها حيلة، لكنها أيضاً تمهيد على التجميع الذاتي في أصغر الأحجام-- التي تترتب عليها آثار واسعة لصنع الأشياء مستقبلاً.
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
هناك مفهوم قديم وعالمى أن للكلمات قوة،
00:30
that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
1
5000
4000
التي تتهجى الموجود، وإذا أستطعنا نطقها بالطريقة الصحيحة،
00:34
then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
2
9000
2000
عندها، وووش! تعلمون، سيأتي الإنهيار الجليدي
00:36
and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
3
11000
5000
ويقضي على الخوارق، صحيح؟ إذاً فهذه فكرة جذابة للغاية
00:41
because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
4
16000
2000
لأننا كسالى جداً، مثل الساحر المتدرب،
00:43
or the world's greatest computer programmer.
5
18000
2000
أو أعظم مبرمج كمبيوتر في العالم.
00:45
And so this idea has a lot of traction with us.
6
20000
2000
ولذا، لهذه الفكرة الكثير من الجذب معنا.
00:47
We love the idea that words, when pronounced --
7
22000
2000
نحن نحب فكرة أن الكلمات، عندما تنطق --
00:49
they're just little more than pure information,
8
24000
2000
فانها فقط القليل من المعلومات الصرفة،
00:51
but they evoke some physical action
9
26000
1000
إلا أنها تثير بعض الإجراءات المادية
00:53
in the real world that helps us do work.
10
28000
1000
في العالم الحقيقي الذي يساعدنا على القيام بالعمل.
00:54
And so, of course, with lots of programmable computers
11
29000
3000
ولذا، بالطبع، مع الكثير من الكمبيوترات المبرمجة
00:57
and robots around this is an easy thing to picture.
12
32000
3000
والروبوتات في الجوار، هذا شئ سهل الإلتقاط.
01:00
So how many of you know what I'm talking about?
13
35000
2000
إذاً كم منكم هنا يعلمون عن ماذا أتحدث؟
01:02
Raise your right hand. OK. How many of you
14
37000
1000
أرفعوا اياديكم. حسناً، كم منكم
01:03
don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
15
38000
3000
لا يعلمون عن ماذا أتحدث؟ أرفعوا يدكم اليسرى. حسناً.
01:06
So that's great. So that was too easy.
16
41000
3000
صحيح. إذاً هذا عظيم. إذاً كان ذلك سهل للغاية.
01:09
You guys have very insecure computers, OK?
17
44000
3000
أنتم لديكم كمبيوترات غير مأمونة للغاية، حسناً؟
01:12
So now, the thing is that this is a different kind of spell.
18
47000
5000
إذاً الآن، الأمر هو أن هذا نوع مختلف من التهجئة.
01:17
This is a computer program made of zeros and ones.
19
52000
1000
ها هو برنامج كمبيوتر مصنوع من الصفر والواحد.
01:18
It can be pronounced on a computer. It does something like this.
20
53000
3000
ويمكن نطقه على الكمبيوتر. وهي يفعل شيئاً كهذا.
01:21
The important thing is we can write it in a high-level language.
21
56000
2000
الشئ المهم هو أنه يمكننا كتابة لغة عالية المستوى.
01:23
A computer magician can write this thing.
22
58000
3000
مبرمج الكمبيوتر الساحر يمكنه كتابة هذا الشئ.
01:26
It can be compiled into this -- into zeros and ones --
23
61000
3000
ويمكن ترجمته لهذا -- الى أصفار وواحد --
01:29
and pronounced by a computer.
24
64000
1000
ويمكن نطقه عبر الكمبيوتر.
01:30
And that's what makes computers powerful:
25
65000
1000
وهذا ما يجعل الكمبيوترات قوية:
01:32
these high-level languages that can be compiled.
26
67000
2000
هذه اللغات العالية المستوى التي يمكن أن تتُرجم.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
27
69000
3000
ولذا، أنا هنا لأخبركم، أنكم لا تحتاجون للكمبيوتر
01:37
to actually have a spell. In fact, what you can do
28
72000
3000
لتحصلوا في الواقع على تهجئة. في الواقع، ما يمكنكم فعله
01:40
at the molecular level is that if you encode information --
29
75000
3000
في المستوى الجزيئي هو أنه يمكنكم ترميز المعلومات--
01:43
you encode a spell or program as molecules --
30
78000
2000
تقومون بالترميز لتهجئة أو برنامج كجزيئ --
01:46
then physics can actually directly interpret that information
31
81000
3000
عندئذ بمستطاع الفيزياء في الواقع تفسير تلك المعلومات
01:49
and run a program. That's what happens in proteins.
32
84000
2000
وتشغيل البرنامج. وذلك ما يحدث في البروتينات.
01:52
When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
33
87000
2000
عندما تنتطق هذه السلسلة من الحمض الأميني كذرات،
01:55
these little letters are sticky for each other.
34
90000
2000
هذه الأحرف الصغيرة متلاصقة مع بعضها البعض.
01:57
It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
35
92000
3000
وتتجزأ لشكل ثلاثي الأبعاد الذي يحولها الى
02:00
a nanomachine that actually cuts DNA.
36
95000
2000
ماكينة نانو يمكنها في الواقع قطع الحمض النووي.
02:02
And the interesting thing is that if you change the sequence,
37
97000
3000
والشئ المثير هو أنه يمكنكم تغيير التسلسل،
02:05
you change the three-dimensional folding.
38
100000
2000
تغيرون الإنطواء ثلاثي الأبعاد.
02:07
You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
39
102000
3000
تحصلون الآن على دباسة من الحمض النووي. هذه هي الأنواع
02:10
molecular programs that we want to be able to write,
40
105000
2000
من البرامج الجزيئية التي نرغب في المقدرة على كتابتها،
02:12
but the problem is, we don't know the machine language of
41
107000
2000
لكن المشكلة هي، ليس لدينا لغة آلة
02:14
proteins. We don't have a compiler for proteins.
42
109000
2000
للبروتينات. وليس لدينا مترجم للبروتينات.
02:17
So I've joined a growing band of people that try to make
43
112000
2000
لذا فقد أنضممت لمجموعة من الناس تحاول إنشاء
02:19
molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
44
114000
3000
تهجئة جزيئية بإستخدام الحمض النووي. نحن نستخدم الحمض النووي لأنه أرخض.
02:23
It's easier to handle. It's something that we understand really well.
45
118000
2000
أصبح من السهل التعامل معه. وهو شئ نفهمه جيداً.
02:25
We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
46
120000
4000
نحن نفهمه جيداً، في الواقع، نحن نعتقد أنه يمكننا في الواقع كتابة
02:29
programming languages for DNA and have molecular compilers.
47
124000
3000
لغة برمجة للحمض النووي والحصول على مترجمات جزيئية.
02:32
So then, we think we can do that. And my first question doing this --
48
127000
4000
حتى ذلك الحين ، كنا نعتقد أننا يمكن أن نفعل ذلك--
02:36
or one of my questions doing this -- was how can you make
49
131000
1000
أو أحد أسئلتي لفعل هذا -- كانت: كيف يمكننا صنع
02:38
an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
50
133000
3000
أشكال إعتباطية أو أنماط من الحمض النووي؟ ولقد قررت أن أستخدم
02:41
a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
51
136000
3000
نوع أورغامي من الحمض النووي، حيث تأخذ ضفيرة طويلة من الحمض النووي
02:44
and fold it into whatever shape or pattern you might want.
52
139000
3000
وتثنيها الى أي شكل أو نمط ترغب فيه.
02:47
So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
53
142000
3000
إذاً ها هو شكل. في الواقع لقد قضيت حوالي السنة في بيتي،
02:50
in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
54
145000
3000
بملابسي الداخلية، أبرمج، مثل ليونس تورفالدس ، في تلك الصورة السابقة.
02:54
And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
55
149000
3000
وهذا البرنامج يأخذ شكلاً، مصنوع من 250 تسلسل حمض نووي.
02:57
These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
56
152000
3000
هذا التسلسل المختصر للحمض النوي هو ما سنقوم
03:00
into this shape that we want to make. So you send an e-mail
57
155000
3000
بثنيه لهذا الشكل الذي نريد تشكيله. إذاً تقوم بإرسال رسالة
03:03
with these sequences in it to a company, and what it does --
58
158000
3000
مع هذا التسلسل الى الشركة، وما ستفعله --
03:07
the company pronounces them on a DNA synthesizer.
59
162000
1000
الشركة بتحضير النطق على مؤلف الحمض النووي.
03:09
It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
60
164000
3000
وهي آلة بحجم آلة النسخ. وما يحدث هو،
03:12
they take your e-mail and every letter in your e-mail,
61
167000
2000
إنها تأخذ الرسالة وكل حرف في رسالتك الإلكترونية،
03:14
they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
62
169000
3000
وتقوم بإستبدالها بكتلة 30 ذرة، واحدة لكل حرف،
03:17
A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
63
172000
3000
A, T, C, و G في الحمض النووي. ويقومون بجمعهم في التسلسل الصحيح،
03:21
and then they send them back to you via FedEx.
64
176000
1000
ويمكنهم إرسالها لكم مجدداً عبر فيديكس.
03:23
So you get 250 of these in the mail in little tubes.
65
178000
1000
وعليه تحصلون على 250 من هذه في البريد في أنابيب صغيرة.
03:25
I mix them together, add a little bit of salt water,
66
180000
3000
أقوم بخلطهم معاً، وأضيف القليل من الماء المالح،
03:28
and then add this long strand I was telling you about,
67
183000
2000
ثم أضيف هذا التسلسل الطويل الذي كنت أخبركم عنه،
03:30
that I've stolen from a virus. And then what happens is,
68
185000
2000
وقد سرقته من فيروس. ثم ما يحدث هو،
03:33
you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
69
188000
3000
تقوم بتسخين كل شئ الى درجة الغليان. ثم تبرده
03:37
to room temperature, and as you do,
70
192000
1000
لدرجة حرارة الغرفة، وبينما تفعل ذلك،
03:38
what happens is those short strands, they do the following thing:
71
193000
2000
ما يحدث لتلك التسلالات القصيرة، إنها تقوم بالآتي:
03:41
each one of them binds that long strand in one place,
72
196000
3000
يشكل كل واحد منها خيطاً طويلاً في مكان واحد،
03:44
and then has a second half that binds that long strand
73
199000
2000
بعد ذلك لديها شوط ثاني يقوم بتجميع هذا التسلسل الطويل
03:47
in a distant place, and brings those two parts of the long strand
74
202000
3000
في مكان بعيد، ويجمع الجزئين في تسلسل طويل
03:50
close together so that they stick together.
75
205000
2000
قريب جداً، بحيث تلتصق ببعضها البعض.
03:52
And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
76
207000
3000
ولذا فأن التأثير الصافي لكل تلك ال 250 تسلسل هو تشكيل
03:55
the long strand into the shape that you're looking for.
77
210000
4000
التسلسل الطويل الى الشكل الذي ترغب فيه.
03:59
It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
78
214000
3000
إنها تقريباً ذلك الشكل. نقوم بهذا حقاً في أنابيب الإختبار.
04:02
In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
79
217000
3000
في كل قطرة ماء تحصلون على 50 مليار من تلك الأشياء.
04:05
You can look with a microscope and see them on a surface.
80
220000
2000
يمكنكم النظر عبر المايكروسكوب ورؤيتهم على السطح.
04:08
And the neat thing is that if you change the sequence
81
223000
1000
والشئ الأنيق هو أنك إذا غيرت التسلسل
04:09
and change the spell, you just change the sequence of the staples.
82
224000
4000
فإنه يغير التهجئة، تقوم أنت فقط بتغيير تسلسل الإملاء.
04:13
You can make a molecule that looks like this, and, you know,
83
228000
3000
يمكنك صنع جزيئ يبدو كهذا، و تعلمون،
04:16
he likes to hang out with his buddies, right.
84
231000
2000
إنه يحب الإجتماع مع أصدقائه، حسناً.
04:19
And a lot of them are actually pretty good.
85
234000
1000
والكثير منهم في الواقع جيدين للغاية.
04:21
If you change the spell again, you change the sequence again.
86
236000
2000
وإذا غيّرت التهجئة مرة أخرى ، يمكنك تغيير التسلسل مجدداً.
04:23
You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
87
238000
4000
تحصولن على مثلثات حجمها 130 نانو متراً جميلة. إذا قمتم بفعلها مجدداً،
04:27
you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
88
242000
3000
يمكنكم الحصول على أنماط إعتباطية. إذاً على المستطيل
04:30
you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
89
245000
5000
يمكنكم رسم أنماط لأمريكا الشمالية والجنوبية، أو الحروف " DNA".
04:35
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
90
250000
4000
إذاً فنوع أورغامي من الحمض النووي. هذه طريقة واحدة. هناك طرق أخرى،
04:39
of casting molecular spells using DNA.
91
254000
3000
للحصول على تهجئة بإستخدام الحمض النووي.
04:42
What we really want to do in the end is learn how to program
92
257000
3000
ما نريد فعله حقاً في النهاية هو أن نتعلم كيفية برمجة
04:45
self-assembly so that we can build anything, right?
93
260000
3000
التجميع الذاتي بحيث يمكننا بناء أي شئ، صحيح؟
04:48
We want to be able to build technological artifacts
94
263000
2000
نريد أن نقدر على بناء تحف تكنلوجية
04:50
that are maybe good for the world. We want to learn
95
265000
2000
التي قد تكون جيدة للعالم. نرغب في تعلم
04:52
how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
96
267000
4000
كيفية بناء تحف بيولوجية، مثل الناس والحيتان والأشجار.
04:57
And if it's the case that we can reach that level of complexity,
97
272000
2000
واذا كان الحال أننا يمكن أن تصل إلى هذا المستوى من التعقيد،
04:59
if our ability to program molecules gets to be that good,
98
274000
3000
إذا كانت مقدرتنا على برمجة الجزيئات تصل لذلك المستوى الجيد،
05:03
then that will truly be magic. Thank you very much.
99
278000
3000
عندها ستكون حقيقة سحر. شكراً جزيلاً لكم.
05:06
(Applause)
100
281000
1000
(تصفيق)
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