TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
پل روتموند با استفاده از دی ان ای طلسم میکند
Filmed:
Readability: 3.6
471,278 views
پل روتموند کدهای نرم افزاری ای مینویسد که باعث میشود دی ان ای خودش را بشکل ستاره، یک چهره خندان و چیزهای دیگری دربیاورد.البته که این یک شاهکاره، اما همچنین یک نمایش خود سرهمبندی در کوچکترین مقیاسها است -- با مفهومی بسیار بزرگ برای آینده ی ساختن چیزها.
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
یک مفهوم قدیمی و جهانی وجود داره که میگه کلمات قدرت دارند.
00:30
that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
1
5000
4000
که طلسم ها وجود دارند، و اگه ما فقط بتونیم کلمات صحیح رو بگیم،
00:34
then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
2
9000
2000
بعد--ووووش--میدونید، یک بهمن میاد
00:36
and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
3
11000
5000
و هابیتها (موجودات کوتوله شبیه به انسان) را از بین میبره، درسته؟ خب این یک ایده جالبیه
00:41
because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
4
16000
2000
چراکه ما خیلی تنبلیم، مانند کارآموز فوتبال،
00:43
or the world's greatest computer programmer.
5
18000
2000
یا بزرگترین برنامه نویس کامپیوتر در دنیا.
00:45
And so this idea has a lot of traction with us.
6
20000
2000
و این ایده خیلی برای ما جذابه.
00:47
We love the idea that words, when pronounced --
7
22000
2000
ما این ایده را دوست داریم که کلمات، وقتی گفته میشن --
00:49
they're just little more than pure information,
8
24000
2000
اونها فقط کمی بیشتر از اطلاعات محض هستند،
00:51
but they evoke some physical action
9
26000
1000
ولی اونها برخی اعمال فیزیکی را برمی انگیزند
00:53
in the real world that helps us do work.
10
28000
1000
در دنیای واقعی که بما کمک میکنه کار کنیم.
00:54
And so, of course, with lots of programmable computers
11
29000
3000
و البته با تعدادزیادی کامپیوترهای قابل برنامه ریزی
00:57
and robots around this is an easy thing to picture.
12
32000
3000
و روباتهایی که اطراف ما هستند، تصور این [ایده] کار ساده ایه.
01:00
So how many of you know what I'm talking about?
13
35000
2000
خب چندنفرازشما میدونید که من درمورد چه چیزی صحبت میکنم؟
01:02
Raise your right hand. OK. How many of you
14
37000
1000
دست راستتونو بلند کنید.خب. چند نفرتون
01:03
don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
15
38000
3000
نمیدونید من درمورد چه چیز صحبت میکنم؟ دست چپتونو بلند کنید.
01:06
So that's great. So that was too easy.
16
41000
3000
خیلی خوبه. خیلی ساده بود.
01:09
You guys have very insecure computers, OK?
17
44000
3000
شما کامپیوترهای خیلی نا امنی دارید، درسته؟
01:12
So now, the thing is that this is a different kind of spell.
18
47000
5000
الان، مساله اینه که این یک نوع متفاوت از جادو طلسمه.
01:17
This is a computer program made of zeros and ones.
19
52000
1000
این یک برنامه کامپیوتریه که از صفر ویک ساخته شده.
01:18
It can be pronounced on a computer. It does something like this.
20
53000
3000
اون میتونه توسط یک کامپیوتر خوانده بشه. یک کاری شبیه به این رو انجام میده.
01:21
The important thing is we can write it in a high-level language.
21
56000
2000
مهم اینه که ما میتونیم اون رو بوسیله یک زبان سطح بالا بنویسیم.
01:23
A computer magician can write this thing.
22
58000
3000
یک جادوگر کامپیوتر میتونه اینو بنویسه.
01:26
It can be compiled into this -- into zeros and ones --
23
61000
3000
اون میتونه به این تفسیر بشه --به صفرویک--
01:29
and pronounced by a computer.
24
64000
1000
و بوسیله یک کامپیوتر خوانده شود.
01:30
And that's what makes computers powerful:
25
65000
1000
واین اون چیزیه که کامپیوتر رو قدرتمند میکنه.
01:32
these high-level languages that can be compiled.
26
67000
2000
این زبانهای سطح بالا که میتونند - به زبان ماشین - تبدیل شوند.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
27
69000
3000
من اومدم به شما بگم، درواقع برای اینکه شما یک طلسم و جادو بسازید نیاز به کامپیوتر ندارید.
01:37
to actually have a spell. In fact, what you can do
28
72000
3000
که درواقع یک تلفظ داشته باشید.درواقع چیزی که میتوانید انجام دهید
01:40
at the molecular level is that if you encode information --
29
75000
3000
در واقع، کاری که میشه در سطح مولکولی کرد اینه که اگه شما اطلاعات را برمز دراورید--
01:43
you encode a spell or program as molecules --
30
78000
2000
شما یک طلسم یا برنامه(نرم افزار) رو بصورت مولکول ها رمزگزاری میکنید --
01:46
then physics can actually directly interpret that information
31
81000
3000
بعد فیزیک میتونه عملا مستقیما اون اطلاعات را تفسیر
01:49
and run a program. That's what happens in proteins.
32
84000
2000
و یک برنامه را اجرا کنه. این چیزیه که در پروتئین ها اتفاق میافته.
01:52
When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
33
87000
2000
وققتی این ترتیب اسیدآمینه بعنوان اتمها تلفظ میشود
01:55
these little letters are sticky for each other.
34
90000
2000
این حروف کوچک برای همدیگه مانند چسب میشوند.
01:57
It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
35
92000
3000
این بصورت یک شکل سه بعدی درمیاد که به یک برش دهنده نانویی که در واقع دی ان ای رو میبره تبدیل میشه.
02:00
a nanomachine that actually cuts DNA.
36
95000
2000
این بصورت یک شکل سه بعدی درمیاد که به یک برش دهنده نانویی که در واقع دی ان ای رو میبره تبدیل میشه.
02:02
And the interesting thing is that if you change the sequence,
37
97000
3000
و چیز جالب اینه که اگه شما ترتیب را عوض کنید،
02:05
you change the three-dimensional folding.
38
100000
2000
درحققیقت این تاخوردگی سه بعدی را تغییر میدید.
02:07
You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
39
102000
3000
شما درواقع یک منگنه دی ان ای میسازید. اینها گونه هایی
02:10
molecular programs that we want to be able to write,
40
105000
2000
از برنامه های مولکولی هستند که ما میخواهیم قادر به نوشتن اونها باشیم،
02:12
but the problem is, we don't know the machine language of
41
107000
2000
ولی مشکل اینه که ما زبان ماشین پروتیینها را بلد نیستیم.
02:14
proteins. We don't have a compiler for proteins.
42
109000
2000
ما مترجم ومفسری برای پروتئین ها نداریم.
02:17
So I've joined a growing band of people that try to make
43
112000
2000
درنتیجه من به گروه در حال رشد و پیشرفتی پیوستم که سعی در ساختن جادو و طلسم با استفاده از دی ان ای دارند.
02:19
molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
44
114000
3000
درنتیجه من به گروه در حال رشد و پیشرفتی پیوستم که سعی در ساختن جادو و طلسم با استفاده از دی ان ای دارند.
02:23
It's easier to handle. It's something that we understand really well.
45
118000
2000
ما از دی ای ای استفاده میکنیم چون ارزون تره. راحت تر مدیریت میشه. چیزیه که ما واقعا خوب میفهمیم.
02:25
We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
46
120000
4000
در واقع اونقدر اون رو خوب میفهمیم، که فکر میکنیم میتونیم
02:29
programming languages for DNA and have molecular compilers.
47
124000
3000
زبانهای برنامه نویسی برای دی ان ای بنویسیم و مفسرهای مولکولی برای این کار بوجود بیاریم.
02:32
So then, we think we can do that. And my first question doing this --
48
127000
4000
پس ما فکر میکنیم که میتوانیم این کار رو انجام بدیم. و اولین سوال من برای انجام دادن این کار --
02:36
or one of my questions doing this -- was how can you make
49
131000
1000
یا یکی از سوال های من برای انجام این کار -- این بود که چطور میشه
02:38
an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
50
133000
3000
یک شکل یا الگوی اختیاری با استفاده از دی ان ای ساخت؟ و من تصمیم به استفاده
02:41
a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
51
136000
3000
از یک نوع از اوریگامی دی ان ای گرفتم، که یه رشته بلند از دی ان ای رو میگیریم
02:44
and fold it into whatever shape or pattern you might want.
52
139000
3000
و اونو به هرمدل یا شکلی که دلمون میخواد درمیاریم.
02:47
So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
53
142000
3000
این یک نوعشه. من حدود یکسال توی خونم وقت گذاشتم،
02:50
in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
54
145000
3000
و با لباس زیر برنامه مینوشتم، مثل لینوس [توروالدز] در تصویر قبلی.
02:54
And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
55
149000
3000
و این برنامه یک شکل رو میگیره و 250 رشته از دی ان ای رو تولید میکنه.
02:57
These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
56
152000
3000
این رشته های کوچک دی ان ای اونهایی هستند که میخوان رشته بلند رو تا کنند
03:00
into this shape that we want to make. So you send an e-mail
57
155000
3000
به این شکل که ما میخواهیم بسازیم. شما یک ایمیل به یک شرکت میفرستید
03:03
with these sequences in it to a company, and what it does --
58
158000
3000
و داخل اون ایمیل این رشته ها رو براشون میفرستید، و کاری که اونها انجام میدن --
03:07
the company pronounces them on a DNA synthesizer.
59
162000
1000
اون شرکت اونها رو داخل یه دستگاه ترکیب کننده دی ان ای تلفظ میکنه.
03:09
It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
60
164000
3000
اون یک ماشین به اندازه یک دستگاه فتوکپیه. واتفاقی که میفته
03:12
they take your e-mail and every letter in your e-mail,
61
167000
2000
اینه که اونها ایمیلتونو میگیرند و هر حرفی در ایمیلتونو
03:14
they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
62
169000
3000
با یک خوشه 30 اتمی جایگزین میکنند -- هرخوشه بجای هریک
03:17
A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
63
172000
3000
از حروف C, T, A و G در دی ان ای. اونها این رشته را با ترتیب صحیح میسازند،
03:21
and then they send them back to you via FedEx.
64
176000
1000
و بعد اونارو بوسیله فدکس(شرکت حمل و نقل) بهتون برمیگردونند.
03:23
So you get 250 of these in the mail in little tubes.
65
178000
1000
درنتیجه شما 250 تا از اونا رو بشکل لوله های کوچک دریافت میکنید.
03:25
I mix them together, add a little bit of salt water,
66
180000
3000
من اونهارو باهم مخلوط میکنم، کمی نمک و آب بهش اضافه میکنم،
03:28
and then add this long strand I was telling you about,
67
183000
2000
و این رشته بلند را که دربارش بهتون میگفتم اضافه میکنم
03:30
that I've stolen from a virus. And then what happens is,
68
185000
2000
رشته ای که از یک ویروس برگرفته ام. وبعد اتفاقی که میفته،
03:33
you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
69
188000
3000
اینه که شما این مجموعه را تا حدود دمای جوش حرارت میدید. بعد سردش میکنید
03:37
to room temperature, and as you do,
70
192000
1000
تا حدود دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد) و همانطورکه اینکار را میکنید،
03:38
what happens is those short strands, they do the following thing:
71
193000
2000
اتفاقی که میفته اینه که اون رشته های کوتاه، اینکارها رو انجام میدهند:
03:41
each one of them binds that long strand in one place,
72
196000
3000
هرکدومشون به جایی از رشته بلند متصل میشوند،
03:44
and then has a second half that binds that long strand
73
199000
2000
سپس یک نیمه دوم داره که به رشته بلند در یک فاصله دور متصل میشه،
03:47
in a distant place, and brings those two parts of the long strand
74
202000
3000
و اون دوقسمت از رشته بلند را
03:50
close together so that they stick together.
75
205000
2000
به نزدیکی هم میاره، بنابراین اونها بهم میچسبند.
03:52
And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
76
207000
3000
اثر خالص و نهایی همه این 250 رشته اینه که این رشته بلند رو به شکلی که دارید میبینید تا کنند.
03:55
the long strand into the shape that you're looking for.
77
210000
4000
رشته بلند به صورتی که شما دنبالش هستید میباشد.
03:59
It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
78
214000
3000
اون تقریبا به اون شکل درخواهد آمد. ما این کار رو واقعا درلوله آزمایش انجام میدهیم.
04:02
In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
79
217000
3000
درهر قطره کوچک آب شما 50 میلیارد از اینها رو بدست میاورید.
04:05
You can look with a microscope and see them on a surface.
80
220000
2000
شما میتونید با یک میکروسکوپ نگاه کنید اونها رو روی سطحی ببینید.
04:08
And the neat thing is that if you change the sequence
81
223000
1000
و جالب اینه که اگه شما ترتیب را عوض کنید
04:09
and change the spell, you just change the sequence of the staples.
82
224000
4000
و جای اونها (اسم جادو) رو تغییر بدید درست مثل اینه که ترتیب این منگنه را نغییر دادید.
04:13
You can make a molecule that looks like this, and, you know,
83
228000
3000
شما میتونید یک مولکول که شبیه این است را بسازید، و میدونید
04:16
he likes to hang out with his buddies, right.
84
231000
2000
که اون دوست داره با رفیقاش ول بگرده
04:19
And a lot of them are actually pretty good.
85
234000
1000
و خیلی از اونها واقعا خوبند.
04:21
If you change the spell again, you change the sequence again.
86
236000
2000
اگه شما جای اونا (اسم جادو) رو عوض کنید، ترتیبو دوباره عوض کردید.
04:23
You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
87
238000
4000
شما یک مثلث 130 نانومتری قشنگ دارید. اگه دوباره اینکارو انجام بدید،
04:27
you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
88
242000
3000
شما یک میتونید یک مدل اختیاری بسازید. بنابراین در یک مستطیل
04:30
you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
89
245000
5000
میشه الگوی شمال و جنوب قاره امریکا، یا کلمات، "DNA"، رو بوجود آورد.
04:35
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
90
250000
4000
پس این اوریگامی دی ان ای است. اون یک راهشه. راههای زیادی
04:39
of casting molecular spells using DNA.
91
254000
3000
برای جادو و طلسم کردن مولکولی با استفاده از دی ان ای وجود داره.
04:42
What we really want to do in the end is learn how to program
92
257000
3000
چیزی که ما واقعا میخواهیم درانتها انجام بدیم اینه که یاد بگیریم که چطور بصورت
04:45
self-assembly so that we can build anything, right?
93
260000
3000
خود-سرهمبندی برنامه نویسی کنیم که بتونیم هرچیزی را بسازیم، درسته؟
04:48
We want to be able to build technological artifacts
94
263000
2000
ما میخواهیم قادر به ساختن مصنوعات تکنولوژیکی باشیم
04:50
that are maybe good for the world. We want to learn
95
265000
2000
که ممکنه برای جهان خوب باشند. میخواهیم یاد بگیریم
04:52
how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
96
267000
4000
چگونه مصنوعات بیولوژیکی بسازیم، مانند مردم و نهنگها و درختان.
04:57
And if it's the case that we can reach that level of complexity,
97
272000
2000
واگه مورد اینه که روزی بتونیم به این اندازه از پیچیدگی برسیم،
04:59
if our ability to program molecules gets to be that good,
98
274000
3000
اگر توانایی ما برای برنامه ریزی مولکولها اونقدر خوب بشن،
05:03
then that will truly be magic. Thank you very much.
99
278000
3000
پس اون حقیقتا جادویی خواهد بود. خیلی از شما متشکرم.
05:06
(Applause)
100
281000
1000
(تشویق حاضرین)
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