TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
Paul Rothermund le magicien de l'ADN
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Paul Rothermund écrit des codes qui font prendre à l'ADN la forme d'une étoile, celle d'un smiley souriant et autres. C'est un tour d'adresse mais c'est aussi la démonstration de l'auto-assemblage à la plus petite échelle -- avec d'immenses implications pour la création et la production dans le futur.
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
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There's an ancient and universal concept that words have power,
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Il y a un ancien concept universel où les mots ont un pouvoir,
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that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
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où les formules magiques existent, et si l'on pouvait seulement prononcer les mots justes,
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then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
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alors, rrrooouuu ! Une avalanche
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and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
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emporterait les hobbits, non ? C'est une idée attrayante
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because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
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parce que nous sommes paresseux, comme l'apprenti sorcier,
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or the world's greatest computer programmer.
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ou le meilleur programmeur au monde.
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And so this idea has a lot of traction with us.
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Et donc, cette idée a beaucoup d'empreinte sur nous.
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We love the idea that words, when pronounced --
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Nous aimons l'idée que lorsque les mots sont prononcés --
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they're just little more than pure information,
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ils sont à peine plus que de l'information pure,
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but they evoke some physical action
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mais ils évoquent une action physique
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in the real world that helps us do work.
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dans le monde réel et nous aident à faire quelque chose.
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And so, of course, with lots of programmable computers
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Avec la quantité d'ordinateurs programmables
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and robots around this is an easy thing to picture.
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et de robots autour de nous c'est une chose facile à imaginer.
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So how many of you know what I'm talking about?
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Combien d'entre vous savent de quoi je parle ?
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Raise your right hand. OK. How many of you
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Levez la main droite. OK. Combien d'entre vous
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don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
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ne savent pas de quoi je parle ? Levez la main gauche. OK.
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So that's great. So that was too easy.
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Bon. C'est formidable. C'était beaucoup trop facile.
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You guys have very insecure computers, OK?
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Vous avez des ordinateurs très incertains, OK ?
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So now, the thing is that this is a different kind of spell.
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Le fait est que c'est une forme différente de formule magique.
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This is a computer program made of zeros and ones.
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C'est un programme d'ordinateur fait de zéros et de uns.
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It can be pronounced on a computer. It does something like this.
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Il peut être prononcé par un ordinateur. Il fait quelque chose comme ça.
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The important thing is we can write it in a high-level language.
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L'important c'est que nous pouvons l'écrire dans un langage de haut niveau.
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A computer magician can write this thing.
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Un magicien de l'informatique peut écrire ceci.
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It can be compiled into this -- into zeros and ones --
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Il peut être compilé en zéros et en uns
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and pronounced by a computer.
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et prononcé par un ordinateur.
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And that's what makes computers powerful:
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C'est ce qui rend les ordinateurs puissants:
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these high-level languages that can be compiled.
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ces langages de haut niveau qui peuvent être compilés.
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And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
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Je suis donc ici pour vous dire que vous n'avez pas besoin d'un ordinateur
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to actually have a spell. In fact, what you can do
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pour avoir une formule magique. En fait, ce que vous pouvez faire
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at the molecular level is that if you encode information --
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au niveau moléculaire c'est que si vous encodez de l'information --
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you encode a spell or program as molecules --
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vous codez une formule magique ou un programme avec des molécules --
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then physics can actually directly interpret that information
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la physique peut ensuite directement interpréter cette information
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and run a program. That's what happens in proteins.
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et exécuter un programme. C'est ce qui se passe dans les protéines.
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When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
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Quand cette séquence d'acides aminés est prononcée avec des atomes,
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these little letters are sticky for each other.
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ces petites lettres sont collantes l'une pour l'autre.
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It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
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Elle s'effondre pour former une forme en 3D, ce qui la transforme
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a nanomachine that actually cuts DNA.
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en une nanomachine capable de couper de l'ADN.
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And the interesting thing is that if you change the sequence,
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La chose intéressante est que si vous changez la séquence,
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you change the three-dimensional folding.
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vous changez aussi le pliage en trois dimensions.
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You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
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Ce qui donne une agrafeuse à ADN à la place. Ce sont le genre de
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molecular programs that we want to be able to write,
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de programmes moléculaires que nous voulons être capable d'écrire,
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but the problem is, we don't know the machine language of
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mais le problème est que nous ne connaissons pas le langage machine des
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proteins. We don't have a compiler for proteins.
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protéines; nous n'avons pas de compilateur pour les protéines.
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So I've joined a growing band of people that try to make
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J'ai donc rejoint un groupe de personnes qui essayent de créer
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molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
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des formules magiques moléculaires en utilisant de l'ADN. Nous utilisons de l'ADN parce que c'est moins cher.
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It's easier to handle. It's something that we understand really well.
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C'est plus facile à manipuler. C'est quelque chose que nous comprenons vraiment bien.
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We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
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En fait nous le comprenons si bien que nous pensons pouvoir écrire
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programming languages for DNA and have molecular compilers.
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des langages de programmation pour l'ADN et avoir des compilateurs moléculaires.
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So then, we think we can do that. And my first question doing this --
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Nous pensons pouvoir le faire. Une de mes premières questions en faisant ça
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or one of my questions doing this -- was how can you make
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a été : Comment peut-on créer
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an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
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une forme ou un motif arbitraire avec de l'ADN ? J'ai décidé d'utiliser
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a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
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un type d'origami d'ADN, où l'on prend un long brin d'ADN
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and fold it into whatever shape or pattern you might want.
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et on le plie dans la forme ou le motif que l'on veut.
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So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
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Voici une forme. J'ai passé environ un an à la maison,
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in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
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en sous-vêtements, à coder, comme Linus [Torvalds], dans la photo précédente.
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And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
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Ce programme prend une forme et recrache 250 séquences d'ADN.
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These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
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Ce sont ces courtes séquences d'ADN qui vont plier le long brin
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into this shape that we want to make. So you send an e-mail
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et lui donner la forme que l'on veut créer. Vous envoyez un courriel
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with these sequences in it to a company, and what it does --
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avec ces séquences à une entreprise, et
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the company pronounces them on a DNA synthesizer.
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l'entreprise les prononce sur un synthétiseur d'ADN.
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It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
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C'est une machine de la taille d'un photocopieur.
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they take your e-mail and every letter in your e-mail,
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Ils prennent votre courriel et chaque lettre qu'il contient
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they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
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est remplacée par une grappe de 30 atomes, une grappe pour chaque lettre,
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A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
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A, T, C, et G de l'ADN. Ils les ordonnent dans le bon ordre,
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and then they send them back to you via FedEx.
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et vous les renvoient par FedEx.
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So you get 250 of these in the mail in little tubes.
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Vous recevez 250 de ces choses dans de petits tubes dans votre boîtes aux lettres.
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I mix them together, add a little bit of salt water,
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Je les mélange, j'ajoute un peu d'eau salée,
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and then add this long strand I was telling you about,
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et j'ajoute ce long brin dont je vous parlais,
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that I've stolen from a virus. And then what happens is,
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et que j'avais volé à un virus. Ensuite
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you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
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vous chauffez le tout jusqu'à ébulition; Vous le refroidissez
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to room temperature, and as you do,
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à température ambiante et, en se faisant,
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what happens is those short strands, they do the following thing:
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ces petits brins font la chose suivante :
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each one of them binds that long strand in one place,
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chacun d'eux se lie au long brin à un endroit,
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and then has a second half that binds that long strand
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et ensuite la seconde moitié se lie plus loin
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in a distant place, and brings those two parts of the long strand
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au long brin, et ces deux parties du long brin
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close together so that they stick together.
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se rejoignent, de sorte qu'elles soient collées ensemble.
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And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
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Donc l'action finale de ces 250 brins est de plier
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the long strand into the shape that you're looking for.
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le long brin dans la forme que l'on recherche;
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It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
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Cette forme sera approximative. Nous faisons ça dans un tube à essai.
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In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
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Dans chaque petite goute d'eau vous ajoutez 50 milliards de ces machins.
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You can look with a microscope and see them on a surface.
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Vous pouvez utiliser un microscope pour les voir.
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And the neat thing is that if you change the sequence
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Et ce qui est sympathique c'est que si vous changez la séquence
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and change the spell, you just change the sequence of the staples.
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et la formule magique, vous changez la séquence des agrafes.
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You can make a molecule that looks like this, and, you know,
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Vous pouvez créer une molécule qui ressemble à ça, et,
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he likes to hang out with his buddies, right.
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qui aime trainer avec ses potes.
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And a lot of them are actually pretty good.
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Beaucoup d'entre elles ne sont pas mal du tout.
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If you change the spell again, you change the sequence again.
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Si vous changez encore la formule magique, vous changez encore la séquence.
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You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
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Vous obtenez de charmants triangles de 130 nanomètres. Si vous recommencez,
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you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
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vous obtenez des motif arbitraires. Sur un rectangle
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you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
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vous pouvez dessiner les motifs de l'Amérique du Nord et du Sud, ou les lettres "DNA."
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So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
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Voilà l'origami d'ADN. C'est une façon de faire. Il y a beaucoup de façons
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of casting molecular spells using DNA.
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de lancer des sorts moléculaires en utilisant l'ADN.
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What we really want to do in the end is learn how to program
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Ce que nous voulons vraiment faire au final c'est apprendre à programmer
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self-assembly so that we can build anything, right?
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l'auto-assemblage pour pouvoir construire n'importe quoi, voyez-vous ?
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We want to be able to build technological artifacts
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Nous voulons être capables de construire des artéfacts technologiques
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that are maybe good for the world. We want to learn
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qui sont peut-être bons pour le monde. Nous voulons apprendre
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how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
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à construire des artéfacts biologiques, comme les gens, les baleines et les arbres.
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And if it's the case that we can reach that level of complexity,
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Et s'il est possible d'atteindre ce niveau de complexité,
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if our ability to program molecules gets to be that good,
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si notre capacité à programmer des molécules atteint ce niveau,
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then that will truly be magic. Thank you very much.
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alors ce sera vraiment magique. Merci beaucoup.
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(Applause)
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(Applaudissements)
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