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.

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Paul Rothemund | Speaker | TED.com
TED2007

Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles

ポール・ロスマンド「DNAに魔法をかける」

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ポール・ロスマンドはDNAを星やスマイリーフェイスなどに変形させるコードを書いています。もちろん、それ自体驚くべきことですが、これは将来のモノづくりを示唆するような最小規模での自己組織化のデモンストレーションでもあります。
- 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.

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There's an ancient古代 and universalユニバーサル concept概念 that words言葉 have powerパワー,
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古来より広く言葉には力が宿り
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that spells呪文 exist存在する, and that if we could only pronounce発音する the right words言葉,
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魔法は存在して、正しく唱えれば
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then -- whoooshwhooosh -- you know, an avalanche雪崩 would come
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「ヒュー!」
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and wipeワイプ out the hobbitsホビット, right? So this is a very attractive魅力的 ideaアイディア
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雪崩が発生してホビット達を一掃するんです この考えはとても魅力的です
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because we're very lazy怠惰な, like the sorcerer's魔術師 apprentice見習い,
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なぜなら私達は見習い魔法使いや
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or the world's世界の greatest最大 computerコンピューター programmerプログラマー.
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世界一のプログラマーの様に怠け者ですから
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And so this ideaアイディア has a lot of tractionトラクション with us.
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この考えは大きな牽引力を持っています
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We love the ideaアイディア that words言葉, when pronounced発音される --
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言葉を発すると、単なる情報の枠組みを超え
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they're just little more than pureピュア information情報,
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現実世界に物理作用を引き起こし
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but they evoke喚起する some physical物理的 actionアクション
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私達を助けてくれる
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in the realリアル world世界 that helps助けて us do work.
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考えが好きなんです
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And so, of courseコース, with lots of programmableプログラム可能な computersコンピュータ
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こういう中、プログラムで動くコンピュータやロボットが
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and robotsロボット around this is an easy簡単 thing to picture画像.
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周りにあれば、あとのことは、おおよそ想像できますよね
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So how manyたくさんの of you know what I'm talking話す about?
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何人の方が私の話についてこれていますか?
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Raiseレイズ your right handハンド. OK. How manyたくさんの of you
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右手をあげて下さい はい
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don't know what I'm talking話す about? Raiseレイズ your left handハンド.
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何人の方がついてこれていないでしょう?左手をあげて下さい はい
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So that's great. So that was too easy簡単.
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そうですか すばらしい 簡単すぎたようですね
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You guys have very insecure安全でない computersコンピュータ, OK?
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皆さんはとても不安定なコンピュータを持っています
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So now, the thing is that this is a different異なる kind種類 of spellスペル.
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要は、これが少し種類の異なる魔法なのです
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This is a computerコンピューター programプログラム made of zerosゼロ and onesもの.
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これは0と1で構成された
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It can be pronounced発音される on a computerコンピューター. It does something like this.
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コンピュータプログラムです コンピュータ上でこんなことができます
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The important重要 thing is we can write書きます it in a high-level上級 language言語.
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重要なのは、それを高級言語で書けるということです
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A computerコンピューター magicianマジシャン can write書きます this thing.
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コンピュータのマジシャンなら書くことが出来ます
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It can be compiledコンパイルされた into this -- into zerosゼロ and onesもの --
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これが0と1へとコンパイルされ、コンピュータによって
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and pronounced発音される by a computerコンピューター.
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処理されます
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And that's what makes作る computersコンピュータ powerful強力な:
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高級言語を
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these high-level上級 languages言語 that can be compiledコンパイルされた.
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コンパイルできる点がコンピュータの強みです
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And so, I'm here to tell you, you don't need a computerコンピューター
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実は魔法の実現にコンピュータは不要です
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to actually実際に have a spellスペル. In fact事実, what you can do
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事実分子レベルで情報、つまり魔法やプログラムを
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at the molecular分子 levelレベル is that if you encodeエンコード information情報 --
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分子へエンコードすれば、物理現象として
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you encodeエンコード a spellスペル or programプログラム as molecules分子 --
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実際にその情報を直接読み込み
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then physics物理 can actually実際に directly直接 interpret解釈する that information情報
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プログラムを走らせるのです
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and run走る a programプログラム. That's what happens起こる in proteinsタンパク質.
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そんなことがタンパク質の中で起こるんです
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When this aminoアミノ acid sequenceシーケンス gets取得 pronounced発音される as atoms原子,
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このアミノ酸配列を原子として変換すれば
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these little letters手紙 are sticky粘着性の for each other.
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この小さな文字は互いに結合します
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It collapses崩壊する into a three-dimensional三次元 shape形状 that turnsターン it into
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折り畳まれて三次元形状になり、DNAを切断する
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a nanomachineナノマシン that actually実際に cutsカット DNADNA.
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ナノマシンに変形するのです
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And the interesting面白い thing is that if you change変化する the sequenceシーケンス,
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そして面白いことに配列を変えてみると
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you change変化する the three-dimensional三次元 folding折畳み.
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三次元の折り畳み構造が変化します
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You get now a DNADNA staplerステープラー instead代わりに. These are the kind種類 of
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今回はDNAのホッチキスが出来ました
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molecular分子 programsプログラム that we want to be ableできる to write書きます,
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これが私達の目指す分子プログラミングです
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but the problem問題 is, we don't know the machine機械 language言語 of
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しかし私達はタンパク質のマシン語は
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proteinsタンパク質. We don't have a compilerコンパイラ for proteinsタンパク質.
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わかりませんし、コンパイラもありません
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So I've joined参加した a growing成長する bandバンド of people that try to make
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そこで、私はDNAを元にした分子の魔法に
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molecular分子 spells呪文 usingを使用して DNADNA. We use DNADNA because it's cheaper安い.
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挑戦している団体に加入しました DNAを使う理由は安くて
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It's easierより簡単に to handleハンドル. It's something that we understandわかる really well.
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扱いが楽で、よく理解されているからです
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We understandわかる it so well, in fact事実, that we think we can actually実際に write書きます
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DNAの知見は豊富なため、実際DNAの分子コンパイラと
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programmingプログラミング languages言語 for DNADNA and have molecular分子 compilersコンパイラ.
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プログラミング言語を作れると思っています
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So then, we think we can do that. And my first question質問 doing this --
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なので実現は可能だと思っています そこで私が初めに考えた課題は
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or one of my questions質問 doing this -- was how can you make
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「どうやって
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an arbitrary任意 shape形状 or patternパターン out of DNADNA? And I decided決定しました to use
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恣意的な形をDNAから生み出すのか?」でした
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a typeタイプ of DNADNA origami折り紙, where you take a long strand of DNADNA
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そこで私は長いDNA鎖を折畳んで好きな形を作れる
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and fold it into whateverなんでも shape形状 or patternパターン you mightかもしれない want.
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DNA折紙のようなものを使うことにしました
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So here'sここにいる a shape形状. I actually実際に spent過ごした about a year in my home,
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これが例です 実は家で一年くらい下着のまま
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in my underwear下着, codingコーディング, like Linusリウス [Torvaldsトーバルズ], in that picture画像 before.
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前の写真のリーナスみたいにコーディングしていました
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And this programプログラム takes a shape形状, spits唾液 out 250 DNADNA sequencesシーケンス.
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このプログラムは形を認識し、250のDNA配列を表示します
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These shortショート DNADNA sequencesシーケンス are what are going to fold the long strand
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この短いDNA配列が長いDNA鎖に対して作りたい形へと
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into this shape形状 that we want to make. So you send送信する an e-mailEメール
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折畳みます そこでこの配列を記載したメールを
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with these sequencesシーケンス in it to a company会社, and what it does --
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業者に送ると、業者はDNAシンセサイザーで
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the company会社 pronounces発音する them on a DNADNA synthesizerシンセサイザー.
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魔法を唱えてくれます
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It's a machine機械 about the sizeサイズ of a photocopierコピー機. And what happens起こる is,
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それはコピー機程の大きさで何が起こるかというと
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they take your e-mailEメール and everyすべて letter文字 in your e-mailEメール,
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皆さんのメールの全ての文字を読み込み
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they replace置き換える with 30-atom-原子 clusterクラスタ -- one for each letter文字,
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DNAのA、T、CとGを一文字ごとに、30の原子クラスターと
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A, T, C, and G in DNADNA. They string文字列 them up in the right sequenceシーケンス,
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置き換えます これを正しく配列しFedExを通じ
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and then they send送信する them back to you via経由 FedExフェデックス.
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皆さんに送り返します
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So you get 250 of these in the mail郵便物 in little tubesチューブ.
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すると小さいチューブに
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I mixミックス them together一緒に, add追加する a little bitビット of salt water,
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こんなのが250程入ったものが得られます 私がこれを混ぜ
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and then add追加する this long strand I was telling伝える you about,
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塩水を少し加え、先ほどお話したウイルスから摘出した
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that I've stolen盗まれた from a virusウイルス. And then what happens起こる is,
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2000
長いDNA鎖を入れます そのあとで
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you heat this whole全体 thing up to about boiling沸騰. You coolクール it down
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3000
これを沸騰するくらい熱し、室温程度まで冷まします
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to roomルーム temperature温度, and as you do,
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1000
するとその都度
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what happens起こる is those shortショート strandsストランド, they do the following以下 thing:
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2000
この短いDNA鎖が次のような動きを見せます
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each one of them bindsバインドする that long strand in one place場所,
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3000
それぞれが長いDNA鎖のある一カ所に結合し
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and then has a second二番 halfハーフ that bindsバインドする that long strand
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199000
2000
もう一方の離れた箇所にも結合することで
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in a distant遠い place場所, and bringsもたらす those two parts部品 of the long strand
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202000
3000
長い鎖の二つの箇所が結合するように
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close閉じる together一緒に so that they stickスティック together一緒に.
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205000
2000
近づけさせます
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And so the netネット effect効果 of all 250 of these strandsストランド is to fold
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207000
3000
つまり250ものDNA鎖は長いDNA鎖に対して
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the long strand into the shape形状 that you're looking for.
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4000
おおよそ望む形へと折り畳める能力を持っています
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It'llそれは approximate近似 that shape形状. We do this for realリアル in the testテスト tubeチューブ.
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214000
3000
私達は真剣にチューブ内でこの作業を行っています
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In each little dropドロップ of water you get 50 billion of these guys.
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217000
3000
水1滴でこのような分子が500億くらい存在します
04:05
You can look with a microscope顕微鏡 and see them on a surface表面.
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220000
2000
顕微鏡でこれらの表面を見ることもできます
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And the neatきちんとした thing is that if you change変化する the sequenceシーケンス
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223000
1000
すごいのは
04:09
and change変化する the spellスペル, you just change変化する the sequenceシーケンス of the staplesステープル.
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224000
4000
DNA配列と魔法を変えれば、得られる形が変わる点です
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You can make a molecule分子 that looks外見 like this, and, you know,
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228000
3000
こんな分子を造ることも出来ます
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he likes好きな人 to hangハング out with his buddies仲間, right.
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231000
2000
ほら彼は友達と遊びたがっているでしょ?
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And a lot of them are actually実際に prettyかなり good.
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234000
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これらは本当によく出来ています
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If you change変化する the spellスペル again, you change変化する the sequenceシーケンス again.
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もう一度DNA配列と魔法を変更すれば
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You get really niceいい 130 nanometerナノメートル triangles三角形. If you do it again,
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130ナノメータのきれいな三角形が出来ます
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you can get arbitrary任意 patternsパターン. So on a rectangle矩形
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3000
もう一度やれば任意の形も作れます
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you can paintペイント patternsパターン of North and South Americaアメリカ, or the words言葉, "DNADNA."
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245000
5000
長方形、北米、南米の形やDNAという文字も作れます
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So that's DNADNA origami折り紙. That's one way. There are manyたくさんの ways方法
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250000
4000
これがDNA折紙です これは一つの方法でしかありません
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of casting鋳造 molecular分子 spells呪文 usingを使用して DNADNA.
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254000
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DNA分子の魔法を唱える方法はいくつもあります
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What we really want to do in the end終わり is learn学ぶ how to programプログラム
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257000
3000
私達の最終目標はどんなものでも
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self-assembly自己集合 so that we can buildビルドする anything, right?
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260000
3000
作れるプログラムを確立することです
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We want to be ableできる to buildビルドする technological技術的 artifacts成果物
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私達は世界に貢献できるような
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that are maybe good for the world世界. We want to learn学ぶ
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265000
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技術的作品を作りたいと考えています
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how to buildビルドする biological生物学的 artifacts成果物, like people and whalesくじら and trees.
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どうやって人間、鯨、木の様な生命を造れるのか学びたいのです
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And if it's the case場合 that we can reachリーチ that levelレベル of complexity複雑,
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2000
そこで私達がそのような複雑性に達し
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if our ability能力 to programプログラム molecules分子 gets取得 to be that good,
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分子プログラミング能力を改善できれば
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then that will truly真に be magicマジック. Thank you very much.
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278000
3000
真の魔法となりうるでしょう ご清聴ありがとうございました
05:06
(Applause拍手)
100
281000
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(拍手)
Translated by Takahiro Shimpo
Reviewed by Yuki Okada

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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.

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