TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
Paul Rothemund lança um feitiço com DNA
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Paul Rothemund escreve código que faz com que o DNA se organize em uma estrela, um rosto sorridente e muito mais. Claro, é um façanha, mas é também uma demonstração de auto-montagem na menor das escalas - com vastas implicações para o futuro de fazer as coisas.
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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Há uma concepção antiga e universal de que as palavras têm poder,
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that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
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que feitiços existem, e se pudéssemos pronunciar as palavras certas,
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then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
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então, zaz! Viria uma avalanche
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and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
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e varreria os hobbits, certo? É uma idéia muito atraente
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because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
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porque somos preguiçosos, como os aprendizes de bruxo,
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or the world's greatest computer programmer.
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ou os maiores programadores de computador do mundo.
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And so this idea has a lot of traction with us.
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E então, esta idéia nos seduz bastante.
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We love the idea that words, when pronounced --
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Nós adoramos a idéia de que palavras, quando pronunciadas --
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they're just little more than pure information,
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são simplesmente um pouco mais do que simples informação,
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but they evoke some physical action
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mas que evocam alguma ação física
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in the real world that helps us do work.
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no mundo real que nos ajuda a trabalhar.
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And so, of course, with lots of programmable computers
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E então, é claro, com vários computadores e robôs
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and robots around this is an easy thing to picture.
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programáveis por aí, é uma coisa fácil de imaginar.
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So how many of you know what I'm talking about?
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Então, quantos de vocês sabem do que eu estou falando?
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Raise your right hand. OK. How many of you
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Levantem a mão direita. Ok. Quantos de vocês
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don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
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não sabem do que eu estou falando? Levantem a mão esquerda. Ok
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So that's great. So that was too easy.
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Certo. Tudo bem. Então foi fácil perceber.
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You guys have very insecure computers, OK?
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Vocês têm computadores imprecisos, ok?
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So now, the thing is that this is a different kind of spell.
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Então, o negócio é que este é um tipo diferente de feitiço.
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This is a computer program made of zeros and ones.
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Este é um programa de computador feito de zeros e uns.
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It can be pronounced on a computer. It does something like this.
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Pode ser pronunciado em um computador. Ele faz algo como isso.
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The important thing is we can write it in a high-level language.
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O importante é que podemos escrevê-lo em linguagem de alto nível.
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A computer magician can write this thing.
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Um mago da computação pode escrever isto.
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It can be compiled into this -- into zeros and ones --
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Isso pode ser compilado nisso -- em zeros e uns --
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and pronounced by a computer.
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e pronunciado por um computador
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And that's what makes computers powerful:
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E é isso que faz computadores poderosos:
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these high-level languages that can be compiled.
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estas linguagens de alto nível que pode ser compilada.
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And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
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E então, eu estou aqui para dizer a vocês, vocês não precisam de um computador
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to actually have a spell. In fact, what you can do
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para verdadeiramente ter um feitiço. De fato, o que você pode fazer
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at the molecular level is that if you encode information --
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a nível molecular é que se você codifica informação --
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you encode a spell or program as molecules --
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codifica um feitiço ou programa como moléculas --
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then physics can actually directly interpret that information
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então a Física pode interpretar diretamente aquela informação
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and run a program. That's what happens in proteins.
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e executar um programa. É isso o que acontece em proteínas.
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When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
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Quando esta sequência de aminoácidos é pronunciado como átomos,
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these little letters are sticky for each other.
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essas pequenas letras ficam pegajosas.
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It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
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Ela colapsa em um formato tridimensional que a transforma em
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a nanomachine that actually cuts DNA.
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uma nanomáquina que na verdade corta DNA.
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And the interesting thing is that if you change the sequence,
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E o que é interessante é que se você muda a sequência,
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you change the three-dimensional folding.
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você muda o formato tridimensional.
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You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
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Agora, em vez disso, você pega um grampeador de DNA. Estes são os tipos de
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molecular programs that we want to be able to write,
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programas moleculares que queremos escrever,
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but the problem is, we don't know the machine language of
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mas o problema é: não sabemos a linguagem de máquina das
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proteins. We don't have a compiler for proteins.
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proteínas; não temos um compilador para proteínas.
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So I've joined a growing band of people that try to make
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Então entramos pro time das pessoas que tentam fazer
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molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
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feitiços moleculares usando DNA. Usamos DNA porque é mais barato.
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It's easier to handle. It's something that we understand really well.
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É mais fácil de usar. É algo que entendemos realmente bem
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We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
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Entemos ele tão bem, de fato, que achamos que podemos na verdade escrever
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programming languages for DNA and have molecular compilers.
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linguagens de programação para DNA e ter os compiladores moleculares.
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So then, we think we can do that. And my first question doing this --
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Então, achamos que podemos fazê-lo. E minha primeira pergunta a fazê-lo --
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or one of my questions doing this -- was how can you make
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ou uma das minhas perguntas -- era: Como é possível obter do DNA
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an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
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um formato arbitrário ou um padrão? E decidi usar
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a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
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um tipo de origami de DNA, no qual se pega uma fita longa de DNA
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and fold it into whatever shape or pattern you might want.
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e a dobra em qualquer forma ou padrão desejado.
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So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
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Este é um formato. Na verdade gastei um ano em casa
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in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
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de cueca, escrevendo cógido, como Linus [Torvalds], naquela figura anterior.
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And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
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E este programa recebe um formato, cospe 250 sequências de DNA.
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These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
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São estas sequências curtas de DNA que vão dobrar a fita longa
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into this shape that we want to make. So you send an e-mail
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para obter este formato que queremos. Então você manda um email
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with these sequences in it to a company, and what it does --
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com estas sequências para uma empresa, o que acontece --
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the company pronounces them on a DNA synthesizer.
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a empresa a pronuncia em um sintetizador de DNA.
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It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
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É uma máquina do tamanho de uma fotocopiadora. E o que acontece é,
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they take your e-mail and every letter in your e-mail,
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eles pegam seu email e cada letra em seu email,
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they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
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eles substituem com aglomerados de 30 átomos, um para cada letra,
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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 e G no DNA. Eles formam a sequência correta,
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and then they send them back to you via FedEx.
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e depois mandam de volta pra você por SEDEX.
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So you get 250 of these in the mail in little tubes.
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Então você pega 250 deles na caixa de correios em tubos pequenos.
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I mix them together, add a little bit of salt water,
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Eu os misturo, adiciono um pouco de água salgada,
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and then add this long strand I was telling you about,
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e depois adiciono esta fita longa da qual eu falava antes,
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that I've stolen from a virus. And then what happens is,
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que roubei de um vírus. O que acontece é,
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you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
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você aquece a coisa inteira até ferver. Você esfria
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to room temperature, and as you do,
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até a temperatura ambiente, e à medida que vai esfriando,
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what happens is those short strands, they do the following thing:
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o que acontece é que estas fitas curtas, elas fazem o seguinte:
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each one of them binds that long strand in one place,
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cada uma delas se liga à fita longa em um lugar,
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and then has a second half that binds that long strand
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e depois há uma segunda metade que se liga à fita longa
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in a distant place, and brings those two parts of the long strand
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em um lugar distance, e traz as duas partes da fita longa
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close together so that they stick together.
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uma pra perto da outra, de forma que elas se grudem.
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And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
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E então o efeito final de todas essas 250 fitas é dobrar
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the long strand into the shape that you're looking for.
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a fita longa no formato que estamos querendo obter;
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It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
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irá se aproximar do formato. Fazemos isto pra valer no tubo de teste.
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In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
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Em cada gota de água temos 50 bilhões desses caras.
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You can look with a microscope and see them on a surface.
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Você pode olhar com um microscópio e vê-los em uma superfície.
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And the neat thing is that if you change the sequence
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E a coisa elegante é que se você muda a sequência
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and change the spell, you just change the sequence of the staples.
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e muda o feitiço, você só muda a sequência de grampos.
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You can make a molecule that looks like this, and, you know,
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Você pode fazer uma molécula que se parece com isso, e,
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he likes to hang out with his buddies, right.
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ela gosta de sair com seus amigos, mesmo.
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And a lot of them are actually pretty good.
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E várias delas são muito boas.
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If you change the spell again, you change the sequence again.
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Se você muda o feitiço mais uma vez, você muda a sequência de novo.
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You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
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Obtendo triângulos distintos de 130 nanômetro. Se você repete
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you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
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você obtem padrões arbitrários. Então, em um retângulo
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you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
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você pode pintar padrões de Américas do Norte e do Sul, ou a palavra "DNA".
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So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
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Pois este é o origami de DNA. Isto é uma maneira. Existem muitas
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of casting molecular spells using DNA.
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de lançar feitiços moleculares usando DNA.
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What we really want to do in the end is learn how to program
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No fim o que realmente queremos é aprender como programar
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self-assembly so that we can build anything, right?
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auto-montagem, para que possamos construir qualquer coisa, certo?
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We want to be able to build technological artifacts
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Nós queremos ser capazes de construir artefatos tecnológicos
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that are maybe good for the world. We want to learn
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que talvez sejam bons para o mundo. Queremos aprender
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how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
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como construir artefatos biológicos, como pessoas, baleias e árvores.
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And if it's the case that we can reach that level of complexity,
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E se for o caso de conseguirmos alcançar este nível de complexidade,
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if our ability to program molecules gets to be that good,
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se nossas habilidades para programar moléculas chegarem a ser tão boas
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then that will truly be magic. Thank you very much.
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então será verdaderamente mágico. Muitíssimo obrigado.
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(Applause)
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Aplausos
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