TED2007
Paul Rothemund: Playing with DNA that self-assembles
Paul Rothemund bỏ bùa với ADN
Filmed:
Readability: 3.6
471,278 views
Paul Rothemund viết mã hiệu để điều khiển ADN tự sắp xếp thành hình một ngôi sao, một nụ cười, và nhiều hơn nữa. Chắc chắn đây là một trò ảo thuật, nhưng cũng là một màn biểu diễn của sự sắp xếp trong phạm vi nhỏ nhất -- ẩn chứa nhiều tiềm năng cho nghành sản xuất trong tương lai.
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
Có một khái niệm xưa cũ và khá phổ biến rằng lời nói có sức mạnh,
00:30
that spells exist, and that if we could only pronounce the right words,
1
5000
4000
rằng bùa mê có tồn tại, và nếu chúng ta nắm bắt được những từ ngữ linh thiên,
00:34
then -- whooosh -- you know, an avalanche would come
2
9000
2000
thì bỗng nhiên...Và quý vị biết đó, một mảng tuyết lở sẽ đến
00:36
and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea
3
11000
5000
và tiêu diệt hết tất cả những con quỷ lùn, đúng không? Vậy thì đây là một ý tưởng hấp dẫn
00:41
because we're very lazy, like the sorcerer's apprentice,
4
16000
2000
vì chúng ta lười biếng, như là người học nghề của thầy phù thủy,
00:43
or the world's greatest computer programmer.
5
18000
2000
hay là người lập trình viên vĩ đại nhất thế giới.
00:45
And so this idea has a lot of traction with us.
6
20000
2000
Cho nên ý tưởng này có nhiều sức quyến rũ với chúng ta.
00:47
We love the idea that words, when pronounced --
7
22000
2000
Chúng ta thích thú với cái ý tưởng là những từ ngữ, khi phát âm --
00:49
they're just little more than pure information,
8
24000
2000
chúng chỉ là ít nhiều những thông tin thuần túy,
00:51
but they evoke some physical action
9
26000
1000
nhưng lại có thể gợi lên một số hành động vật chất
00:53
in the real world that helps us do work.
10
28000
1000
trong thế giới thực để giúp chúng ta làm việc.
00:54
And so, of course, with lots of programmable computers
11
29000
3000
Dĩ nhiên, với rất nhiều máy ví tính có thể được lập trình
00:57
and robots around this is an easy thing to picture.
12
32000
3000
và người máy ở chung quanh, đây là điều dễ có thể hình dung.
01:00
So how many of you know what I'm talking about?
13
35000
2000
Vậy bao nhiêu người trong quý vị biết tôi đang đề cập về vấn đề gì?
01:02
Raise your right hand. OK. How many of you
14
37000
1000
Hãy giơ lên tay phải của quý vị. Tốt. Vậy bao nhiêu người trong quý vị
01:03
don't know what I'm talking about? Raise your left hand.
15
38000
3000
không biết tôi đang đề cập về vấn đề gì? Hãy giơ lên tay trái của quý vị. Tốt.
01:06
So that's great. So that was too easy.
16
41000
3000
Được rồi. Như vậy thật tuyệt vời. Đúng là quá dễ dàng.
01:09
You guys have very insecure computers, OK?
17
44000
3000
Quý vị có những máy vi tính không đáng tin cậy đúng không?
01:12
So now, the thing is that this is a different kind of spell.
18
47000
5000
Nhưng trong trường hợp này lại là một bùa mê khác.
01:17
This is a computer program made of zeros and ones.
19
52000
1000
Đây là một lập trình chỉ bao gồm những con số không và số một.
01:18
It can be pronounced on a computer. It does something like this.
20
53000
3000
Nó có thể được thi hành trên máy tính...và hành động như thế này.
01:21
The important thing is we can write it in a high-level language.
21
56000
2000
Điều quan trọng là chúng ta có thể viết nó bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao.
01:23
A computer magician can write this thing.
22
58000
3000
Một nhà pháp sư vi tính có thể viết ngôn ngữ như vậy.
01:26
It can be compiled into this -- into zeros and ones --
23
61000
3000
Ngôn ngữ này có thể được biên dịch thành những con số không và số một
01:29
and pronounced by a computer.
24
64000
1000
và được "thi hành" bằng máy tính.
01:30
And that's what makes computers powerful:
25
65000
1000
Và đó là lý do vì sao máy tính thật mạnh mẽ:
01:32
these high-level languages that can be compiled.
26
67000
2000
những ngôn ngữ lập trình cấp cao có thể được biên dịch.
01:34
And so, I'm here to tell you, you don't need a computer
27
69000
3000
Và vì vậy, tôi ở đây để nói với bạn rằng, bạn không cần một chiếc máy tính
01:37
to actually have a spell. In fact, what you can do
28
72000
3000
để thật sự có một bùa mê. Thực tế, điều mà quý vị có thể làm
01:40
at the molecular level is that if you encode information --
29
75000
3000
ở mức độ phân tử là nếu quý vị mã hóa thông tin --
01:43
you encode a spell or program as molecules --
30
78000
2000
quý vi mật mã hóa một bùa mê hay một lập trình thành nhiều phân tử --
01:46
then physics can actually directly interpret that information
31
81000
3000
và rồi vật lý có thể trực tiếp giải mã những thông tin đó
01:49
and run a program. That's what happens in proteins.
32
84000
2000
và thi hành một lập trình. Đó là những gì xảy ra trong protein.
01:52
When this amino acid sequence gets pronounced as atoms,
33
87000
2000
Khi trình tự axit amin này được "thi hành" thành nguyên tử,
01:55
these little letters are sticky for each other.
34
90000
2000
những chữ cái nhỏ bé này dính vào nhau.
01:57
It collapses into a three-dimensional shape that turns it into
35
92000
3000
Nó xếp hình thành một dạng ba chiều và biến thành
02:00
a nanomachine that actually cuts DNA.
36
95000
2000
một bộ máy nano có thể cắt xé ADN.
02:02
And the interesting thing is that if you change the sequence,
37
97000
3000
Và điều thú vị là nếu quý vị thay đổi trình tự,
02:05
you change the three-dimensional folding.
38
100000
2000
quý vị thay đổi sự sắp xếp dạng ba chiều.
02:07
You get now a DNA stapler instead. These are the kind of
39
102000
3000
Bây giờ quý vị có một cái bấm ADN. Đây là những loại
02:10
molecular programs that we want to be able to write,
40
105000
2000
chương trình phân tử mà chúng ta muốn có khả năng lập trình,
02:12
but the problem is, we don't know the machine language of
41
107000
2000
nhưng vấn đề là chúng ta không biết ngôn ngữ của bộ máy
02:14
proteins. We don't have a compiler for proteins.
42
109000
2000
protein; chúng ta không có phần mềm biên dịch cho protein.
02:17
So I've joined a growing band of people that try to make
43
112000
2000
Vì vậy, tôi đã gia nhập một nhóm người đang cố gắng
02:19
molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper.
44
114000
3000
tạo ra những "bùa mê" phân tử từ ADN. Chúng ta dùng ADN vì nó rẻ hơn.
02:23
It's easier to handle. It's something that we understand really well.
45
118000
2000
Nó dễ sử dụng hơn. Nó là một cái gì đó chúng ta hiểu rất tường tận.
02:25
We understand it so well, in fact, that we think we can actually write
46
120000
4000
Chúng ta hiểu nó quá tường tận đến nổi chúng ta chắc chắn có thể viết
02:29
programming languages for DNA and have molecular compilers.
47
124000
3000
những ngôn ngữ lập trình cho ADN và có những phần mềm biên dịch phân tử.
02:32
So then, we think we can do that. And my first question doing this --
48
127000
4000
Vị vậy chúng tôi nghĩ rằng có thể làm thế. Và khi thực hiện điều này, câu hỏi đầu tiên của tôi là --
02:36
or one of my questions doing this -- was how can you make
49
131000
1000
hay một trong những câu hỏi là: Làm sao chúng ta có thể tạo
02:38
an arbitrary shape or pattern out of DNA? And I decided to use
50
133000
3000
nên một hình dạng tùy ý hay một kiểu mẫu từ ADN? Và tôi đã quyết định sử dụng
02:41
a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA
51
136000
3000
một loại xếp hình ADN bắt đầu từ một chuỗi hạt ADN dài,
02:44
and fold it into whatever shape or pattern you might want.
52
139000
3000
và xếp nó vào bất kỳ hình dạng hay kiểu mẫu nào tôi muốn.
02:47
So here's a shape. I actually spent about a year in my home,
53
142000
3000
Và đây là một hình. Tôi đã bỏ ra một năm ở nhà,
02:50
in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before.
54
145000
3000
trong quần lót và mã hóa, như Linus [Torvalds] trong bức ảnh đó trước kia.
02:54
And this program takes a shape, spits out 250 DNA sequences.
55
149000
3000
Và chương trình này có thể biến đổi từ bất cứ hình dạng nào thành 250 trình tự ADN.
02:57
These short DNA sequences are what are going to fold the long strand
56
152000
3000
Những trình tự ADN ngắn ngủi này có chức năng sắp xếp một chuỗi dài
03:00
into this shape that we want to make. So you send an e-mail
57
155000
3000
thành bất cứ hình dạng nào chúng ta muốn. Vì vậy khi bạn gửi một bức điện thư
03:03
with these sequences in it to a company, and what it does --
58
158000
3000
với những trình tự như thế này đến một công ty, và chuyện gì sẽ xảy ra --
03:07
the company pronounces them on a DNA synthesizer.
59
162000
1000
công ty này "thi hành" chúng trên máy tổng hợp ADN.
03:09
It's a machine about the size of a photocopier. And what happens is,
60
164000
3000
Đó là một cái máy với kích cỡ của một cái máy photo. Và chuyện xảy ra sẽ như sau:
03:12
they take your e-mail and every letter in your e-mail,
61
167000
2000
Họ dùng bức điện thư của quý vị và tất cả những chữ cái trong đó,
03:14
they replace with 30-atom cluster -- one for each letter,
62
169000
3000
và thay thế vào đó một cụm gồm 30 nguyên tử, mỗi cụm cho một chữ cái,
03:17
A, T, C, and G in DNA. They string them up in the right sequence,
63
172000
3000
A, T, C, và G trong ADN. Họ xâu chúng lại theo đúng trình tự,
03:21
and then they send them back to you via FedEx.
64
176000
1000
và họ gởi lại quý vị qua FedEx.
03:23
So you get 250 of these in the mail in little tubes.
65
178000
1000
Quý vị có 250 bức điện thư như vậy, chứa đựng trong những khối nhỏ.
03:25
I mix them together, add a little bit of salt water,
66
180000
3000
Tôi pha trộn chúng, thêm vào một ít nước muối,
03:28
and then add this long strand I was telling you about,
67
183000
2000
và thêm vào một chuỗi ADN dài mà tôi đã đề cập trước đó,
03:30
that I've stolen from a virus. And then what happens is,
68
185000
2000
chuỗi ADN mà tôi đã lấy từ một con vi rút. Và chuyện sẽ xảy ra tiếp theo là như sau:
03:33
you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down
69
188000
3000
Quý vị đun nóng sự pha trộn này lên. Sau đó quý vị để cho nó nguội lại
03:37
to room temperature, and as you do,
70
192000
1000
trong nhiệt độ phòng, và khi làm như vậy,
03:38
what happens is those short strands, they do the following thing:
71
193000
2000
mỗi chuỗi ADN ngắn đó
03:41
each one of them binds that long strand in one place,
72
196000
3000
sẽ kết hợp với chuỗi ADN dài ở một điểm,
03:44
and then has a second half that binds that long strand
73
199000
2000
và chuỗi ADN ngắn bổ sung sẽ kết hợp với chuỗi ADN dài
03:47
in a distant place, and brings those two parts of the long strand
74
202000
3000
ở một nơi nào khác xa hơn, và hai phần này ở chuỗi ADN dài sẽ kết
03:50
close together so that they stick together.
75
205000
2000
lại cho đến khi chúng dính vào nhau.
03:52
And so the net effect of all 250 of these strands is to fold
76
207000
3000
Và kết quả của tất cả 250 sợi chuỗi này là gấp nếp
03:55
the long strand into the shape that you're looking for.
77
210000
4000
sợi chuỗi dài thành một hình dạng mà quý vị muốn;
03:59
It'll approximate that shape. We do this for real in the test tube.
78
214000
3000
nó sẽ gần giống với hình đó. Chúng tôi làm như vậy trong ống thí nghiệm.
04:02
In each little drop of water you get 50 billion of these guys.
79
217000
3000
Trong mỗi giọt nước, quý vị có 50 tỉ hình dạng như vậy.
04:05
You can look with a microscope and see them on a surface.
80
220000
2000
Quý vị có thể dùng kính hiển vi và nhìn thấy chúng trên bề mặt.
04:08
And the neat thing is that if you change the sequence
81
223000
1000
Điều thú vị là nếu quý vị thay đổi trình tự ADN
04:09
and change the spell, you just change the sequence of the staples.
82
224000
4000
và thay đổi bùa mê, quý vị thay đổi trình tự của cái máy bấm.
04:13
You can make a molecule that looks like this, and, you know,
83
228000
3000
Quý vị có thể tạo ra một phân tử như vậy, và quý vị biết đó,
04:16
he likes to hang out with his buddies, right.
84
231000
2000
nó thích ở gần những thực thể tương tự
04:19
And a lot of them are actually pretty good.
85
234000
1000
Và chúng có thể làm điều này rất tốt.
04:21
If you change the spell again, you change the sequence again.
86
236000
2000
Nếu quý vị thay đổi bùa mê lần nữa, quý vị lại thay đổi trình tự ADN.
04:23
You get really nice 130 nanometer triangles. If you do it again,
87
238000
4000
Một lần quý vị có thể tạo ra những hình tam giác cỡ 130 nanometer. Lần sau,
04:27
you can get arbitrary patterns. So on a rectangle
88
242000
3000
quý vị có thể có bất cứ một kiểu mẫu nào. Như vậy trên một hình chữ nhật,
04:30
you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
89
245000
5000
quý vị có thể sơn lên bản đồ của Bắc và Nam Mỹ, hay các chữ "ADN."
04:35
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways
90
250000
4000
Như vậy là ADN xếp hình đấy. Đó là một cách. Có nhiều cách khác
04:39
of casting molecular spells using DNA.
91
254000
3000
để bỏ bùa phân tử dùng ADN.
04:42
What we really want to do in the end is learn how to program
92
257000
3000
Điều mà chúng tôi muốn đạt được cuối cùng là học phương pháp để lập trình
04:45
self-assembly so that we can build anything, right?
93
260000
3000
sự tự sắp xếp để chúng ta có thể chế tạo ra bất cứ mọi thứ.
04:48
We want to be able to build technological artifacts
94
263000
2000
Chúng tôi muốn có khả năng để tạo ra những sản phẩm công nghệ
04:50
that are maybe good for the world. We want to learn
95
265000
2000
có thể giúp ích cho cả thế giới. Chúng tôi muốn học
04:52
how to build biological artifacts, like people and whales and trees.
96
267000
4000
phương pháp để xây dựng những công trình sinh học, như con người, cá voi và cây cối.
04:57
And if it's the case that we can reach that level of complexity,
97
272000
2000
Và nếu đây là trường hợp mà chúng ta có thể đạt tới mức độ phức tạp như vậy,
04:59
if our ability to program molecules gets to be that good,
98
274000
3000
nếu khả năng lập trình phân tử của chúng ta có thể cao siêu đến thế,
05:03
then that will truly be magic. Thank you very much.
99
278000
3000
thì quả thật là điều kỳ diệu. Cám ơn quý vị rất nhiều.
05:06
(Applause)
100
281000
1000
(Vỗ tay)
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