Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

Paul Rothemund beschreibt DNA-Origami

Übersetzung: Judith Matz Lektorat: Johannes Lechner

So, people argue vigorously about the definition of life.

Über die Definition von Leben wird heftig debattiert.

They ask if it should have reproduction in it, or metabolism, or evolution.

Schließt sie die Fortpflanzung mit ein, oder den Stoffwechsel, oder Evolution?

And I don't know the answer to that, so I'm not going to tell you.

Ich weiß die Antwort darauf nicht, also sage ich es euch nicht.

I will say that life involves computation.

Aber ich sage, dass Leben auch Berechnung umfasst.

So this is a computer program.

Das ist also ein Computerprogramm.

Booted up in a cell, the program would execute,

Hochgefahren in einer Zelle, würde das Programm ausgeführt

and it could result in this person;

und es könnte zu dieser Person führen,

or with a small change, it could result in this person;

oder mit einer kleinen Änderung zu dieser,

or another small change, this person;

oder mit einer anderen kleinen Änderung zu dieser,

or with a larger change, this dog,

oder mit einer größeren Änderung zu diesem Hund,

or this tree, or this whale.

oder diesem Baum, oder dem Wal hier.

So now, if you take this metaphor

Wenn wir diese Metapher

[of] genome as program seriously,

eines Genoms als Programm nun ernst nehmen,

you have to consider that Chris Anderson

dann müssen Sie bedenken, dass Chris Anderson

is a computer-fabricated artifact, as is Jim Watson,

ein Computer-erzeugter Gegenstand ist, wie auch Jim Watson,

Craig Venter, as are all of us.

Craig Venter, und alle von uns.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

Und indem wir uns von der Wahrheit dieser Metapher überzeugen,

there are lots of similarities between genetic programs

gibt es viele Ähnlichkeiten zwischen genetischen

and computer programs that could help to convince you.

und Computer-Programmen, die helfen, uns zu überzeugen.

But one, to me, that's most compelling

Die für mich faszinierendste ist die seltsame

is the peculiar sensitivity to small changes

Sensibilität gegenüber kleinen Veränderungen,

that can make large changes in biological development -- the output.

die zu großen Veränderungen in der biologischen Entwicklung führen – im Output.

A small mutation can take a two-wing fly

Eine kleine Mutation kann aus einer zweiflügeligen Fliege

and make it a four-wing fly.

eine vierflügelige machen.

Or it could take a fly and put legs where its antennae should be.

Oder sie könnte einer Fliege statt Fühlern Beine anbauen.

Or if you're familiar with "The Princess Bride,"

Oder, falls Sie "Die Braut des Prinzen" kennen,

it could create a six-fingered man.

einen sechsfingrigen Mann schaffen.

Now, a hallmark of computer programs

Ein Kennzeichen von Computerprogrammen

is just this kind of sensitivity to small changes.

ist genau diese Sensibilität für kleine Veränderungen.

If your bank account's one dollar, and you flip a single bit,

Wenn Sie einen Dollar auf dem Konto haben und nur ein einziges Bit verändern,

you could end up with a thousand dollars.

könnten Sie am Ende tausend Dollar haben.

So these small changes are things that I think

Diese kleinen Änderungen sind Dinge, die –

that -- they indicate to us that a complicated computation

denke ich, darauf hindeuten, dass eine komplizierte Berechnung

in development is underlying these amplified, large changes.

unter diesen verstärkten, großen Veränderungen geschieht.

So now, all of this indicates that there are molecular programs underlying biology,

Nun deutet also alles darauf hin, dass molekulare Programme der Biologie zugrundeliegen

and it shows the power of molecular programs -- biology does.

und die Biologie zeigt die Macht molekularer Programme.

And what I want to do is write molecular programs,

Ich möchte gerne diese Programme schreiben,

potentially to build technology.

um eventuell Technologie damit zu bauen.

And there are a lot of people doing this,

Und davon gibt es eine Menge Leute,

a lot of synthetic biologists doing this, like Craig Venter.

eine Menge synthetischer Biologen tun das, wie Craig Venter.

And they concentrate on using cells.

Sie konzentrieren sich auf die Verwendung von Zellen.

They're cell-oriented.

Sie sind zellen-orientiert.

So my friends, molecular programmers, and I

Meine Freunde, molekulare Programmierer, und ich

have a sort of biomolecule-centric approach.

haben eine Art biomolekulare Herangehensweise.

We're interested in using DNA, RNA and protein,

Wir wollen DNA, RNA und Proteine verwenden,

and building new languages for building things from the bottom up,

und neue Sprachen konstruieren, um Dinge von Grund auf zu schaffen,

using biomolecules,

indem wir Biomoleküle verwenden,

potentially having nothing to do with biology.

was möglicherweise nichts mit Biologie zu tun hat.

So, these are all the machines in a cell.

Das hier sind also alle Maschinen in einer Zelle.

There's a camera.

Dort ist eine Kamera.

There's the solar panels of the cell,

Hier sind die Solarzellen der Zelle,

some switches that turn your genes on and off,

ein paar Schalter, die Gene ein- und ausschalten,

the girders of the cell, motors that move your muscles.

die Träger der Zelle, Motoren, die Muskeln bewegen.

My little group of molecular programmers

Meine kleine Gruppe molekularer Programmierer

are trying to refashion all of these parts from DNA.

versucht, all diese Teile aus DNA nachzubauen.

We're not DNA zealots, but DNA is the cheapest,

Wir sind keine DNA-Fanatiker, aber DNA ist das Material,

easiest to understand and easy to program material to do this.

das am billigsten, am verständlichsten und am leichtesten programmierbar ist.

And as other things become easier to use --

Und sobald andere Dinge leichter zu verwenden sind –

maybe protein -- we'll work with those.

vielleicht Protein – dann arbeiten wir mit denen.

If we succeed, what will molecular programming look like?

Wenn es uns gelingt, wie wird molekulares Programmieren aussehen?

You're going to sit in front of your computer.

Man sitzt vorm Computer.

You're going to design something like a cell phone,

Man entwirft so etwas wie ein Handy,

and in a high-level language, you'll describe that cell phone.

und in sehr abstrakter Sprache beschreibt man dieses Handy.

Then you're going to have a compiler

Dann nimmt man einen Compilerprogramm,

that's going to take that description

das diese Beschreibung nimmt

and it's going to turn it into actual molecules

und sie in tatsächliche Moleküle umwandelt,

that can be sent to a synthesizer

die zu einem Synthesizer gesendet werden können,

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

und dieser Synthesizer verpackt diese Moleküle in einen Samen.

And what happens if you water and feed that seed appropriately,

Und wenn man diesen Samen gießt und mit Nährstoffen versorgt,

is it will do a developmental computation,

dann liefert er uns eine Wachstumsberechnung,

a molecular computation, and it'll build an electronic computer.

eine molekulare Berechnung, und baut einen elektronischen Computer.

And if I haven't revealed my prejudices already,

Und falls meine Überzeugung noch nicht klargeworden sind,

I think that life has been about molecular computers

ich glaube, dass es im Leben um molekulare Computer geht,

building electrochemical computers,

die elektrochemische Computer bauen,

building electronic computers,

die elektronische Computer bauen,

which together with electrochemical computers

die zusammen mit elektrochemischen Computern

will build new molecular computers,

neue molekulare Computer bauen werden,

which will build new electronic computers, and so forth.

die neue elektronische Computer bauen können, usw.

And if you buy all of this,

Und wenn Sie mir das alles abkaufen,

and you think life is about computation, as I do,

und auch denken, dass Leben Berechnung ist, so wie ich,

then you look at big questions through the eyes of a computer scientist.

dann schauen Sie sich die großen Fragen aus Sicht eines Informatikers an.

So one big question is, how does a baby know when to stop growing?

Eine große Frage ist also: Woher weiß ein Baby, wann es zu wachsen aufhören soll?

And for molecular programming,

Und was molekulares Programmieren betrifft:

the question is how does your cell phone know when to stop growing?

Woher weiß denn das Handy, wann es zu wachsen aufhören soll?

(Laughter)

(Lachen)

Or how does a computer program know when to stop running?

Oder wie weiß ein Computerprogramm, wann es anhalten soll?

Or more to the point, how do you know if a program will ever stop?

Genauer gesagt, woher weiß man, ob ein Programm je aufhört?

There are other questions like this, too.

Es gibt noch andere solcher Fragen.

One of them is Craig Venter's question.

Eine von ihnen ist Craig Venters Frage.

Turns out I think he's actually a computer scientist.

Ich glaube ja, er ist eigentlich ein Informatiker.

He asked, how big is the minimal genome

Er fragt, wie groß ist das kleinste Genom,

that will give me a functioning microorganism?

das mir einen funktionierenden Mikroorganismus geben kann?

How few genes can I use?

Wie wenige Gene kann ich verwenden?

This is exactly analogous to the question,

Das ist genau analog zu der Frage,

what's the smallest program I can write

was das kleinste Programm ist, das ich schreiben kann,

that will act exactly like Microsoft Word?

das sich genau so wie Microsoft Word verhält?

(Laughter)

(Lachen)

And just as he's writing, you know, bacteria that will be smaller,

Und so wie er kleinere Bakterien programmiert,

he's writing genomes that will work,

wie er Genome programmiert, die funktionieren werden,

we could write smaller programs

so können wir kleinere Programme schreiben,

that would do what Microsoft Word does.

die das tun, was Microsoft Word macht.

But for molecular programming, our question is,

Aber bei molekularen Programmen ist unsere Frage:

how many molecules do we need to put in that seed to get a cell phone?

Wie viele Moleküle müssen wir in diesen Samen tun, um ein Handy zu erhalten?

What's the smallest number we can get away with?

Wie weit können wir die Zahl reduzieren?

Now, these are big questions in computer science.

Das sind große Fragen in der Informatik.

These are all complexity questions,

Das sind alles Fragen der Komplexität,

and computer science tells us that these are very hard questions.

und laut Informatik sind diese Fragen sehr schwierig.

Almost -- many of them are impossible.

Fast – viele von ihnen sind unmöglich.

But for some tasks, we can start to answer them.

Aber in einigen Fällen können wir schon Antworten äußern.

So, I'm going to start asking those questions

Ich werde also diese Fragen stellen

for the DNA structures I'm going to talk about next.

für die DNA-Strukturen, über die ich als nächstes rede.

So, this is normal DNA, what you think of as normal DNA.

Das hier ist normale DNA, was man für normale DNA hält.

It's double-stranded, it's a double helix,

Sie hat zwei Stränge, sie ist eine Doppelhelix,

has the As, Ts, Cs and Gs that pair to hold the strands together.

und die As, Ts, Cs und Gs halten durch ihre Verbindung die Stränge zusammen.

And I'm going to draw it like this sometimes,

Ich werde es manchmal so aufzeichnen,

just so I don't scare you.

nur, damit ich Sie nicht erschrecke.

We want to look at individual strands and not think about the double helix.

Wir wollen uns einzelne Stränge ansehen, nicht die Doppelhelix.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

Wenn wir sie synthetisieren, hat sie nur einen Strang.

so we can take the blue strand in one tube

Wir können also den blauen Strang in einem Röhrchen haben

and make an orange strand in the other tube,

und einen orangefarbenen im anderen Röhrchen,

and they're floppy when they're single-stranded.

und wenn sie nur einen Strang hat, ist sie schwabbelig.

You mix them together and they make a rigid double helix.

Wenn man sie vermischt, ergeben sie eine feste Doppelhelix.

Now for the last 25 years,

In den letzten 25 Jahren

Ned Seeman and a bunch of his descendants

arbeiteten Ned Seeman und ein paar seiner Nachfolger

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

hart daran, wunderschöne dreidimensionale Strukturen zu erstellen,

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

indem diese Reaktion der DNA-Stränge ausgenutzt wird.

But a lot of their approaches, though elegant, take a long time.

Viele ihrer Ansätze sind zwar elegant, dauern aber lange.

They can take a couple of years, or it can be difficult to design.

Sie können ein paar Jahre dauern, oder sind schwierig zu entwerfen.

So I came up with a new method a couple of years ago

Also dachte ich mir vor ein paar Jahren eine neue Methode aus,

I call DNA origami

die ich DNA-Origami nenne,

that's so easy you could do it at home in your kitchen

und die so einfach ist, dass man sie selbst zuhause in der Küche verrichten kann

and design the stuff on a laptop.

und das Zeug auf dem Laptop entwerfen.

But to do it, you need a long, single strand of DNA,

Aber um das zu tun, wird ein einzelner, langer DNA-Strang benötigt.

which is technically very difficult to get.

Theoretisch kommt man da nur schwer ran.

So, you can go to a natural source.

Also kann man sich einer natürlichen Quelle bedienen.

You can look in this computer-fabricated artifact,

Sie können in dieses Computer-generierte Produkt hineinsehen,

and he's got a double-stranded genome -- that's no good.

und es hat ein doppelt gewundenes Genom – das nützt uns nichts.

You look in his intestines. There are billions of bacteria.

Man kann in seinen Darm schauen. Es gibt Milliarden Bakterien.

They're no good either.

Die nützen uns auch nichts.

Double strand again, but inside them, they're infected with a virus

Wieder doppelt gewunden, aber sie sind mit einem Virus infiziert,

that has a nice, long, single-stranded genome

der ein schönes, langes, einzeln gewundenes Genom hat,

that we can fold like a piece of paper.

das wir wie ein Stück Papier falten können.

And here's how we do it.

Und das machen wir so.

This is part of that genome.

Das ist Teil dieses Genoms.

We add a bunch of short, synthetic DNAs that I call staples.

Wir geben noch etwas kurze, synthetische DNA dazu, die ich Krampen nenne.

Each one has a left half that binds the long strand in one place,

Jede einzelne hat eine linke Hälfte, die den langen Strang festhält,

and a right half that binds it in a different place,

und eine rechte Hälfte, die ihn an einer anderen Stelle festhält,

and brings the long strand together like this.

und so wird der lange Strang so zusammengefügt.

The net action of many of these on that long strand

Unterm Strich falten sich so viele von ihnen auf diesem Strang

is to fold it into something like a rectangle.

in so etwas wie ein Rechteck.

Now, we can't actually take a movie of this process,

Davon können wir kein Video aufnehmen,

but Shawn Douglas at Harvard

aber Shawn Douglas aus Harvard

has made a nice visualization for us

hat uns das schön visualisiert.

that begins with a long strand and has some short strands in it.

Hier haben wir einen langen Strang mit ein paar kurzen dran.

And what happens is that we mix these strands together.

Und dann mischen wir diese Stränge zusammen.

We heat them up, we add a little bit of salt,

Wir erhitzen sie, fügen etwas Salz hinzu,

we heat them up to almost boiling and cool them down,

erhitzen sie fast bis zum Siedepunkt und kühlen sie ab,

and as we cool them down,

und während des Abkühlens

the short strands bind the long strands

fixieren die kurzen Stränge die langen

and start to form structure.

und es bildet sich eine Struktur heraus.

And you can see a little bit of double helix forming there.

Und Sie können sehen, wie sich hier eine Doppelhelix formt.

When you look at DNA origami,

Wenn Sie sich DNA-Origami anschauen,

you can see that what it really is,

können Sie erkennen, dass sie,

even though you think it's complicated,

obwohl es zunächst kompliziert scheint,

is a bunch of double helices that are parallel to each other,

nur ein Haufen Doppelhelices ist, die parallel liegen,

and they're held together

und sie werden dort zusammengehalten,

by places where short strands go along one helix

wo kurze Stränge an einer Helix entlang verlaufen

and then jump to another one.

und dann zu einer anderen springen.

So there's a strand that goes like this, goes along one helix and binds --

Es gibt also einen Strang, der so verläuft, entlang der Helix, sich fixiert –

it jumps to another helix and comes back.

dann springt er zu einer anderen Helix und kommt zurück.

That holds the long strand like this.

Das fixiert den langen Strang so.

Now, to show that we could make any shape or pattern

Um nun zu zeigen, dass wir beliebige Formen und Muster,

that we wanted, I tried to make this shape.

die wir wollten, erzeugen können, versuchte ich mich an so einer Form.

I wanted to fold DNA into something that goes up over the eye,

Ich wollte DNA zu etwas falten, das über dem Auge hoch geht,

down the nose, up the nose, around the forehead,

an der Nase runter, die Nase hoch, um die Stirn,

back down and end in a little loop like this.

wieder runter und dann in so einem Kringel endet.

And so, I thought, if this could work, anything could work.

Und, so dachte ich, wenn das funktioniert, geht alles.

So I had the computer program design the short staples to do this.

Also sollte das Computerprogramm die Krampen dafür entwerfen.

I ordered them; they came by FedEx.

Ich bestellte sie, sie kamen mit FedEx.

I mixed them up, heated them, cooled them down,

Ich vermischte sie, erhitzte sie und ließ sie abkühlen,

and I got 50 billion little smiley faces

und bekam 50 Milliarden grinsender Gesichter,

floating around in a single drop of water.

die in einem einzelnen Wassertropfen herumschwimmen.

And each one of these is just

Und jedes von ihnen ist einfach

one-thousandth the width of a human hair, OK?

ein Tausendstel so breit wie ein menschliches Haar, okay?

So, they're all floating around in solution, and to look at them,

Sie schweben da also alle in der Lösung herum.

you have to get them on a surface where they stick.

Um sie zu sehen, müssen wir sie auf eine klebrige Oberfläche bekommen.

So, you pour them out onto a surface

Also kippen wir sie auf eine Oberfläche

and they start to stick to that surface,

und sie kleben daran fest,

and we take a picture using an atomic-force microscope.

und dann machen wir ein Bild mittels Rasterkraftmikroskopie.

It's got a needle, like a record needle,

Es gibt eine Nadel, wie bei einem Plattenspieler,

that goes back and forth over the surface,

die sich auf der Oberfläche hin- und zurückbewegt,

bumps up and down, and feels the height of the first surface.

rauf und runter, und die Höhe der ersten Oberfläche ertastet.

It feels the DNA origami.

Sie fühlt das DNA-Origami.

There's the atomic-force microscope working

Hier ist das Rasterkraftmikroskop an der Arbeit,

and you can see that the landing's a little rough.

und man sieht, dass die Landung etwas hart ist.

When you zoom in, they've got, you know,

Beim Reinzoomen sehen wir

weak jaws that flip over their heads

schwache Kiefer, die über ihre Köpfe klappen,

and some of their noses get punched out, but it's pretty good.

und einige ihrer Nasen wurden eingeschlagen, aber sonst ganz gut.

You can zoom in and even see the extra little loop,

Man kann sich reinzoomen und sogar den kleinen Kringel sehen,

this little nano-goatee.

diesen kleinen Nano-Ziegenbart.

Now, what's great about this is anybody can do this.

Und das Tolle daran ist, dass es jeder tun kann.

And so, I got this in the mail about a year after I did this, unsolicited.

Und ungefähr ein Jahr später bekam ich überraschenderweise dies in der Post.

Anyone know what this is? What is it?

Weiß jemand, was das ist? Was ist es?

It's China, right?

Es ist China, nicht wahr?

So, what happened is, a graduate student in China,

Folgendes war passiert: Eine Studentin in China,

Lulu Qian, did a great job.

Lulu Qian, legte saubere Arbeit hin.

She wrote all her own software

Sie schrieb ihre ganz eigene Software,

to design and built this DNA origami,

um dieses DNA-Origami zu entwerfen und zu bauen,

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

eine wunderbare Darstellung von China, sogar mit Taiwan,

and you can see it's sort of on the world's shortest leash, right?

und es hängt im Prinzip an der kürzesten Leine der Welt, nicht?

(Laughter)

(Lachen)

So, this works really well

Das funktioniert also echt gut

and you can make patterns as well as shapes, OK?

und man kann Muster sowie auch Formen bauen, okay?

And you can make a map of the Americas and spell DNA with DNA.

Und man kann eine Karte von Amerika erstellen und DNA mit DNA buchstabieren.

And what's really neat about it --

Und hier ist was Tolles...

well, actually, this all looks like nano-artwork,

also das sieht alles ein bisschen nach Nano-Kunst aus,

but it turns out that nano-artwork

aber diese Nano-Kunst stellt sich als Grundlage

is just what you need to make nano-circuits.

für das Erstellen von Nano-Schaltkreisen heraus.

So, you can put circuit components on the staples,

Also kann man Schaltkreiskomponenten auf die Krampen setzen,

like a light bulb and a light switch.

wie eine Glühbirne und einen Schalter.

Let the thing assemble, and you'll get some kind of a circuit.

Dann wartet man, bis es fertig ist, und bekommt eine Art Schaltkreis.

And then you can maybe wash the DNA away and have the circuit left over.

Und dann kann man vielleicht die DNA wegspülen und hat nur den Schaltkreis.

So, this is what some colleagues of mine at Caltech did.

Das haben also Kollegen von mir am Caltech getan.

They took a DNA origami, organized some carbon nano-tubes,

Sie nahmen ein DNA-Origami, organisierten ein paar Nano-Röhrchen aus Kohlefasern

made a little switch, you see here, wired it up,

und schlossen hier einen Schalter an,

tested it and showed that it is indeed a switch.

testeten es und bewiesen, dass es wirklich ein Schalter ist.

Now, this is just a single switch

Das ist nur ein einzelner Schalter.

and you need half a billion for a computer, so we have a long way to go.

Für einen Computer braucht man eine halbe Milliarde, es ist also noch ein weiter Weg.

But this is very promising

Aber es sieht sehr vielversprechend aus,

because the origami can organize parts just one-tenth the size

denn das Origami kann Teile von einem Zehntel der Größe

of those in a normal computer.

von denen in einem normalen Computer bauen.

So it's very promising for making small computers.

Das sieht also sehr gut aus für den Bau kleiner Computer.

Now, I want to get back to that compiler.

Kehren wir jetzt zu dem Compiler zurück.

The DNA origami is a proof that that compiler actually works.

Das DNA-Origami ist ein Beweis, dass der Compiler funktioniert.

So, you start with something in the computer.

Man beginnt also mit etwas im Computer.

You get a high-level description of the computer program,

Man bekommt eine abstrakte Beschreibung des Programms,

a high-level description of the origami.

eine abstrakte Beschreibung des Origamis.

You can compile it to molecules, send it to a synthesizer,

Man kann es zu Molekülen zusammensetzen und dann an einen Synthesizer schicken,

and it actually works.

und es funktioniert wirklich.

And it turns out that a company has made a nice program

Und jetzt hat eine Firma sogar ein nettes Programm gemacht.

that's much better than my code, which was kind of ugly,

Es ist viel besser als mein Code, der war etwas hässlich,

and will allow us to do this in a nice,

und so können wir das auf eine schöne,

visual, computer-aided design way.

visuelle und computerunterstützte Art entwerfen.

So, now you can say, all right,

Natürlich könnte man jetzt sagen,

why isn't DNA origami the end of the story?

wieso ist denn DNA-Origami nicht das Ende der Geschichte?

You have your molecular compiler, you can do whatever you want.

Hier haben wir den molekularen Compiler, damit können wir tun, was wir wollen.

The fact is that it does not scale.

Man kann es aber nicht skalieren.

So if you want to build a human from DNA origami,

Wenn man also aus DNA-Origami einen Menschen bauen will,

the problem is, you need a long strand

braucht man einen langen Strang,

that's 10 trillion trillion bases long.

der 10 Billionen Billionen Basen lang ist.

That's three light years' worth of DNA,

Das sind drei Lichtjahre DNA,

so we're not going to do this.

daraus wird also nichts.

We're going to turn to another technology,

Und so wenden wir uns einer anderen Technologie zu,

called algorithmic self-assembly of tiles.

die wir algorithmische Selbstassemblierung der Bausteine nennen.

It was started by Erik Winfree,

Sie wurde von Erik Winfree initiiert,

and what it does,

und diese Methode kann

it has tiles that are a hundredth the size of a DNA origami.

Bausteine von einem Hundertstel der Größe eines DNA-Origami verarbeiten.

You zoom in, there are just four DNA strands

Man zoomt rein, es gibt nur vier DNA-Stränge,

and they have little single-stranded bits on them

und auf ihnen sitzen einzelne Teilstränge,

that can bind to other tiles, if they match.

die sich an andere Bausteine heften können, wenn sie passen.

And we like to draw these tiles as little squares.

Und diese Bausteine stellen wir gern als kleine Quadrate dar.

And if you look at their sticky ends, these little DNA bits,

Wenn man sich ihre klebrigen Enden ansieht, diese DNA-Stückchen,

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

dann sieht man, dass sie ein Schachbrettmuster bilden.

So, these tiles would make a complicated, self-assembling checkerboard.

Also wird aus ihnen ein kompliziertes, sich selbst montierendes Schachbrett.

And the point of this, if you didn't catch that,

Und der springende Punkt daran ist, falls das jemand verpasst hat,

is that tiles are a kind of molecular program

dass die Bausteine eine Art molekulares Programm sind,

and they can output patterns.

die Muster ausgeben können.

And a really amazing part of this is

Und ein faszinierender Aspekt daran ist,

that any computer program can be translated

dass ein jedes Computerprogramm in eines dieser

into one of these tile programs -- specifically, counting.

Bausteinprogramme übersetzt werden kann, besonders Zähler.

So, you can come up with a set of tiles

Man kann also einen Satz Bausteine vorbereiten,

that when they come together, form a little binary counter

die bei ihrer Verbindung einen kleinen binären Zähler formen,

rather than a checkerboard.

und kein Schachbrett.

So you can read off binary numbers five, six and seven.

Man kann die Binärzahlen fünf, sechs und sieben ablesen.

And in order to get these kinds of computations started right,

Und um diese Berechnungen auf den richtigen Weg zu bringen,

you need some kind of input, a kind of seed.

braucht man eine Art Input, einen Samen sozusagen.

You can use DNA origami for that.

Dafür kann man DNA-Origami verwenden.

You can encode the number 32

Man kann die Zahl 32

in the right-hand side of a DNA origami,

auf die rechte Seite eines DNA-Origami kodieren,

and when you add those tiles that count,

und wenn man diese zählenden Bausteine hinzufügt,

they will start to count -- they will read that 32

dann beginnen sie zu zählen – sie erkennen die 32

and they'll stop at 32.

und hören bei 32 auf.

So, what we've done is we've figured out a way

Wir haben also eine Methode gefunden,

to have a molecular program know when to stop going.

ein molekulares Programm zum wissentlichen Aufhören zu bringen.

It knows when to stop growing because it can count.

Es weiß, wann es nicht mehr weiterwachsen soll, weil es zählen kann.

It knows how big it is.

Es weiß, wie groß es ist.

So, that answers that sort of first question I was talking about.

Das beantwortet also die erste Frage, die ich vorhin erwähnte.

It doesn't tell us how babies do it, however.

Es sagt uns aber nicht, wie Babies das hinkriegen.

So now, we can use this counting to try and get at much bigger things

Jetzt können wir versuchen, mit diesem Zählen größere Dinge zu erreichen,

than DNA origami could otherwise.

die DNA-Origami normalerweise nicht kann.

Here's the DNA origami, and what we can do

Hier ist das DNA-Origami, und wir können eins tun,

is we can write 32 on both edges of the DNA origami,

wir schreiben 32 auf beide Seiten des DNA-Origami,

and we can now use our watering can

und können nun unsere Gießkanne verwenden

and water with tiles, and we can start growing tiles off of that

und mit Bausteinen gießen, und daraus wachsen dann Bausteine

and create a square.

und formen ein Quadrat.

The counter serves as a template

Der Zähler dient als Vorlage,

to fill in a square in the middle of this thing.

der einen Baustein in der Mitte ausfüllen soll.

So, what we've done is we've succeeded

Uns ist es also gelungen,

in making something much bigger than a DNA origami

etwas viel größeres als DNA-Origami zu erschaffen,

by combining DNA origami with tiles.

indem wir DNA-Origami und Bausteine verbunden haben.

And the neat thing about it is, is that it's also reprogrammable.

Und das Tolle daran ist, man kann es umprogrammieren.

You can just change a couple of the DNA strands in this binary representation

Man kann einfach ein paar DNA-Stränge in der binären Darstellung ändern

and you'll get 96 rather than 32.

und bekommt 96 anstatt 32.

And if you do that, the origami's the same size,

Und wenn man das tut, hat das Origami dieselbe Größe,

but the resulting square that you get is three times bigger.

aber unser Quadrat ist am Ende dreimal so groß.

So, this sort of recapitulates

Das fasst also zusammen,

what I was telling you about development.

was ich vorhin über Entwicklung erzählte.

You have a very sensitive computer program

Wir haben ein sehr sensibles Computerprogramm,

where small changes -- single, tiny, little mutations --

wo kleine Änderungen – winzige, einzelne Mutationen –

can take something that made one size square

etwas nehmen, das ein Quadrat einer Größe schuf,

and make something very much bigger.

und daraus etwas viel Größeres machen.

Now, this -- using counting to compute

Und das – die Verwendung von Zählern zur Berechnung

and build these kinds of things

und zum Bau dieser Dinge

by this kind of developmental process

durch diese Art Entwicklungsprozess

is something that also has bearing on Craig Venter's question.

ist etwas, das sich auch auf Craig Venters Frage auswirkt.

So, you can ask, how many DNA strands are required

Also kann man fragen: "Wie viele DNA-Stränge braucht man,

to build a square of a given size?

um ein Quadrat einer bestimmten Größe zu bauen?"

If we wanted to make a square of size 10, 100 or 1,000,

Wenn wir ein Quadrat der Größe 10, 100 oder 1.000 machen wollten,

if we used DNA origami alone,

wenn wir nur DNA-Origami dazu verwendeten,

we would require a number of DNA strands that's the square

dann entspräche die benötigte Anzahl der DNA-Stränge der

of the size of that square;

Größe des Quadrats im Quadrat:

so we'd need 100, 10,000 or a million DNA strands.

Wir brauchten also 100, 10.000 oder eine Million DNA-Stränge.

That's really not affordable.

Das können wir uns nicht so recht leisten.

But if we use a little computation --

Aber wenn wir unsere Berechnungen nehmen –

we use origami, plus some tiles that count --

wir nehmen Origami, und ein paar zählende Bausteine –

then we can get away with using 100, 200 or 300 DNA strands.

dann geht das auch mit 100, 200 oder 300 DNA-Strängen.

And so we can exponentially reduce the number of DNA strands we use,

Und so können wir die Zahl der verwendeten DNA-Stränge

if we use counting, if we use a little bit of computation.

mit nur ein bisschen Zählen und Berechnung exponentiell verringern.

And so computation is some very powerful way

Berechnung ist also eine sehr effektive Art,

to reduce the number of molecules you need to build something,

die Anzahl der zum Bau benötigten Moleküle zu reduzieren

to reduce the size of the genome that you're building.

und die Größe des zu bauenden Genoms zu reduzieren.

And finally, I'm going to get back to that sort of crazy idea

Und schließlich komme ich zu der verrückten Idee zurück,

about computers building computers.

dass Computer Computer bauen.

If you look at the square that you build with the origami

Schauen Sie sich das Quadrat an, das wir mit dem Origami gebaut haben,

and some counters growing off it,

und die Zähler, die aus ihm wachsen,

the pattern that it has is exactly the pattern that you need

sein Muster ist exakt das Muster, das wir brauchen,

to make a memory.

um einen Speicher zu erschaffen.

So if you affix some wires and switches to those tiles --

Befestigen wir also ein paar Drähte und Schalter an den Bausteinen –

rather than to the staple strands, you affix them to the tiles --

wir heften sie also nicht an die Stränge, sondern an die Bausteine –

then they'll self-assemble the somewhat complicated circuits,

dann bauen sie die komplizierteren Schaltkreise selbst zusammen,

the demultiplexer circuits, that you need to address this memory.

die Demultiplexer-Schaltkreise, die wir für diesen Speicher brauchen.

So you can actually make a complicated circuit

Also können wir einen komplizierten Schaltkreis schaffen,

using a little bit of computation.

indem wir nur ein bisschen Berechnung verwenden.

It's a molecular computer building an electronic computer.

Es ist ein molekularer Computer, der einen elektronischen baut.

Now, you ask me, how far have we gotten down this path?

Und jetzt fragt ihr: "Wie weit sind wir auf dieser Straße?"

Experimentally, this is what we've done in the last year.

Experimentell haben wir das im vergangenen Jahr getan.

Here is a DNA origami rectangle,

Hier ist ein Rechteck aus DNA-Origami,

and here are some tiles growing from it.

und hier wachsen ein paar Bausteine daraus.

And you can see how they count.

Und man kann sehen, wie sie zählen.

One, two, three, four, five, six, nine, 10, 11, 12, 17.

Eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs, neun, zehn, elf, zwölf, siebzehn.

So it's got some errors, but at least it counts up.

Da sind ein paar Fehler drin, aber wenigstens zählt es in eine Richtung.

(Laughter)

(Lachen)

So, it turns out we actually had this idea nine years ago,

Diese Idee hatten wir vor neun Jahren,

and that's about the time constant for how long it takes

und das ist die ungefähre Zeitkonstante, die wir zum Erreichen

to do these kinds of things, so I think we made a lot of progress.

dieser Dinge benötigen. Ich würde sagen, wir haben viel geschafft.

We've got ideas about how to fix these errors.

Wir haben ein paar Ideen, wie wir diese Fehler lösen,

And I think in the next five or 10 years,

Und ich glaube, dass wir in den nächsten 5 bis 10 Jahren

we'll make the kind of squares that I described

die Quadrate herstellen können, die ich beschrieben habe,

and maybe even get to some of those self-assembled circuits.

und vielleicht sogar ein paar der selbstmontierten Schaltkreise.

So now, what do I want you to take away from this talk?

Was möchte ich euch allen aus diesem Vortrag mitgeben?

I want you to remember that

Ich möchte, dass ihr euch bewusst seid,

to create life's very diverse and complex forms,

dass das Leben, um seine sehr diversen und komplexen

life uses computation to do that.

Formen zu erschaffen, Berechnung verwendet.

And the computations that it uses, they're molecular computations,

Und die verwendeten Berechnungen sind molekular,

and in order to understand this and get a better handle on it,

und um das zu verstehen und es besser in den Griff zu bekommen,

as Feynman said, you know,

wie Feynman sagte,

we need to build something to understand it.

müssen wir etwas bauen, um es zu verstehen.

And so we are going to use molecules and refashion this thing,

Also werden wir Moleküle nehmen und das alles umbauen,

rebuild everything from the bottom up,

es von Grund auf zu erbauen,

using DNA in ways that nature never intended,

indem wir DNA so verwenden, wie die Natur es nie beabsichtigte,

using DNA origami,

indem wir DNA-Origami verwenden,

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

und das soll diese algorithmische Selbstassemblierung begründen.

You know, so this is all very cool,

Und das ist alles schon ziemlich cool,

but what I'd like you to take from the talk,

aber was ihr aus diesem Vortrag mitnehmen solltet,

hopefully from some of those big questions,

vielleicht aus einer dieser großen Fragen,

is that this molecular programming isn't just about making gadgets.

ist dass sich die molekulare Programmierung nicht ums Erschaffen von Spielereien dreht.

It's not just making about --

Es geht nicht nur um –

it's making self-assembled cell phones and circuits.

es geht nicht um selbstmontierte Handys und Schaltkreise.

What it's really about is taking computer science

Es geht aber darum, mithilfe der Informatik

and looking at big questions in a new light,

große Fragen in einem neuen Licht zu betrachten,

asking new versions of those big questions

neue Versionen dieser großen Fragen zu stellen

and trying to understand how biology

und zu verstehen, wie die Biologie

can make such amazing things. Thank you.

solche faszinierenden Dinge schaffen kann. Danke.

(Applause)

(Applaus)