Paul Rothemund: Casting spells with DNA

Paul Rothemund zaubert mit der DNA

Übersetzung: Tammy Bohn Lektorat: Wolf Ruschke

There's an ancient and universal concept that words have power,

Eine uralte und universelle Auffassung besagt, dass Worte Macht besitzen,

that spells exist,

dass es Zaubersprüche gibt, bei denen man nur die richtigen Wörter aussprechen muss,

and that if we could only pronounce the right words,

then -- whoosh! -- you know, an avalanche would come

wodurch, woooooosh! Ihr wisst schon, eine Lawine ausgelöst wird

and wipe out the hobbits, right?

und die Hobbits weggefegt werden. Das ist doch eine verlockende Vorstellung,

So this is a very attractive idea,

because we're very lazy, like the Sorcerer's Apprentice,

weil wir ja sehr faul sind, wie der Zauberlehrling,

or the world's greatest computer programmer.

oder wie der beste Programmierer der Welt.

This idea has a lot of traction with us.

Diese Vorstellung ist also sehr verlockend für uns.

We love the idea that words, when pronounced,

Wir lieben die Idee, dass Wörter, wenn ausgesprochen -

are little more than pure information,

obwohl eigentlich nicht viel mehr als reine Information -

but they evoke physical action in the real world

in der Realität doch Reaktionen hervorrufen,

that helps us do work.

die uns bei der Arbeit helfen.

Und natürlich, bei so vielen programmierbaren Computern

So, of course, with lots of programmable computers

and robots around,

und Robotern um uns herum ist es leicht, sich das vorzustellen.

this is an easy thing to picture.

How many of you know what I'm talking about?

Wie viele von euch wissen, wovon ich hier spreche?

Raise your right hand.

Hebt eure rechte Hand. OK. Wie viele von euch

How many don't know what I'm talking about?

wissen nicht, wovon ich spreche? Hebt eure linke Hand. OK.

Raise your left hand.

Alles klar. Prima. Das war also zu einfach.

So that's great. So that was too easy.

You guys have very insecure computers, OK?

Leute, ihr habt wohl alle sehr unzuverlässige Computer, wie?

Nun, das ist jetzt eine andere Art von Zauberei.

So now the thing is, this is a different kind of spell.

This is a computer program made of zeros and ones.

Das ist ein Computerprogramm aus Nullen und Einsen.

Es kann mittels eines Computers gelesen werden. Das sieht ungefähr so aus.

It can be pronounced on a computer, does something like this.

Das Wichtigste ist, dass wir es in einer Programmiersprache schreiben können.

The important thing is we can write it in a high-level language.

Ein Computer-Zauberer kann das schreiben.

A computer magician can write this thing.

Es kann zu so was zusammengestellt werden – in Nullen und Einsen -

It can be compiled into zeros and ones and pronounced by a computer.

und durch einen Computer gelesen werden.

And that's what makes computers powerful,

Und das macht die Computer so leistungsstark:

these high-level languages that can be compiled.

diese Programmiersprachen, die zusammengesetzt werden können.

And so, I'm here to tell you, you don't need a computer

Und nun bin ich hier, um euch zu erzählen, dass man keinen Computer braucht,

to actually have a spell.

um einen Zauberspruch zu erhalten. Tatsächlich kann man

In fact, what you can do at the molecular level

auf molekularem Niveau Informationen so kodieren -

is that if you encode information --

you encode a spell or program as molecules --

man kodiert einen Zauberspruch oder ein Programm als Moleküle -

then physics can actually directly interpret that information

dann kann die Physik diese Informationen direkt übersetzen

and run a program.

und ein Programm ablaufen lassen. Genau das geschieht in den Proteinen.

It's what happens in proteins.

When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms,

Wenn diese Aminosäuresequenz als Atome gelesen wird,

these little letters are sticky for each other.

kleben diese Buchstaben aneinander.

It collapses into a three-dimensional shape that turns it into a nanomachine

Es kollabiert in eine dreidimensionale Struktur, so dass es sich in

that actually cuts DNA.

eine DNA-schneidende Nanomaschine umwandelt.

The interesting thing is that if you change the sequence,

Und das Interessante dabei ist, dass bei einer Veränderung der Sequenz

you change the three-dimensional folding.

auch die dreidimensionale Struktur verändert wird.

You get, now, a DNA stapler, instead.

Dann bekommt man stattdessen einen "DNA-Tacker". Das sind die Arten von

These are the kind of molecular programs we want to be able to write.

molekularen Programmen, die wir schreiben können wollen.

The problem is, we don't know

Aber das Problem ist, dass wir die Maschinensprache der

the machine language of proteins or have a compiler for proteins.

Proteine nicht kennen; es gibt keine Umwandlungsmaschinen für Proteine.

So I've joined a growing band of people

Deshalb habe ich mich einer immer größer werdenden Gruppevon Leuten angeschlossen, die versuchen

that try to make molecular spells using DNA.

molekulare Zauberei mit der DNA zu vollführen. Wir benutzen die DNA, weil sie billiger ist.

We use DNA because it's cheaper, it's easier to handle,

it's something we understand really well --

Und deren Handhabung ist einfacher. Es ist etwas, was wir schon ziemlich gut verstehen.

Wir verstehen es tatsächlich schon so gut, dass wir glauben, wir können wirklich schon

so well, in fact, that we think we can actually write

programming languages for DNA and have molecular compilers.

DNA-Programmiersprachen schreiben und haben eine molekulare Umwandlungsmaschine.

So then, we think we can do that.

Wie gesagt, wir denken, wir können das. Und meine erste Frage -

One of my first questions doing this was:

oder eine meiner Fragen – war: Wie kann man

How can you make an arbitrary shape or pattern out of DNA?

x-beliebige Formen oder Muster aus DNA machen? Und ich entschied mich

I decided to use a type of DNA origami,

eine Art von DNA-Origami zu benutzen, wobei man einen langen DNA-Strang nimmt

where you take a long strand of DNA

and fold it into whatever shape or pattern you might want.

und ihn in eine beliebige Form oder Muster faltet, ganz wie man will.

So here's a shape.

Hier ist so eine Form. Tatsächlich habe ich etwa ein Jahr lang zu Hause

I actually spent about a year in my home in my underwear, coding,

kodierend in meiner Unterwäsche verbracht, so wie Linus [Torvalds] auf einem der vorherigen Bilder.

like Linus [Torvalds], in that picture before.

This program takes a shape and spits out 250 DNA sequences.

Dieses Programm bekommt eine Form und spuckt dann 250 DNA-Sequenzen aus.

These short DNA sequences are what are going to fold the long strand

Diese kurzen DNA-Sequenzen dienen dazu, dass die langen Stränge sich

into this shape that we want to make.

in die Form falten, die wir wollen. Man sendet eine Email

So you send an e-mail with these sequences in it

mit diesen Sequenzen an eine Firma,

to a company,

and the company pronounces them on a DNA synthesizer,

und die Firma überträgt sie auf einen DNA-Synthesizer.

a machine about the size of a photocopier.

Das ist eine Maschine so ungefähr von der Größe eines Fotokopierers. Und was passiert, ist,

And they take your e-mail,

dass sie jeden Buchstaben in dieser Email nehmen und

and every letter in your e-mail, they replace with a 30-atom cluster --

ihn in ein Cluster aus 30 Atomen verwandeln, für jeden Buchstaben eins,

one for each letter, A, T, C and G in DNA.

A, T, C und G für die DNA. Sie binden sie in der richtigen Reihenfolge zusammen ,

They string them up in the right sequence,

and then they send them back to you via FedEx.

und senden sie per Kurierdienst zurück.

So you get 250 of these in the mail in little tubes.

So bekommt man 250 kleine Röhrchen per Post.

I mix them together, add a little bit of salt water,

Ich mische sie zusammen, füge ein wenig Salzwasser dazu,

and then add this long strand I was telling you about,

und gebe diesen langen Strang dazu, den ich erwähnt habe,

that I've stolen from a virus.

den ich von einem Virus gestohlen habe. Und dann

And then what happens is,

you heat this whole thing up to about boiling.

erhitzt man das Ganze fast bis zum Sieden. Man kühlt es

You cool it down to room temperature,

and as you do, those short strands do the following thing:

auf Raumtemperatur ab, und während dessen

passiert Folgendes mit den kurzen Strängen:

each one of them binds that long strand in one place,

Jeder einzelne von ihnen bindet diesen langen Strang an einer Stelle

and then has a second half that binds that long strand in a distant place,

und bindet mit der zweite Hälfte den langen Strang

and brings those two parts of the long strand

an einer weiter entfernt liegenden Stelle, so dass zwei Teile des langen Strangs

close together so they stick together.

aneinander schließen, sodass sie zusammenkleben.

So the net effect of all 250 of these strands

Und das Nettoergebnis dieser 250 Stränge ist,

is to fold the long strand into the shape you're looking for.

den langen Strang in die Form zu bringen, die wir wollen;

It'll approximate that shape.

er wird sich an die Form angleichen. In Wirklichkeit machen wir das in einem Reagenzglas.

We do this for real, in the test tube.

In each little drop of water, you get 50 billion of these guys.

In jedem Wassertropfen erhält man 50 Milliarden dieser Typen.

With a microscope, you can see them on a surface.

Man kann sich ihre Oberfläche mit einem Mikroskop anschauen.

The neat thing is if you change the sequence and change the spell,

Und das Tolle daran ist, dass man dann, wenn man die Sequenz ändert

und den Zauberspruch ändert, auch die Sequenz dieser Verbindungen ändert.

just change the sequence of the staples,

you can make a molecule that looks like this.

Man kann ein Molekül machen, das so aussieht, und

And, you know, he likes to hang out with his buddies.

es hängt nämlich ganz gern mit seinen Kumpels herum.

A lot of them are actually pretty good.

Und viele von denen sind wirklich ziemlich gut.

If you change the spell again, you change the sequence again,

Wenn man den Zauberspruch wieder ändert, ändert man wieder die Sequenz.

you get really nice, 130-nanometer triangles.

Man bekommt schöne Dreiecke von 130 Nanometer Größe. Wenn man es wieder ändert,

If you do it again,

you can get arbitrary patterns.

kriegt man x-beliebige Muster. So kann man auf einem Rechteck

So on a rectangle, you can paint patterns of North and South America,

die Muster von Nord- und Südamerika oder die Buchstaben “DNA” malen.

or the words, "DNA."

So that's DNA origami. That's one way.

Das also ist DNA-Origami. Das ist nur eine von vielen Möglichkeiten,

There are many ways of casting molecular spells using DNA.

mit der DNA auf der Molekularebene zu zaubern.

What we really want to do in the end

Was wir am Ende wirklich erreichen wollen, ist zu lernen, wie wir

is learn how to program self-assembly so we can build anything, right?

die Selbstanordnung so programmieren, dass wir alles Mögliche formen können.

We want to be able to build technological artifacts

Wir möchten technologische Artefakte bauen können,

that are maybe good for the world.

die für die Welt von Nutzen sein könnten. Wir möchten lernen,

We want to learn how to build biological artifacts,

wie man biologische Artefakte baut, z.B. Menschen, Wale und Bäume.

like people and whales and trees.

And if it's the case that we can reach that level of complexity,

Und falls wir dieses Niveau der Komplexität erreichen können,

if our ability to program molecules gets to be that good,

wenn unsere Fähigkeit, solche Moleküle zu programmieren, wirklich so gut wird,

then that will truly be magic.

dann ist das wirkliche Magie. Vielen Dank.

Thank you very much.

(Applaus)

(Applause)