Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

מתרגם: Eyal Ronel מבקר: Gad Amit

So, people argue vigorously about the definition of life.

אנשים נוטים להתווכח בלהט על ההגדרה מהם חיים.

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

הם שואלים אם החיים תלויים ביכולת להתרבות, או בחילוף חומרים או באבולוציה.

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

אני לא יודע את התשובה לכך, אז לא אספר לכם.

I will say that life involves computation.

אני כן אומר שחיים כרוכים בחישוב.

So this is a computer program.

זאת תוכנית מחשב.

Booted up in a cell, the program would execute,

כשמפעילים אותה בתוך תא, התוכנית תרוץ

and it could result in this person;

ותפיק את האיש הזה,

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

או בשינוי קטן, את האיש הזה

or another small change, this person;

או בשינוי קטן אחר, את האיש הזה

or with a larger change, this dog,

או בשינוי גדול יותר, את הכלב הזה

or this tree, or this whale.

או העץ הזה או הלוויתן הזה.

So now, if you take this metaphor

אם תקחו את הדימוי הזה של

[of] genome as program seriously,

גנום בתור תוכנית מחשב ברצינות,

you have to consider that Chris Anderson

מבחינתכם כריס אנדרסון

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

הוא פברוק יציר-מחשב, וכמותו גם ג'ים ווטסון,

Craig Venter, as are all of us.

קרייג ונטר, ובעצם כולנו.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

ואם תשכנעו את עצמכם שהדימוי הזה נכון,

there are lots of similarities between genetic programs

שיש קווי דמיון רבים בין תכנות גנטי

and computer programs that could help to convince you.

לבין תכנות מחשבים, אולי זה יעזור לכם להשתכנע.

But one, to me, that's most compelling

קו דמיון שמדהים אותי במיוחד

is the peculiar sensitivity to small changes

הוא הרגישות יוצאת הדופן לשינויים קלים

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

שגורמת לשינויים גדולים בהתפתחות של הפלט הביולוגי:

A small mutation can take a two-wing fly

מוטציה קטנה יכולה לקחת זבוב עם שתי כנפיים

and make it a four-wing fly.

ולהפוך אותו לזבוב עם ארבע כנפיים;

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

או לקחת זבוב ולשים רגליים במקום המחושים שלו;

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

או, אם אתם מכירים את "הנסיכה הקסומה",

it could create a six-fingered man.

ליצור אדם עם שש אצבעות.

Now, a hallmark of computer programs

התהילה הגדולה של תוכנות המחשב

is just this kind of sensitivity to small changes.

היא אותה רגישות לשינויים קלים.

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

אם יש לכם בחשבון הבנק דולר אחד ותהפכו סיבית אחת,

you could end up with a thousand dollars.

תוכלו לקבל אלף דולר.

So these small changes are things that I think

אז השינויים הקלים האלה הם דברים שלדעתי

that -- they indicate to us that a complicated computation

מצביעים על כך שקיים חישוב מורכב

in development is underlying these amplified, large changes.

שגורם לשינויים האלה לגדול לממדיהם.

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

כל זה מראה שיש תוכנות מולקולריות בבסיס הביולוגיה.

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

הביולוגיה מראה איזה כוח יש לתוכנות מולקולריות.

And what I want to do is write molecular programs,

אני רוצה לכתוב תוכנות מולקולריות

potentially to build technology.

שיש להן יכולת לבנות טכנולוגיה.

And there are a lot of people doing this,

אנשים רבים,

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

הרבה ביולוגים סינתטיים דוגמת קרייג ונטר

And they concentrate on using cells.

משתמשים בתאים.

They're cell-oriented.

הם מונחי-תאים.

So my friends, molecular programmers, and I

לחבריי התוכניתנים המולקולריים ולי

have a sort of biomolecule-centric approach.

יש גישה ביו-מולקולו-צנטרית.

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

אנחנו משתמשים ב-DNA, ב-RNA ובחלבונים

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

כדי לבנות שפות חדשות לבניית דברים חדשים מהיסוד

using biomolecules,

בעזרת ביו-מולקולות,

potentially having nothing to do with biology.

שלכאורה אין להן שום קשר לביולוגיה.

So, these are all the machines in a cell.

אלה כל המכונות שיש בתוך התא.

There's a camera.

יש מצלמה

There's the solar panels of the cell,

ויש משטחים סולאריים של התא,

some switches that turn your genes on and off,

כמה מפסקים שמדליקים ומכבים את הגנים,

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

קורות תמיכה של התא, מנועים שמזיזים את השרירים.

My little group of molecular programmers

קבוצת התוכניתנים המולקולריים הקטנה שלי

are trying to refashion all of these parts from DNA.

מנסה לעצב מחדש את כל החלקים האלה מ-DNA.

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

אנחנו לא קנאי DNA, הוא פשוט הזול

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

והפשוט ביותר להבנה, וקל לתכנת חומרים לעשות זאת.

And as other things become easier to use --

וכאשר דברים אחרים יהפכו קלים יותר לשימוש -

maybe protein -- we'll work with those.

אולי חלבונים, אנחנו נעבוד אתם.

If we succeed, what will molecular programming look like?

אם נצליח, איך ייראה תכנות מולקולרי?

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

אתם תשבו לפני המחשב שלכם

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

ותעצבו משהו כמו טלפון סלולרי,

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

ובעזרת שפה עילית אתם תתארו את הטלפון הזה.

Then you're going to have a compiler

ואז יהיה לכם קומפיילר (מהדר)

that's going to take that description

שייקח את התיאור הזה

and it's going to turn it into actual molecules

ויהפוך אותו למולקולות אמיתיות

that can be sent to a synthesizer

שאפשר לשלוח לסינתיסייזר

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

שיארוז את המולקולות בתוך גרעין.

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

ואם תשקו ותאכילו את הגרעין כמו שצריך,

is it will do a developmental computation,

הוא יבצע חישוב התפתחותי,

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

חישוב מולקולרי, והוא יבנה מחשב אלקטרוני.

And if I haven't revealed my prejudices already,

ואם לא חשפתי כבר את דעותיי הקדומות,

I think that life has been about molecular computers

אני חושב שהחיים הם מחשבים מולקולריים

building electrochemical computers,

שבונים מחשבים אלקטרו-כימיים

building electronic computers,

שבונים מחשבים אלקטרוניים

which together with electrochemical computers

שיחד עם המחשבים האלקטרו-כימיים,

will build new molecular computers,

יבנו מחשבים מולקולריים חדשים

which will build new electronic computers, and so forth.

שיבנו מחשבים אלקטרוניים חדשים וכן הלאה.

And if you buy all of this,

ואם אתם מסכימים עם כל זה,

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

ואתם חושבים כמוני שהחיים הם עניין של חישוב,

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

אתם תסתכלו על שאלות גדולות בעיניים של מדעני מחשב.

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

שאלה גדולה אחת כזו היא: איך תינוק יודע מתי להפסיק לגדול?

And for molecular programming,

ועבור תוכניתן מולקולרי,

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

השאלה היא איך הטלפון הסלולרי יודע מתי להפסיק לגדול?

(Laughter)

(צחוק)

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

או איך תוכנת מחשב יודעת מתי להפסיק לרוץ?

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

או ליתר דיוק, איך יודעים אם התוכנה אי פעם תעצור?

There are other questions like this, too.

יש עוד שאלות מהסוג הזה.

One of them is Craig Venter's question.

אחת השאלות האלה היא של קרייג ונטר.

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

מסתבר שהוא ממש איש מדעי המחשב.

He asked, how big is the minimal genome

הוא שאל מה הגודל המינימלי של גנום

that will give me a functioning microorganism?

שיצליח להפיק מיקרו-אורגניזם מתפקד?

How few genes can I use?

מה מינימום הגנים האפשרי?

This is exactly analogous to the question,

שזו אנלוגיה מושלמת לשאלה,

what's the smallest program I can write

מה התוכנה הקטנה ביותר

that will act exactly like Microsoft Word?

שתתנהג בדיוק כמו מיקרוסופט וורד?

(Laughter)

(צחוק)

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

כמו שהוא כותב מודלים של חיידקים שיהיו קטנים יותר,

he's writing genomes that will work,

הוא כותב גנומים מתפקדים,

we could write smaller programs

אנחנו נוכל לבנות תוכנות קטנות יותר

that would do what Microsoft Word does.

שיתנהגו כמו מיקרוסופט וורד.

But for molecular programming, our question is,

אבל בתכנות מולקולרי, השאלה היא

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

כמה מולקולות צריך לשים בגרעין כדי ליצור טלפון סלולרי?

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

מה המספר הקטן ביותר שיספיק לנו?

Now, these are big questions in computer science.

אלה שאלות גדולות במדעי המחשב.

These are all complexity questions,

כל אלה הן שאלות סיבוכיות

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

ובמדעי המחשב אלה שאלות מאוד קשות.

Almost -- many of them are impossible.

וכמעט לכולם אין פיתרון.

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

אבל לשאלות מסוימות יש לנו התחלה של תשובה.

So, I'm going to start asking those questions

אני אשאל עכשיו כמה מהשאלות

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

עבור מבני ה-DNA שעליהם אדבר בהמשך.

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

זה DNA סטנדרטי, כמו שאתם מכירים.

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

יש לו שני גדילים, זה סליל כפול,

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

זוגות של C ,T ,A ו-G שמחזיקים את הגדילים ביחד

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

לפעמים אני אצייר אותו ככה

just so I don't scare you.

אז אל תיבהלו.

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

אנחנו נסתכל על הגדילים בנפרד ולא נחשוב על הסליל הכפול.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

בתהליך הסינתזה מקבלים גדיל אחד,

so we can take the blue strand in one tube

אז אפשר לשים גדיל כחול במבחנה אחת

and make an orange strand in the other tube,

וגדיל כתום במבחנה השנייה

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

והם מסתלסלים להם בנפרד.

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

תערבבו אותם יחד ותקבלו סליל כפול יציב.

Now for the last 25 years,

במהלך 25 השנים האחרונות

Ned Seeman and a bunch of his descendants

נד סימאן וכמה ממשיכיו

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

עבדו קשה מאוד ויצרו מבנים תלת ממדיים יפהפיים

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

בעזרת תגובה של גדילי DNA שמתחברים זה לזה.

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

הגישה שלהם אלגנטית אבל מאוד ארוכה,

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

לוקחת כמה שנים או כרוכה בתכנון מסובך.

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

אני המצאתי שיטה חדשה לפני כמה שנים:

I call DNA origami

שנקראת אוריגמי DNA.

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

זה כל כך פשוט שגם אתם יכולים לעשות את זה בבית במטבח

and design the stuff on a laptop.

ולתכנן את העסק על מחשב נייד.

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

אבל כדי לעשות את זה, תצטרכו גדיל ארוך של DNA

which is technically very difficult to get.

שטכנית קשה מאוד להשיג.

So, you can go to a natural source.

אתם יכולים לגשת למקור טבעי,

You can look in this computer-fabricated artifact,

לחפש אצל היצור הממוחשב בצורה מלאכותית הזה

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

ויש לו גנום עם גדיל כפול שלא מתאים לנו.

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

נסתכל בקרביים שלו. יש שם מיליארדי חיידקים.

They're no good either.

גם הם לא מתאימים לנו.

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

יש להם גדיל כפול, אבל בפנים הם נגועים בווירוס

that has a nice, long, single-stranded genome

ולו יש גנום חביב, ארוך וחד-גדילי

that we can fold like a piece of paper.

שאפשר לקפל כמו נייר,

And here's how we do it.

וככה עושים את זה.

This is part of that genome.

זה חלק מהגנום ההוא.

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

נוסיף זנבות DNA סינתטיים קצרים, "מהדקים".

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

בכל מהדק החצי השמאלי מחבר את הגדיל הארוך בנקודה אחת

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

והחצי הימני מתחבר בנקודה אחרת

and brings the long strand together like this.

וקושר את הגדיל הארוך בצורה כזו.

The net action of many of these on that long strand

סך כל הפעולות של המהדקים על הגדיל הארוך

is to fold it into something like a rectangle.

מקפלות אותו לצורה דמויית מלבן.

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

אין לנו דרך להמחיש את התהליך בסרט,

but Shawn Douglas at Harvard

אבל שון דגלאס מהרווארד

has made a nice visualization for us

הכין הדמיה נחמדה בשבילנו

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

שמתחילה בגדיל ארוך עם כמה גדילים קצרים בתוכו.

And what happens is that we mix these strands together.

אנחנו מערבבים את הגדילים האלה יחד,

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

מוסיפים טיפ-טיפה של מלח

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

ומחממים אותם כמעט לרתיחה ואז מקררים,

and as we cool them down,

ותוך כדי הקירור

the short strands bind the long strands

הגדילים הקצרים קושרים את הארוכים

and start to form structure.

ומתחילים ליצור מבנה.

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

אתם יכולים לראות קצת סליל כפול שנוצר כאן.

When you look at DNA origami,

אם תסתכלו על אוריגמי DNA

you can see that what it really is,

תבינו ממה הוא בעצם עשוי,

even though you think it's complicated,

למרות שהוא נראה מסובך,

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

זה בעצם אוסף של סלילים כפולים מקבילים זה לזה

and they're held together

שמוחזקים יחד במקומות שבהם

by places where short strands go along one helix

גדילים קצרים מתחילים בסליל אחד

and then jump to another one.

וקופצים לסליל אחר.

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

הנה גדיל שהולך בצורה כזו, מתחיל לאורך סליל אחד

it jumps to another helix and comes back.

קופץ לסליל שני וחוזר חזרה,

That holds the long strand like this.

ככה הוא מחזיק את הגדיל הארוך.

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

כדי להראות שאפשר ליצור איזו צורה או תבנית שנרצה

that we wanted, I tried to make this shape.

ניסיתי ליצור את הצורה הזאת.

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

רציתי לקפל DNA לצורה שעולה מעל העין,

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

יורדת לאף, סביב המצח,

back down and end in a little loop like this.

חזרה למטה ומסתיימת בלולאה קטנה.

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

חשבתי שאם זה יצליח, הכל יכול להצליח.

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

כתבתי תוכנה שתעצב את המהדקים שיעשו זאת.

I ordered them; they came by FedEx.

הזמנתי אותם, הם הגיעו בדואר שליחים.

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

ערבבתי אותם, חיממתי, קיררתי

and I got 50 billion little smiley faces

וקיבלתי 50 מיליארד סמיילים קטנטנים

floating around in a single drop of water.

מרחפים מסביב בתוך טיפת מים אחת.

And each one of these is just

כל אחד מהם בעובי של

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

אלפית של שערה אנושית, אוקיי?

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

כולם מרחפים להם מסביב בתוך התמיסה, וכדי להתבונן בהם

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

צריך להדביק אותם על גבי משטח.

So, you pour them out onto a surface

אז שופכים אותם על המשטח

and they start to stick to that surface,

והם מתחילים להידבק אליו.

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

צילמנו תמונה בעזרת מיקרוסקופ אטומי

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

שיש לו מין סיכה שמצלמת

that goes back and forth over the surface,

הלוך וחזור מעל פני המשטח

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

מיטלטלת וחשה את הגובה של המשטח.

It feels the DNA origami.

היא חשה את אוריגמי ה-DNA.

There's the atomic-force microscope working

הנה המיקרוסקופ האטומי בפעולה

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

ואתם יכולים לראות שהגימור קצת גס.

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

כשמסתכלים מקרוב יש להם, אתם יודעים,

weak jaws that flip over their heads

לסתות רופפות ומעוקמות

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

או אפים מעוכים, אבל זה נראה די טוב.

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

מקרוב תראו אפילו את הלולאה הנוספת,

this little nano-goatee.

נאנו-זקן תיש.

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

מה שאדיר בסיפור הוא שכל אחד יכול לעשות את זה.

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

למשל קיבלתי את זה בדואר, משהו כמו שנה אחרי הניסוי, מבלי שביקשתי.

Anyone know what this is? What is it?

מישהו יודע מה זה?

It's China, right?

זאת סין, נכון?

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

בוגרת תואר ראשון בסין,

Lulu Qian, did a great job.

לולו צ'יאן, עשתה עבודה מצוינת.

She wrote all her own software

היא כתבה תוכנה משלה

to design and built this DNA origami,

שעיצבה ובנתה את אוריגמי ה-DNA הזה

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

שיקוף מקסים של סין. יש כאן אפילו את טייוואן

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

היא כאילו יושבת על הרצועה הקצרה ביותר בעולם, לא?

(Laughter)

(צחוק)

So, this works really well

זה עובד לא רע,

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

ואפשר ליצור עם זה תבניות וצורות.

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

אפשר ליצור מפה של אמריקה או לכתוב DNA בעזרת DNA.

And what's really neat about it --

ומה שממש מדליק בכל זה,

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

חוץ מזה שזאת ממש נאנו-אמנות,

but it turns out that nano-artwork

אבל נאנו-אמנות זו

is just what you need to make nano-circuits.

היא בדיוק מה שצריך כדי ליצור נאנו-מעגלים חשמליים.

So, you can put circuit components on the staples,

כך, שאפשר לשים על מהדקים רכיבים של מעגלים,

like a light bulb and a light switch.

כמו נורה או מתג לנורה,

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

להרכיב את הסיפור, ולקבל סוג של מעגל.

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

ואז אולי לשטוף את ה-DNA ולהישאר עם המעגל עצמו.

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

זה מה שעמיתים שלי בקאל-טק עשו.

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

הם לקחו אוריגמי DNA, ארגנו כמה נאנו-צינורות פחמן,

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

הכינו מפסק קטן, חיווטו הכל יחד,

tested it and showed that it is indeed a switch.

בדקו והוכיחו שזה אכן מפסק.

Now, this is just a single switch

עכשיו זה רק מפסק אחד

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

ובשביל מחשב צריך חצי מיליארד, אז יש לנו עוד כברת דרך ארוכה.

But this is very promising

אבל זה מאוד מבטיח

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

כי האוריגמי מארגן ככה חלקים בגודל של עשירית

of those in a normal computer.

מהמצויים במחשב רגיל,

So it's very promising for making small computers.

אז יכול להיות לזה פוטנציאל בייצור מחשבים זעירים.

Now, I want to get back to that compiler.

אני רוצה לחזור לקומפיילר ההוא.

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

אוריגמי DNA הוא הוכחה שהקומפיילר ההוא ממש עובד.

So, you start with something in the computer.

מתחילים משהו במחשב.

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

כותבים תיאור מופשט של תוכנת המחשב,

a high-level description of the origami.

תיאור בשפה עילית של האוריגמי.

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

אז מתרגמים אותו למולקולות ושולחים לסינתסייזר

and it actually works.

והעסק עובד.

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

מסתבר שחברה אחת הכינה תוכנה נחמדה

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

הרבה יותר טובה מהקוד, הדי-מכוער שכתבתי

and will allow us to do this in a nice,

שמאפשר לבצע זאת בצורה נחמדה,

visual, computer-aided design way.

וויזואלית, עיצוב-בסיוע-מחשב.

So, now you can say, all right,

אז עכשיו תגידו בסדר,

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

למה אוריגמי DNA הוא לא סוף הסיפור?

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

יש קומפיילר מולקולרי, אפשר לעשות כל דבר שרוצים.

The fact is that it does not scale.

הבעיה היא שלא ניתן להגדיל את האוריגמי בקנה מידה.

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

כך שאם תרצו לבנות בן-אדם מאוריגמי DNA

the problem is, you need a long strand

הבעיה היא שתצטרכו גדיל ארוך

that's 10 trillion trillion bases long.

באורך 10 טרילוני טרילונים של בסיסים,

That's three light years' worth of DNA,

DNA באורך של שלוש שנות אור,

so we're not going to do this.

אז אנחנו לא נשתמש בזה.

We're going to turn to another technology,

אנחנו נפנה לטכנולוגיה אחרת

called algorithmic self-assembly of tiles.

שנקראת הרכבה עצמית אלגוריתמית של אריחים.

It was started by Erik Winfree,

אריק וינפרי התחיל עם זה

and what it does,

והרעיון הוא

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

להשתמש באריחים בגודל של מאית של אוריגמי DNA.

You zoom in, there are just four DNA strands

כשמתקרבים רואים שיש רק ארבעה גדילי DNA

and they have little single-stranded bits on them

עם זנבות קטנים של גדילים בודדים

that can bind to other tiles, if they match.

שאפשר לקשור לאריחים אחרים מתאימים.

And we like to draw these tiles as little squares.

והיינו מעוניינים לצייר את האריחים האלה

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

אם תסתכלו על הקצוות הדביקים של ה-DNA

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

תראו שנוצרת כאן דוגמה של לוח דמקה.

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

האריחים יוצרים לוח דמקה מסובך שמרכיב את עצמו.

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

הנקודה היא, אם לא תפסתם,

is that tiles are a kind of molecular program

שהאריחים הם סוג של תוכנה מולקולרית

and they can output patterns.

שיוצרת דוגמאות.

And a really amazing part of this is

מה שמדהים כאן במיוחד הוא

that any computer program can be translated

שכל תוכנת מחשב אפשר לתרגם

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

לתוכנת אריחים כזאת, ובפרט תוכנה שסופרת.

So, you can come up with a set of tiles

אפשר להביא סדרה של אריחים

that when they come together, form a little binary counter

שכשמסדרים אותם יחד מקבלים מונה בינארי קטן

rather than a checkerboard.

במקום לוח דמקה.

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

אז אפשר לקרוא מספרים בינאריים כמו חמש, שש ושבע,

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

וכדי שהחישובים האלו יצאו נכון,

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

צריך איזשהו קלט, או גרעין.

You can use DNA origami for that.

אפשר להשתמש באוריגמי DNA לשם כך.

You can encode the number 32

אפשר לקודד את המספר 32

in the right-hand side of a DNA origami,

בצד הימני של האוריגמי

and when you add those tiles that count,

וכשנוסיף את האריחים שסופרים

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

הם יתחילו לספור, יגיעו ל-32 ההוא

and they'll stop at 32.

ויעצרו ב-32.

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

מה שקרה כאן הוא שגילינו שיטה

to have a molecular program know when to stop going.

לגרום לתוכנה מולקולרית לדעת מתי להפסיק לגדול.

It knows when to stop growing because it can count.

היא יודעת לעצור את הגדילה כי היא יכולה לספור.

It knows how big it is.

היא יודעת מה הגודל שלה.

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

זה עונה על סוג השאלות הראשון שדיברתי עליו.

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

אבל זה לא עונה לנו איך תינוקות יודעים זאת.

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

אז עכשיו אפשר להשתמש בספירה הזאת כדי לבנות דברים הרבה יותר גדולים מאשר עם

than DNA origami could otherwise.

סתם אוריגמי DNA.

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

הנה אוריגמי DNA, ואנחנו יכולים

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

לכתוב 32 על שני הקצוות שלו

and we can now use our watering can

ובעזרת המשפך שלנו

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

נשקה אותו באריחים ונוכל להתחיל לגדל אריחים ממנו

and create a square.

וליצור ריבוע.

The counter serves as a template

המונה הבינארי משמש בתור שבלונה

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

שתשמש למילוי הריבוע שבאמצע הדבר הזה.

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

בעצם הצלחנו

in making something much bigger than a DNA origami

ליצור משהו הרבה יותר גדול מאוריגמי DNA

by combining DNA origami with tiles.

כשחיברנו אוריגמי DNA עם אריחים.

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

מה שמדליק כאן הוא שאפשר לתכנת מחדש.

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

אם תשנו כמה גדילי DNA בייצוג הבינארי

and you'll get 96 rather than 32.

תקבלו 96 במקום 32

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

וכשתעשו זאת האוריגמי באותו גודל,

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

אבל הריבוע שנוצר כתוצאה מכך גדול פי שלושה.

So, this sort of recapitulates

אז כדי לסכם

what I was telling you about development.

את מה שסיפרתי לכם על התפתחות:

You have a very sensitive computer program

יש לכם תוכנת מחשב רגישה

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

שמתוך שינויים קלים - מוטציות זעירות, פצפוניות, יחידות -

can take something that made one size square

לוקחת משהו שיצר ריבוע בגודל אחד

and make something very much bigger.

והופכת אותו למשהו הרבה יותר גדול.

Now, this -- using counting to compute

אם נוסיף לזה את היכולת לספור

and build these kinds of things

כדי לחשב ולבנות דברים

by this kind of developmental process

בצורה של תהליך התפתחותי כזה

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

נתקרב לענות על השאלה של קרייג ונטר.

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

תוכלו לשאול: כמה גדילי DNA צריך

to build a square of a given size?

כדי לבנות ריבוע בגודל נתון?

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

אילו רצינו ליצור ריבוע בגודל עשר, מאה או אלף

if we used DNA origami alone,

והשתמשנו רק באוריגמי DNA,

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

היינו צריכים מספר גדילי DNA שהוא ריבוע של

of the size of that square;

גודל הריבוע הזה

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

כלומר נצטרך מאה, עשרת אלפים או מיליון גדילי DNA.

That's really not affordable.

זה ממש לא בא בחשבון.

But if we use a little computation --

אם מוסיפים לזה קצת חישוב -

we use origami, plus some tiles that count --

אוריגמי בתוספת כמה אריחים שיודעים לספור -

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

אפשר להסתפק במאה, מאתיים או שלוש מאות גדילי DNA.

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

ככה אנחנו מקטינים מעריכית את מספר גדילי ה-DNA

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

אם משתמשים בספירה, אם מוסיפים קצת חישוב.

And so computation is some very powerful way

לכן חישוב הוא דרך חזקה מאוד להקטין

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

את מספר המולקולות הדרושות כדי לבנות משהו,

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

כדי להקטין את גודל הגנום שאתם בונים.

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

לסיום, אני רוצה לחזור לרעיון המטורף ההוא

about computers building computers.

של מחשבים שבונים מחשבים.

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

אם תסתכלו על הריבוע שבניתם עם האוריגמי

and some counters growing off it,

בתוספת כמה מונים שיוצאים ממנו,

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

התבנית של זה היא בדיוק התבנית שצריך

to make a memory.

בשביל זיכרון.

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

אם תצמידו כמה חוטים ומפסקים לאריחים האלה,

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

במקום לגדילים המהדקים תצמידו אותם לאריחים,

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

הם ירכיבו בעצמם מעגלים מסובכים יחסית

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

אותם מעגלי ריבוב שדרושים כדי לגשת לזכרון הזה.

So you can actually make a complicated circuit

אתם יכולים למעשה ליצור מעגל מורכב

using a little bit of computation.

בעזרת קצת חישוב.

It's a molecular computer building an electronic computer.

זה מחשב מולקולרי שבונה מחשב אלקטרוני.

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

עכשיו תשאלו: כמה רחוק הגענו במסלול הזה?

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

במהלך הניסויים, זה מה שהשגנו בשנה האחרונה:

Here is a DNA origami rectangle,

הנה מלבן מאוריגמי DNA

and here are some tiles growing from it.

והנה כמה אריחים שיוצאים ממנו.

And you can see how they count.

אתם יכולים לראות איך הם סופרים.

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

אחת, שתיים, שלוש, ארבע, חמש, שש... תשע, עשר, אחת-עשרה, שתים-עשרה, שבע-עשרה.

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

יש לו כמה שגיאות, אבל לפחות הוא סופר ברצף.

(Laughter)

(צחוק)

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

מסתבר שהרעיון הזה היה קיים כבר לפני תשע שנים,

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

וזה בערך קבוע הזמן שלוקח

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

לבצע את הדברים האלה, אז אני חושב שהתקדמנו הרבה.

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

יש לנו רעיונות איך לתקן את השגיאות האלה,

And I think in the next five or 10 years,

ולדעתי תוך חמש או עשר שנים

we'll make the kind of squares that I described

נצליח לייצר את הריבועים שתיארתי

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

ואולי אפילו להגיע למעגלים שמרכיבים את עצמם.

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

אז מה אני רוצה שתקחו אתכם מההרצאה הזאת?

I want you to remember that

אני רוצה שתזכרו

to create life's very diverse and complex forms,

שאת המבנים המורכבים והמגוונים שיש בטבע,

life uses computation to do that.

החיים יוצרים בעזרת חישוב,

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

והחישובים שהחיים מבצעים הם חישובים מולקולריים.

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

כדי להבין ולתפוס את זה טוב יותר,

as Feynman said, you know,

כמו שפיינמן אמר,

we need to build something to understand it.

צריך לבנות משהו כדי להבין אותו.

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

לכן אנחנו משתמשים במולקולות ומעצבים מחדש את הדבר הזה,

rebuild everything from the bottom up,

בונים הכל מחדש מהיסוד כלפי מעלה,

using DNA in ways that nature never intended,

משתמשים ב-DNA בדרכים שהטבע לא תכנן,

using DNA origami,

בעזרת אוריגמי DNA

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

שהוא הגרעין שמרכיב את עצמו בצורה אלגוריתמית.

You know, so this is all very cool,

אז כל זה ממש מגניב,

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

אבל מה שהייתי רוצה שתקחו מההרצאה,

hopefully from some of those big questions,

אולי מאחת השאלות הגדולות,

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

הוא שתכנות מולקולרי לא מתעסק רק ביצירת גאדג'טים,

It's not just making about --

לא רק יצירה מעצמם של

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

טלפונים סלולריים ומעגלים חשמליים.

What it's really about is taking computer science

הרעיון הוא לרתום את מדעי המחשב

and looking at big questions in a new light,

כדי להסתכל על השאלות הגדולות באור חדש,

asking new versions of those big questions

לשאול את השאלות הגדולות בגרסה חדשה

and trying to understand how biology

ולנסות להבין איך הביולוגיה

can make such amazing things. Thank you.

יוצרת דברים מדהימים כאלה. תודה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)