Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

ポール・ロスマンドが語るDNAの折り方

翻訳: Haruka Igarashi 校正: Akira Kan

So, people argue vigorously about the definition of life.

我々は生命の定義について 盛んな議論をします

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

生命とは生殖 代謝 進化のことでしょうか

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

私には答えがないので話せません

I will say that life involves computation.

生命には計算が必要だとは言えます

So this is a computer program.

これがコンピューター・プログラムです

Booted up in a cell, the program would execute,

細胞内でプログラムは起動し 実行します

and it could result in this person;

その結果この人になります

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

少し変われば この人になります

or another small change, this person;

もう少し変われば この人になります

or with a larger change, this dog,

さらに大きく変われば犬や

or this tree, or this whale.

木 クジラ になります

So now, if you take this metaphor

ゲノムをプログラムに

[of] genome as program seriously,

例えれば

you have to consider that Chris Anderson

クリス・アンダーソン ジム・ワトソン

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

クレイグ・ヴェンターや 私たちは皆

Craig Venter, as are all of us.

コンピューターが作った既製品と言えます

And in convincing yourself that this metaphor is true,

この例えのとおり

there are lots of similarities between genetic programs

遺伝子プログラムと コンピュータープログラムには

and computer programs that could help to convince you.

多くの類似性があります

But one, to me, that's most compelling

特に説得力があるのは

is the peculiar sensitivity to small changes

小さな変化が生物学的発生の過程で

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

大きな違いを生みだすことです

A small mutation can take a two-wing fly

小さな突然変異が２枚翅のハエを ４枚翅にします

and make it a four-wing fly.

小さな突然変異が２枚翅のハエを ４枚翅にします

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

触覚が生えるべき所に足が生えたりします

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

”プリンセス・ブライド” みたいに

it could create a six-fingered man.

６本指を持つ人が現れます

Now, a hallmark of computer programs

このコンピュータープログラムの特徴は

is just this kind of sensitivity to small changes.

小さな変化にも敏感なことです

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

銀行口座の１ビットを変えるだけで

you could end up with a thousand dollars.

１ドル を千ドルに変えられます

So these small changes are things that I think

これら小さな違いは発生過程で

that -- they indicate to us that a complicated computation

複雑な計算が行われるために

in development is underlying these amplified, large changes.

増幅され大きな違いに結びつくことを 示していますれます

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

生物学には基盤となる分子プログラムが存在し

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

そのプログラムの威力が 発揮されていることを示します

And what I want to do is write molecular programs,

私はテクノロジーを確立するための 分子プログラムを書こうと思っています

potentially to build technology.

私はテクノロジーを確立するための 分子プログラムを書こうと思っています

And there are a lot of people doing this,

多くの科学者が参加しており その多くは クレイグ・ヴェンターなど合成生物学者です

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

多くの科学者が参加しており その多くは クレイグ・ヴェンターなど合成生物学者です

And they concentrate on using cells.

彼らは細胞を用いることに注目しています

They're cell-oriented.

彼らは細胞重視派です

So my friends, molecular programmers, and I

友人の分子プログラマーと私は

have a sort of biomolecule-centric approach.

生体分子に注目しています

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

私たちは DNA RNA そしてタンパク質に着目して

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

生体分子を用いた新しい言語を

using biomolecules,

一から作り上げようとしています 生物学とは無関係かもしれません

potentially having nothing to do with biology.

一から作り上げようとしています 生物学とは無関係かもしれません

So, these are all the machines in a cell.

これらは細胞内すべての機械です

There's a camera.

カメラがあります

There's the solar panels of the cell,

細胞のソーラーパネル

some switches that turn your genes on and off,

遺伝子のオン・オフを担うスイッチ

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

細胞の骨組みや 筋肉の動力部

My little group of molecular programmers

私の分子プログラマー班は

are trying to refashion all of these parts from DNA.

DNAからこれら全てのパーツを作り直そうとしています

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

私たちはDNA狂信者ではありませんが

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

DNAは安価で最も分かりやすく かつプログラムが容易です

And as other things become easier to use --

タンパク質等の他の物質も

maybe protein -- we'll work with those.

たやすく利用できるようになれば使うでしょう

If we succeed, what will molecular programming look like?

分子プログラミングが成功するとこうなります

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

コンピューターの前に座り

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

携帯電話のようなものを デザインします

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

ハイレベルな言語で携帯を定義します

Then you're going to have a compiler

そしてその定義を理解する

that's going to take that description

コンパイラを使い

and it's going to turn it into actual molecules

実際の分子に変換し

that can be sent to a synthesizer

合成装置に送り

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

合成装置が分子を詰め込んで 種を作ります

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

その種に適切な水と栄養を与えると

is it will do a developmental computation,

種が発生過程に沿った計算 つまり 分子計算をし

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

電子コンピューターを作ります

And if I haven't revealed my prejudices already,

私の見方によれば

I think that life has been about molecular computers

生命とは分子コンピューターが

building electrochemical computers,

電子化学的コンピューターを作り

building electronic computers,

さらに電子コンピューターを作って

which together with electrochemical computers

両者が合同して

will build new molecular computers,

新しい分子コンピューターを作り

which will build new electronic computers, and so forth.

さらに新たな電子コンピューターが 作られるということです

And if you buy all of this,

この理論に同意し

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

生命は計算だと思うなら

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

大いなる生物学的問題を コンピューター科学者の目で見ることになります

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

赤ん坊はいつ成長を止めるべきかを どのようにに知るのか?

And for molecular programming,

分子プログラミングの問題は

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

いつ成長を止めるべきかを 携帯がどのように知るかでしょう

(Laughter)

（笑）

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

コンピューター・プログラムが いつ実行を 止めるべきか どのように知るかということです

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

さらに言うと プログラムがやがて 停止すると どうして分りますか?

There are other questions like this, too.

このような疑問はまだあります

One of them is Craig Venter's question.

クレイグ・ヴェンターが発した疑問は

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

彼がコンピューター科学者の証です

He asked, how big is the minimal genome

彼は 微生物が機能するのに必要な

that will give me a functioning microorganism?

最小のゲノムの大きさを問いかけました

How few genes can I use?

どこまでゲノムを小さくできるでしょう

This is exactly analogous to the question,

マイクロソフト・ワードのように機能する

what's the smallest program I can write

最小限のプログラムを書くという

that will act exactly like Microsoft Word?

課題にそっくりです

(Laughter)

（笑）

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

まるでとても小さな微生物用に

he's writing genomes that will work,

機能するゲノムを書くように

we could write smaller programs

マイクロソフト・ワードのように動く

that would do what Microsoft Word does.

小さなプログラムを書くのです

But for molecular programming, our question is,

分子プログラミングでの問題は

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

携帯になる種に詰め込む分子の数はいくつか?

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

最低数は何でしょう?

Now, these are big questions in computer science.

これはコンピューター科学の重要問題です

These are all complexity questions,

複雑性の問題です

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

しかもかなり困難な問題です

Almost -- many of them are impossible.

ほとんどは解答不能です

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

問題によっては 答えができつつあります

So, I'm going to start asking those questions

次にお話しするDNA構造について この問題を問うてみたいと思います

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

次にお話しするDNA構造について この問題を問うてみたいと思います

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

さてこれは ご存知の普通のDNAです

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

二本鎖で二重らせん構造をしています

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

鎖を結合する A T C Gの塩基があります

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

時々 私はこのように描写します

just so I don't scare you.

この方が分かりやすいでしょうから

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

二重らせんよりも個々の鎖に着目したいのです

When we synthesize it, it comes single-stranded,

我々が合成するのは一本鎖です

so we can take the blue strand in one tube

この試験管の中に青い一本鎖

and make an orange strand in the other tube,

別の試験管にオレンジ色の鎖があります

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

一本鎖の状態では 構造は柔軟です

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

これらを混ぜ合わせると 強固な二重らせんになります

Now for the last 25 years,

過去25年間にわたり

Ned Seeman and a bunch of his descendants

ネッド・シーマンとその門下生たちは

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

このDNA鎖の結合反応を利用して

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

熱心に美しい３次元構造を作りました

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

手法はあざやかですが 時間がかかります

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

数年を要することもあり 設計が困難なこともあります

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

そこで私は数年前 「DNA折り紙」と呼ぶ 新しい方法を考案しました

I call DNA origami

そこで私は数年前 「DNA折り紙」と呼ぶ 新しい方法を考案しました

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

とても簡単で家の台所でもできます

and design the stuff on a laptop.

ノートパソコンでデザインします

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

しかしこれには長い一本鎖のDNAが必要です

which is technically very difficult to get.

合成するのは技術的にとても困難です

So, you can go to a natural source.

したがって自然素材に頼ります

You can look in this computer-fabricated artifact,

コンピューターが作った既製品を見ると

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

ゲノムは２本鎖なので不適当です

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

腸には何十億ものバクテリアがいますが

They're no good either.

それらも不適当です

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

これらも２本鎖です しかし中にウイルスがいます

that has a nice, long, single-stranded genome

このウイルスのゲノムは長くきれいな一本鎖です

that we can fold like a piece of paper.

これを紙のように折ることができます

And here's how we do it.

これがそのやり方です

This is part of that genome.

これはゲノムの一部です

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

これに私がホチキスと呼ぶ 短い合成DNAをいくつか入れます

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

どれも左側が 長いDNA鎖の特定部分と結合し

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

その右側はまた別の場所で結合します

and brings the long strand together like this.

すると このように長い鎖を手繰り寄せます

The net action of many of these on that long strand

反応全体とすると 長い鎖が

is to fold it into something like a rectangle.

長方形に折りたためます

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

この過程を 実際の映像ではお見せできませんが

but Shawn Douglas at Harvard

ハーバードのショーン・ダグラスが

has made a nice visualization for us

うまく視覚化してくれました

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

これが長い鎖で こっちが短い鎖です

And what happens is that we mix these strands together.

これらのDNA鎖を混ぜ合わせて

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

加熱し 少し塩を加えます

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

ほとんど沸騰するまで加熱し 次に冷却します

and as we cool them down,

冷却の過程で 短い鎖は長い鎖に結合し

the short strands bind the long strands

冷却の過程で 短い鎖は長い鎖に結合し

and start to form structure.

構造を作り始めます

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

ここに小さな二重らせん構造が見えますね

When you look at DNA origami,

DNA折り紙をよく見ると

you can see that what it really is,

一見複雑に見えても 実際にどうか 分かってきます

even though you think it's complicated,

一見複雑に見えても 実際にどうか 分かってきます

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

いくつもの二重らせんが お互いに平行して走っており

and they're held together

いくつもの二重らせんが お互いに平行して走っており

by places where short strands go along one helix

短い鎖が １つのらせんに いくつかの場所で結合し

and then jump to another one.

それがもう１本のらせんに乗り換えます

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

１本の鎖がこんな風に １本らせんに沿って結合し

it jumps to another helix and comes back.

別のらせんにジャンプし そして 戻ってきます

That holds the long strand like this.

このように長い鎖を折りたたむのです

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

どんな形やパターンでも作れることを お見せするため

that we wanted, I tried to make this shape.

ここである形を作ってみます

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

目のような形

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

下に行って鼻 さらにその上の額

back down and end in a little loop like this.

戻ってきてループを描いて終わりです

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

これができたら何でも作れると私は考えました

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

このため短いホッチキスを プログラムでデザインをしました

I ordered them; they came by FedEx.

注文すると フェデックスで配達されました

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

材料を混ぜて熱した後に冷却しました

and I got 50 billion little smiley faces

１滴の水あたり５百億個の スマイリー・フェイスができました

floating around in a single drop of water.

１滴の水あたり５百億個の スマイリー・フェイスができました

And each one of these is just

これら一つ一つの幅は人の毛髪の 千分の一しかないのです

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

これら一つ一つの幅は人の毛髪の 千分の一しかないのです

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

これらは全て溶液の中に浮いていて これを見るためには

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

何かの表面にくっつける必要があります

So, you pour them out onto a surface

あるものの平面に溶液を流すと

and they start to stick to that surface,

それらはその表面にくっつき始めます

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

原子間力顕微鏡で写真を撮りました

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

レコード針のような針があり

that goes back and forth over the surface,

表面をなぞることで

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

表面の段差を記録することができます

It feels the DNA origami.

DNA折り紙に「触れる」のです

There's the atomic-force microscope working

原子間力顕微鏡では 着地が少しばかり荒っぽかったので

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

原子間力顕微鏡では 着地が少しばかり荒っぽかったので

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

拡大すると お分かりでしょうが

weak jaws that flip over their heads

弱いあごの部分が頭の方へめくりあがったり

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

いくつかの鼻がつぶれています それでも かなりうまくいってます

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

さらに拡大すると小さな山羊ひげのような ループも見ることができます

this little nano-goatee.

さらに拡大すると小さな山羊ひげのような ループも見ることができます

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

これが素晴らしいのは誰でもできることです

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

この１年後にある人から予期せぬメールが来ました

Anyone know what this is? What is it?

どなたかこれが何かお分かりになりますか?

It's China, right?

中国ですね?

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

これは中国の大学院生

Lulu Qian, did a great job.

ルル・チエンの素晴らしい成果です

She wrote all her own software

彼女はこのDNA折り紙をデザインを

to design and built this DNA origami,

独自のソフトウェアで開発しました

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

台湾を含んだきれいな中国の形です

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

世界で最も短いひもでつながってます

(Laughter)

（笑）

So, this works really well

この仕事は本当にうまくいきました

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

形と同様にパターンも描くことができます

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

DNAを用いてアメリカの地図や 'DNA'とスペルもできます

And what's really neat about it --

そして本当に巧妙なことは

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

これはナノ芸術作品のようですが

but it turns out that nano-artwork

ナノ芸術作品を用いてナノ回路を 作ることができるのです

is just what you need to make nano-circuits.

ナノ芸術作品を用いてナノ回路を 作ることができるのです

So, you can put circuit components on the staples,

電球やスイッチのような回路の部品を

like a light bulb and a light switch.

支持体の上に配置できます

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

それらを集めてある種の回路を作れます

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

それから残ったDNAを洗い流すと回路が残ります

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

カリフォルニア工科大学の同僚の成果です

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

彼らはDNA折り紙と 炭素ナノチューブを使い

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

ここにある小さなスイッチを作り 配線して

tested it and showed that it is indeed a switch.

テストしたら実際にスイッチとして動きました

Now, this is just a single switch

これは１つのスイッチにすぎず

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

１つのコンピュータには５億個もの スイッチが必要なので先は長いです

But this is very promising

しかしとても将来有望です

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

この折り紙は普通のコンピューターの 十分の一の大きさの部品を作れるのです

of those in a normal computer.

この折り紙は普通のコンピューターの 十分の一の大きさの部品を作れるのです

So it's very promising for making small computers.

小さいコンピューターを作ることが有望です

Now, I want to get back to that compiler.

コンパイラに話を戻しましょう

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

DNA折り紙はコンパイラが実際に働く証拠となります

So, you start with something in the computer.

コンピュータで何かを始める際

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

コンピュータープログラムで概念的な定義をします

a high-level description of the origami.

折り紙にするための概念的な定義です

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

その定義を分子にコンパイルし合成装置に送り込むと

and it actually works.

DNA折り紙が作られます

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

ある会社が良いプログラムを作りました

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

私の稚拙なコードよりはるかに優れていて

and will allow us to do this in a nice,

きれいで視覚的にコンピューターを使う デザインが可能になります

visual, computer-aided design way.

きれいで視覚的にコンピューターを使う デザインが可能になります

So, now you can say, all right,

皆さんは思うでしょう

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

なぜDNA折り紙で この話は終わらないの?

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

分子コンパイラを持てば何でもできます

The fact is that it does not scale.

しかし実際のところ拡張性がありません

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

DNA折り紙を使ってヒトを作りたい場合

the problem is, you need a long strand

10兆の1兆倍もの 長い塩基が必要です

that's 10 trillion trillion bases long.

10兆の1兆倍もの 長い塩基が必要です

That's three light years' worth of DNA,

これは３光年の長さのDNAに相当します

so we're not going to do this.

ですから無理です

We're going to turn to another technology,

私たちは別の技術に注目します

called algorithmic self-assembly of tiles.

タイルの計算された自己組織化です

It was started by Erik Winfree,

エリク・ウィンフリーが提唱し始めて

and what it does,

DNA折り紙の百分の一の 大きさのタイルを使います

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

DNA折り紙の百分の一の 大きさのタイルを使います

You zoom in, there are just four DNA strands

拡大すると タイルには 短いDNA一本鎖が４本あり

and they have little single-stranded bits on them

拡大すると タイルには 短いDNA一本鎖が４本あり

that can bind to other tiles, if they match.

鎖がマッチすると他のタイルと結合します

And we like to draw these tiles as little squares.

これらのタイルを小さな四角形として描きます

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

付着性を持った各辺のDNA鎖を見ると

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

市松模様になることが分ります

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

入り組んだ自己組織化する市松模様です

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

重要な点は

is that tiles are a kind of molecular program

タイルは分子プログラムの一種で

and they can output patterns.

パターンを形成することです

And a really amazing part of this is

実に素晴らしいことに

that any computer program can be translated

特に計算など あらゆる コンピューター・プログラムが

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

タイル・プログラムに変換できるのです

So, you can come up with a set of tiles

結合されたタイルの組み合わせを

that when they come together, form a little binary counter

市松模様ではなく 二進法カウンターと見なせます

rather than a checkerboard.

市松模様ではなく 二進法カウンターと見なせます

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

二進法で５ ６ ７という風に数字を読み取れます

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

この種の計算を正確に進めるためには

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

ある入力 つまり種が必要です

You can use DNA origami for that.

種にDNA折り紙が使えます

You can encode the number 32

DNA折り紙の右端に数字の32を符号化し

in the right-hand side of a DNA origami,

DNA折り紙の右端に数字の32を符号化し

and when you add those tiles that count,

計算できるタイルを追加すると

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

タイルは32になるまで数え始め

and they'll stop at 32.

そして32になると止まります

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

分子プログラムが いつ動作を止めるか

to have a molecular program know when to stop going.

知る手段ができました 数えることで いつ成長を止めるかが分かるのです

It knows when to stop growing because it can count.

知る手段ができました 数えることで いつ成長を止めるかが分かるのです

It knows how big it is.

どのくらい大きいかが分かるのです

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

これが私が最初に述べた問題の答えです

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

しかし人間の赤ん坊がどのようにするのか 未だ分かりません

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

次に この計算を応用してDNA折り紙には 無理な もっと大きな物を作ろうとしました

than DNA origami could otherwise.

次に この計算を応用してDNA折り紙には 無理な もっと大きな物を作ろうとしました

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

ここにDNA折り紙があり

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

両端に数字の32を符号化し

and we can now use our watering can

じょうろを使い

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

タイルに水をやり成長させて

and create a square.

四角形を作り始めます

The counter serves as a template

カウンターは真ん中を四角形で

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

埋めるための基準になります

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

DNA折り紙とタイルを組み合わせることで

in making something much bigger than a DNA origami

DNA折り紙とタイルを組み合わせることで

by combining DNA origami with tiles.

DNA折り紙より とても大きな物を作れたわけです

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

さらに素晴らしいことに 再プログラム化も可能です

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

二進法表記のDNA鎖に少し変更を加えるだけで

and you'll get 96 rather than 32.

例えば 32 を 96 に変更できます

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

そうすれば折り紙の大きさは同じなのに

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

形成する四角形は３倍の大きさになります

So, this sort of recapitulates

以上が私が発達について 述べたい要約となります

what I was telling you about development.

以上が私が発達について 述べたい要約となります

You have a very sensitive computer program

とても繊細なコンピューター・プログラムがあり

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

何か小さな変異をすると

can take something that made one size square

ある大きさの四角形を作っていたのを

and make something very much bigger.

とても大きな物を作るように変えられます

Now, this -- using counting to compute

このように数えることと

and build these kinds of things

発達過程を使って物を設計して作ることは

by this kind of developmental process

発達過程を使って物を設計して作ることは

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

クレイグ・ヴェンターの疑問と重なる部分があります

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

その疑問とはある大きさの四角形を作るのに

to build a square of a given size?

何本のDNA鎖が必要となるか です

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

大きさが 10 100 1,000 の四角形を作る場合

if we used DNA origami alone,

DNA折り紙のみを使用すると

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

四角形一辺の長さ二乗分の数だけ DNA鎖が必要になります

of the size of that square;

四角形一辺の長さ二乗分の数だけ DNA鎖が必要になります

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

百 一万 百万のDNA鎖が必要です

That's really not affordable.

これは不可能です

But if we use a little computation --

しかし計算を使い

we use origami, plus some tiles that count --

折り紙を用い そして数えることができる タイルを用いると

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

100 200 300といった数のDNA鎖で収まるのです

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

そして指数関数的にDNA鎖の必要量を減らせます

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

数をかぞえ簡単な計算をすればいいのです

And so computation is some very powerful way

計算は物を作る際に必要となる

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

分子の量を減らし 作ろうとするゲノムの

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

サイズを小さくする強力な方法です

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

最終的に私はコンピューターが コンピューターを作るという

about computers building computers.

クレイジーな考えに戻ります

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

折り紙を使い作り上げた 四角形とカウンターをみると

and some counters growing off it,

折り紙を使い作り上げた 四角形とカウンターをみると

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

そのパターンは正に記憶を 作るために必要な物です

to make a memory.

そのパターンは正に記憶を 作るために必要な物です

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

支持体の代わりに タイルに配線やスイッチを取り付ければ

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

支持体の代わりに タイルに配線やスイッチを取り付ければ

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

それらは複雑な回路を自己組織化するでしょう

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

この記憶装置を作るために必要な デマルチプレクサー回路です

So you can actually make a complicated circuit

ちょっと計算するだけで

using a little bit of computation.

複雑な回路を作ることができます

It's a molecular computer building an electronic computer.

言わば 電子コンピューターを作る 分子コンピューターです

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

さてここに至るまで どれ位進歩したのでしょう?

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

実験的に行った去年の成果を紹介します

Here is a DNA origami rectangle,

これはDNA折り紙の長方形です

and here are some tiles growing from it.

成長しているタイルが見えます

And you can see how they count.

どのように数えているのか分かります

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

1 2 3 4 5 6 9 10 11 12 17

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

間違いがいくつかありますが 数えてはいます

(Laughter)

（笑）

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

私たちはこの考えを９年前に思いつきました

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

この種のことをするには必要な年月です

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

かなり進歩したと思います

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

これらの誤りを正すアイデアはあります

And I think in the next five or 10 years,

今後5～10年すれば

we'll make the kind of squares that I described

お話しした四角形を作り

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

自己組織化する回路もできることでしょう

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

私がこのトークでお伝えしたいことは

I want you to remember that

次のとおりです

to create life's very diverse and complex forms,

生命は 非常に多種類にわたる 複雑な形を作るために

life uses computation to do that.

計算をしています

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

行っている計算は分子計算です

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

ファインマンが言うように

as Feynman said, you know,

より深く理解 習得するためには

we need to build something to understand it.

何かを作りながら理解するのが一番です

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

私たちは分子を使い改良していくのです

rebuild everything from the bottom up,

すべてをボトムアップで作り上げ

using DNA in ways that nature never intended,

自然が意図もしなかった方法でDNAを用い

using DNA origami,

DNA折り紙を用い

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

このアルゴリズム的自己組織化の種にします

You know, so this is all very cool,

全てはとてもクールな科学です

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

理解していただきたいのは

hopefully from some of those big questions,

大きな課題を通して考えると

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

分子プログラミングはガジェットを 作るだけではありません

It's not just making about --

自己組織化で携帯電話や

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

回路を作るのが目的ではありません

What it's really about is taking computer science

コンピュータ科学を用い

and looking at big questions in a new light,

大きな疑問に新しい光をあて

asking new versions of those big questions

新しい段階の 疑問とすることなのです

and trying to understand how biology

生物学が いかに驚くべきものを作れるか 理解することなのです

can make such amazing things. Thank you.

生物学が いかに驚くべきものを作れるか 理解することなのです

(Applause)

ありがとうございます　（拍手）