Paul Rothemund: Casting spells with DNA

ポール・ロスマンド「DNAに魔法をかける」

翻訳: Takahiro Shimpo 校正: Yuki Okada

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

古来より広く言葉には力が宿り

that spells exist,

呪文は存在して

and that if we could only pronounce the right words,

正しく唱えれば

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

「ヒュー！」 雪崩が発生して

and wipe out the hobbits, right?

ホビット達を一掃するんです

So this is a very attractive idea,

この考えはとても魅力的です

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

なぜなら私達は見習い魔法使いや

or the world's greatest computer programmer.

世界一のプログラマーの様に 怠け者ですから

This idea has a lot of traction with us.

この考えは大きな牽引力を持っています

We love the idea that words, when pronounced,

言葉を発すると 単なる情報が

are little more than pure information,

現実世界に物理作用を引き起こし

but they evoke physical action in the real world

私達を助けてくれる

that helps us do work.

考えが好きなんです

So, of course, with lots of programmable computers

こういう中、プログラムで動く コンピュータやロボットが

and robots around,

周りにあるので

this is an easy thing to picture.

おおよそ想像できますよね

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

何人の方が私の話についてこれていますか？

Raise your right hand.

右手をあげて下さい　はい

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

何人の方がついてこれていないでしょう？

Raise your left hand.

左手をあげて下さい　はい

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

そうですか　すばらしい 簡単すぎたようですね

You guys have very insecure computers, OK?

皆さんはとても不安定な コンピュータを持っています

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

要は、これが少し種類の異なる呪文なのです

This is a computer program made of zeros and ones.

これは0と1で構成された コンピュータプログラムです

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

コンピュータ上でこんなことができます

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

重要なのは それを高級言語で 書けるということです

A computer magician can write this thing.

コンピュータのマジシャンなら 書くことが出来ます

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

これが0と1へとコンパイルされ コンピュータによって発音されます

And that's what makes computers powerful,

高級言語をコンパイルできる点が

these high-level languages that can be compiled.

コンピュータの強みです

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

実は呪文の実現に

to actually have a spell.

コンピュータは不要です

In fact, what you can do at the molecular level

事実分子レベルで情報

is that if you encode information --

つまり魔法やプログラムを

you encode a spell or program as molecules --

分子自身としてエンコードすれば

then physics can actually directly interpret that information

物理現象として 実際にその情報を直接読み込み

and run a program.

プログラムを走らせるのです

It's what happens in proteins.

そんなことがタンパク質の中で起こるんです

When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms,

このアミノ酸配列を原子として変換すれば

these little letters are sticky for each other.

この小さな文字は互いに結合します

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

折り畳まれて三次元の形状をとり 実際にDNAを切断する

that actually cuts DNA.

ナノマシンになるのです

The interesting thing is that if you change the sequence,

そして面白いことに配列を変えてみると

you change the three-dimensional folding.

三次元の折り畳み構造が変化します

You get, now, a DNA stapler, instead.

今回はDNAのホッチキスが出来ました

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

これが私達の目指す分子プログラミングです

The problem is, we don't know

しかし私達はタンパク質のマシン語は

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

わかりませんし コンパイラもありません

So I've joined a growing band of people

そこで私はDNAを使って 分子の呪文を作ろうと

that try to make molecular spells using DNA.

挑戦している集団に加入しました

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

DNAを使う理由は安くて 扱いが楽で

it's something we understand really well --

よく理解されているからです

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

DNAの知見は豊富なため 実際DNAの分子コンパイラと

programming languages for DNA and have molecular compilers.

プログラミング言語を作れると思っています

So then, we think we can do that.

なので実現は可能だと思っています

One of my first questions doing this was:

そこで私が初めに考えた課題は

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

「どうやって恣意的な形を DNAから生み出すのか？」でした

I decided to use a type of DNA origami,

そこで私は長いDNA鎖を折畳んで 好きな形を作れる

where you take a long strand of DNA

DNA折紙のようなものを

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

使うことにしました

So here's a shape.

これが例です

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

実は家で一年くらい下着のまま 前の写真のライナスみたいに

like Linus [Torvalds], in that picture before.

コーディングしていました

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

このプログラムは形を読み込んで 250のDNA配列を表示します

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

この短いDNA配列が長いDNA鎖を

into this shape that we want to make.

作りたい形へと折畳みます

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

そこでこの配列を記載したメールを

to a company,

業者に送ると

and the company pronounces them on a DNA synthesizer,

業者はDNA合成装置で 呪文を唱えてくれます

a machine about the size of a photocopier.

それはコピー機程の大きさで 何が起こるかというと

And they take your e-mail,

皆さんのメールの全ての文字を読み込み

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

DNAのA、T、CとGの一文字ごとに

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

30の原子からできた化合物と 置き換えます

They string them up in the right sequence,

これを正しく配列し FedExで

and then they send them back to you via FedEx.

皆さんに送り返します すると小さいチューブに

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

こんなのが250程入ったものが得られます

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

私がこれを混ぜ 電解質液を少し加え

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

先ほどお話したウイルスから抽出した

that I've stolen from a virus.

長いDNA鎖を入れます

And then what happens is,

そのあとで

you heat this whole thing up to about boiling.

これを沸騰するまでくらい熱し

You cool it down to room temperature,

その後 室温まで冷ますと

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

この短いDNA鎖が 次のようなことをします

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

それぞれが長いDNA鎖のある一カ所に結合し

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

もう一方の離れた箇所にも結合し

and brings those two parts of the long strand

長い鎖の２箇所が

close together so they stick together.

結合するように近づけさせます

So the net effect of all 250 of these strands

つまり250もの短いDNA鎖は

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

長いDNA鎖に対して

It'll approximate that shape.

おおよそ望む形へと 折り畳める能力を持っています

We do this for real, in the test tube.

私達は実際に試験管内で この作業を行います

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

溶液１滴中にこのような分子が 500億くらいできます

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

何かの表面に付着させて 顕微鏡で見ることもできます

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

すごいのは 長いDNAの配列と呪文を変えれば

just change the sequence of the staples,

得られる形が変わる点です

you can make a molecule that looks like this.

こんな分子を造ることも出来ます

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

ほら彼は友達と遊びたがっているでしょ？

A lot of them are actually pretty good.

これらは本当によく出来ています

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

もう一度呪文と DNA配列を変更すれば

you get really nice, 130-nanometer triangles.

130ナノメートルの きれいな三角形が出来ます

If you do it again,

もう一度やれば

you can get arbitrary patterns.

任意の形になります

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

長方形の上に北米、南米の形を描いたり

or the words, "DNA."

「DNA」とも綴れます

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

これがDNA折紙です これは一つの方法でしかありません

There are many ways of casting molecular spells using DNA.

DNA分子で呪文を唱える方法は いくつもあります

What we really want to do in the end

私達の最終目標は自己会合させるプログラムを

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

確立することです

We want to be able to build technological artifacts

私達は世界に貢献できるような

that are maybe good for the world.

技術的作品を作りたいと考えています

We want to learn how to build biological artifacts,

どうやって人間、鯨、木の様な生命を

like people and whales and trees.

造れるのか学びたいのです

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

そこで私達がそのような複雑性に達し

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

分子プログラミング能力を改善できれば 真の魔法となりうるでしょう

then that will truly be magic.

分子プログラミング能力を改善できれば 真の魔法となりうるでしょう

Thank you very much.

ご清聴ありがとうございました

(Applause)

（拍手）