Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

번역: Lee Shi-Nae 검토: Dae-won Jeong

So, people argue vigorously about the definition of life.

생명의 정의에 관해서는 많은 논란이 있죠.

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

그들은 그게 번식작용이나, 신진대사, 혹은 진화같은 거냐고 묻습니다.

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

저는 그것에 대한 답은 모릅니다. 그래서 그건 이야기하지 않을거에요.

I will say that life involves computation.

제가 말씀드릴 수 있는 것은, 생명은 어떤 연산을 한다는 것입니다.

So this is a computer program.

이것은 컴퓨터 프로그램인데요.

Booted up in a cell, the program would execute,

세포에서 부팅이 돼서 프로그램이 실행되면

and it could result in this person;

그것은 이런 사람을 만들 수 있고

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

아니면 약간의 변화로 이런 사람이 될 수도 있고

or another small change, this person;

또 다른 작은 변화로 이런 사람,

or with a larger change, this dog,

약간 많이 변하면 이런 개,

or this tree, or this whale.

아니면 이런 나무나 고래가 될 수도 있습니다.

So now, if you take this metaphor

그래서 여러분이 유전자와 프로그램에 대한 이 비유를

[of] genome as program seriously,

진지하게 받아들이신다면,

you have to consider that Chris Anderson

저기 있는 크리스 앤더슨씨도 (TED 큐레이터)

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

컴퓨터가 만들어낸 하나의 가공인물이 되는 것이고,

Craig Venter, as are all of us.

그건 짐 왓슨이나 (DNA 구조발견자) 크레이그 벤더나 (인간 게놈관련 생물학자) 우리나 모두 마찬가지가 됩니다.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

그래서 이런 비유에 대해 좀 더 설명해드리자면,

there are lots of similarities between genetic programs

사실 유전자 프로그램과 컴퓨터 프로그램 사이에는

and computer programs that could help to convince you.

굉장히 많은 유사성이 있어요.

But one, to me, that's most compelling

그 중에서도 저에게 특히 강한 인상을 준 하나는

is the peculiar sensitivity to small changes

작은 변화에 대한 특유의 민감성이었습니다.

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

그것은 생물의 발생과정에서 아주 큰 변화를 일으킬 수 있죠.

A small mutation can take a two-wing fly

작은 돌연변이가 평범한 파리의 날개를

and make it a four-wing fly.

네장으로 만들 수 있습니다.

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

또는 다리가 더듬이에서 뻗어나오도록 할 수도 있어요.

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

혹시 영화 프린세스 브라이드를 아신다면

it could create a six-fingered man.

(루겐 백작처럼) 여섯손가락을 가진 인간을 만들 수 있다는 것이죠.

Now, a hallmark of computer programs

품질보증된 컴퓨터 프로그램이라도

is just this kind of sensitivity to small changes.

단지 이런 작은 변화에 민감하게 반응합니다.

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

가령 당신의 은행 계좌의 1달러를 숫자 하나만 바꾸면

you could end up with a thousand dollars.

그것은 천달러가 되죠.

So these small changes are things that I think

그래서 제 생각에 이런 작은 변화들은

that -- they indicate to us that a complicated computation

발생과정의 커다란 변화들 저변에

in development is underlying these amplified, large changes.

복잡한 연산이 깔려있다는 것을 암시합니다.

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

결국 생명작용에는 어떤 분자 프로그램이 존재하고 있고,

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

그것은 곧, 분자 프로그램의 힘을 나타냅니다.

And what I want to do is write molecular programs,

그래서 제가 하고자 하는 것은 분자 프로그램을 만들어

potentially to build technology.

잠재적인 기술을 창조하는 거에요.

And there are a lot of people doing this,

이 분야에는 이미 연구자들이 많이 있습니다.

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

크레이그 벤더 같은 합성 생물학자들도 많이 있는데요,

And they concentrate on using cells.

그들은 세포를 이용하는데 주력합니다.

They're cell-oriented.

세포 지향적이죠.

So my friends, molecular programmers, and I

분자 프로그램을 만드는 저희쪽 사람들은

have a sort of biomolecule-centric approach.

일종의 생체분자 중심적인 방법을 씁니다.

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

저희는 DNA나 RNA, 단백질의 이용에 흥미가 있고

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

그런 생체분자들로 뭔가를 만들어내기 위해

using biomolecules,

새로운 언어를 만들죠.

potentially having nothing to do with biology.

어쩌면 생물학과는 전혀 관계가 없을지도 모르지만요.

So, these are all the machines in a cell.

자, 이것은 세포 안에 있는 기계들입니다.

There's a camera.

여기 있는 건 카메라고요.

There's the solar panels of the cell,

태양 전지판도 있죠.

some switches that turn your genes on and off,

유전자를 켜거나 끄는 스위치도 있고,

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

세포의 뼈대와, 근육을 움직이는데 필요한 모터도 있습니다.

My little group of molecular programmers

저희 분자 프로그래머들은

are trying to refashion all of these parts from DNA.

DNA를 이용해 이런 것들을 재현하려고 합니다.

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

저희들은 DNA 광신자가 아니지만, DNA는 저렴하고

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

잘 알려진 물질이고 그래서 프로그램하기도 쉽습니다.

And as other things become easier to use --

그리고 다른 것들도 다루기 쉬워진다면

maybe protein -- we'll work with those.

아마 단백질같은 것도 저희가 사용할 수 있겠죠.

If we succeed, what will molecular programming look like?

만약 우리가 성공한다면 분자 프로그램은 어떤 걸 보여줄까요?

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

예를 들어 여러분이 컴퓨터 앞에 앉아서,

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

휴대폰을 디자인한다고 하면요,

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

이런 고급 언어로 휴대폰을 표현하게 될 겁니다.

Then you're going to have a compiler

그리고나서 당신이 컴파일러를 (변환장치) 실행하면

that's going to take that description

변환장치는 그 설명을 입력 받아

and it's going to turn it into actual molecules

실제 분자들로 변환시키고

that can be sent to a synthesizer

그것을 신시사이저로 (합성장치) 보냅니다.

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

그러면 합성장치는 분자들을 모아 하나의 씨앗으로 만들죠.

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

만일 당신이 그 씨앗에 물을 주고 양분을 공급해 주면

is it will do a developmental computation,

그것은 발생학적인 연산을 거치게 되는데,

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

바로 그 분자 연산으로 전자식 컴퓨터가 만들어집니다.

And if I haven't revealed my prejudices already,

만일 제가 아직 제 편견에 대해 말씀드리지 않았다면,

I think that life has been about molecular computers

제 생각에 생명은 스스로의 분자 컴퓨터를 이용해서

building electrochemical computers,

뇌라는 전기화학적인 컴퓨터를 만들고

building electronic computers,

그것은 전자식 컴퓨터를 만들어서

which together with electrochemical computers

그 두 컴퓨터가 힘을 합하면

will build new molecular computers,

새로운 분자 컴퓨터를 만들 수 있을 겁니다.

which will build new electronic computers, and so forth.

그게 또 다시 새로운 전자식 컴퓨터가 되고 계속 그러는 거죠.

And if you buy all of this,

만약 여러분들께서,

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

생명현상이 연산 작용이라는 생각에 동의하신다면,

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

컴퓨터 공학자들이 갖고 있는 큰 질문들을 이해하실 수 있을 겁니다.

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

그 중의 한가지는, 아기들은 어떻게 성장을 멈출 시점을 아는가? 인데요,

And for molecular programming,

분자 프로그래머로서 볼때 그 질문은

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

휴대폰이 언제 발전을 그만둘지 어떻게 아는가? 와 같죠.

(Laughter)

(웃음)

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

혹은 컴퓨터 프로그램이 언제 멈출지를 어떻게 아는가? 라든가,

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

더 정확히 말하자면, 당신은 그 프로그램이 언제 고장날지를 어떻게 아는가? 와 같은 겁니다.

There are other questions like this, too.

이와 비슷한 건 많이 있어요.

One of them is Craig Venter's question.

크레이그 벤더의 질문도 그 중 하나입니다.

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

사실 제 생각에 크레이그씨는 컴퓨터 공학자인 것 같아요.

He asked, how big is the minimal genome

그가 묻는 것은 이렇거든요. 미생물이 기능하기위해 필요한

that will give me a functioning microorganism?

최소한의 유전체의 크기는 어느 정도이고

How few genes can I use?

사용할 수 있는 유전자는 몇개나 되는가?

This is exactly analogous to the question,

그 질문은 이것과 매우 흡사하죠.

what's the smallest program I can write

MS워드와 거의 동일한 기능을 수행할 수 있는

that will act exactly like Microsoft Word?

가장 작은 프로그램은 무엇일까?

(Laughter)

(웃음)

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

그래서 그가 점점 더 작은 박테리아를 써서

he's writing genomes that will work,

제 기능을 하는 유전체를 만들듯이,

we could write smaller programs

저희도 더 작은 프로그램을 만들어서

that would do what Microsoft Word does.

MS워드처럼 기능하게 할 수 있을 거라는 거죠

But for molecular programming, our question is,

그러나 분자 프로그램적인 문제는,

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

휴대폰을 얻기 위해 씨앗에 얼마나 많은 분자를 넣어야 하는가?

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

얼마나 적은 수의 분자로도 같은 효과를 낼 수 있는가? 하는 겁니다.

Now, these are big questions in computer science.

이런 게 오늘날 컴퓨터 공학에서의 큰 질문들이에요.

These are all complexity questions,

바로 복잡성에 관한 것인데요.

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

컴퓨터 공학에 의하면 이것들은 아주 어려운 질문입니다.

Almost -- many of them are impossible.

그 중 대부분은, 답을 찾는게 불가능하죠.

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

그치만 우리는 일부에 대해서 답을 찾기 시작했어요.

So, I'm going to start asking those questions

이제 그런 질문들에 대해서

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

DNA 구조를 가지고 이야기해 보겠습니다.

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

이것은 일반적인 DNA입니다. 다들 이렇게 알고 있죠.

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

두 가닥의 이중 나선은,

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

아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G)이 짝을 이루어 서로를 지탱합니다.

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

그 관계는 이렇게도 그릴 수 있어요.

just so I don't scare you.

여러분이 쉽게 받아 들이시도록,

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

이중 나선은 생각하지 않고 각각의 가닥만 보기로 합니다.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

DNA 합성은 단일 가닥에서부터 시작하는데요,

so we can take the blue strand in one tube

파란색 가닥을 튜브에 넣고

and make an orange strand in the other tube,

오렌지 가닥을 다른 튜브에 넣으면

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

단일 가닥일때는 흐느적거리지만

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

두개를 섞으면 단단한 이중 나선이 되죠.

Now for the last 25 years,

지금까지 25년 동안

Ned Seeman and a bunch of his descendants

네드 지만과 그의 수많은 제자들은

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

열심히 연구해서 아름다운 3D구조를 만들어왔습니다.

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

그들은 이런 DNA 가닥들 간의 반응을 이용했죠.

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

하지만 이런 방식은 멋있을 지는 몰라도 시간이 오래 걸립니다.

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

만드는데만 수년이 걸리거나 아예 구상 자체가 어렵거든요.

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

그래서 제가 몇년 전에 새롭게 고안한 게

I call DNA origami

DNA 종이접기라는 것입니다.

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

이 방법은 너무 쉬워서 여러분들의 주방에서도

and design the stuff on a laptop.

노트북 컴퓨터로도 할 수 있어요.

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

그러나 이걸 하려면 아주 긴 DNA 가닥 하나가 필요합니다.

which is technically very difficult to get.

그건 기술적으로는 구하기는 힘들지만

So, you can go to a natural source.

자연으로부터 얻을 수 있죠.

You can look in this computer-fabricated artifact,

여러분들도 보고계신 이 가공인물은

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

이중 가닥의 DNA를 갖고 있기 때문에 안돼요.

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

그의 장에는 수억의 박테리아가 살고 있는데

They're no good either.

얘네들도 이중 가닥이라 안돼죠.

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

그러나 그 안에 기생하는 바이러스에는

that has a nice, long, single-stranded genome

쓸만한 긴 DNA 단일 가닥이 있습니다.

that we can fold like a piece of paper.

우리는 그걸 종이처럼 접는 거에요.

And here's how we do it.

바로 이런 식으로 말입니다.

This is part of that genome.

이게 그 유전체의 일부인데,

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

여기에 제가 스테이플이라 부르는 짧은 재조합 DNA 가닥들을 넣으면

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

그것의 절반은 긴 가닥의 왼쪽에 붙고

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

다른 절반은 오른쪽에 붙어서

and brings the long strand together like this.

바이러스의 긴 가닥을 이렇게 모아주죠.

The net action of many of these on that long strand

이런 작용들이 여러번 반복되다보면

is to fold it into something like a rectangle.

그것은 직사각형처럼 접을 수도 있는겁니다.

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

이 과정을 영상으로 찍을 수는 없지만,

but Shawn Douglas at Harvard

하버드의 숀 더글라스는

has made a nice visualization for us

우리를 위해 멋진 시각자료를 만들었어요.

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

처음에는 긴 가닥 하나와 짧은 가닥 몇개로 시작합니다.

And what happens is that we mix these strands together.

그리고 이들을 서로 잘 섞어요.

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

열을 가하면서 소금도 약간 넣어주고,

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

거의 끓는점까지 끓였다가 식혀주면

and as we cool them down,

그렇게 식어가는 동안에

the short strands bind the long strands

짧은 가닥들이 긴 가닥에 붙어서

and start to form structure.

점점 형태를 갖추어 갑니다.

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

저기에 조금씩 이중 나선이 생겨나고 있죠.

When you look at DNA origami,

DNA 종이접기라는 것이

you can see that what it really is,

여러분들이 보시기에는

even though you think it's complicated,

조금 복잡하다고 생각될 수도 있지만

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

그것은 이중 나선다발이 서로 평행하게

and they're held together

단결되는 것입니다.

by places where short strands go along one helix

짧은 가닥들이 긴 나선을 따라 돌고

and then jump to another one.

그것이 다시 다른 나선으로 이어지는 구조죠.

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

그래서 어떤 가닥은 이것처럼 긴 나선을 타고가다가

it jumps to another helix and comes back.

다른 나선으로 뛰어넘어 돌아오면서

That holds the long strand like this.

이렇게 긴 가닥을 잡아주기도 합니다.

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

이제, 이 방법으로 우리가 원하는 어떤 모양이나 패턴도 만들 수 있어요.

that we wanted, I tried to make this shape.

저는 시험삼아 이런 걸 만들어보았습니다.

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

DNA를 접어서 이렇게 눈 위로 올라가고

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

코로 내려왔다가 다시 올라가고 이마를 둘러서

back down and end in a little loop like this.

내려와 이런 작은 고리까지요.

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

그래서 만약 이게 가능하다면 다른 어떤 모양도 되겠다 생각했습니다.

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

저는 짧은 스테이플을 디자인하는 컴퓨터 프로그램을 만들었죠.

I ordered them; they came by FedEx.

DNA는 주문만하면 페덱스로 날아오거든요.

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

그것을 모두 섞어서, 가열했다 식히면

and I got 50 billion little smiley faces

작은 스마일 500억개 정도가

floating around in a single drop of water.

물 한 방울 안에 떠다니게 됩니다.

And each one of these is just

이 하나하나는 겨우

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

머리카락 굵기의 1/1000정도죠, 감이 오세요?

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

그래서 용액 속에서 흘러다니는 이들을 관찰하려면

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

여러분들은 우선 그들을 표면에 잘 붙여야 해요.

So, you pour them out onto a surface

그런 뒤에 스마일을 바깥으로 쏟아부으면

and they start to stick to that surface,

끈적하게 처리한 표면에 달라붙기 시작하고,

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

우리는 원자현미경을 이용해서 사진을 찍습니다.

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

원자현미경은 작은 탐침을 갖고 있는데

that goes back and forth over the surface,

탐침은 표면에서 왔다갔다 하며 부딪힘으로써

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

위 아래의 높이를 파악하는 장치입니다.

It feels the DNA origami.

DNA 종이접기를 느끼는 거죠.

There's the atomic-force microscope working

원자현미경이 작동하면,

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

이렇게 대략적인 모습을 볼 수 있습니다.

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

이걸 확대하면 보시다시피

weak jaws that flip over their heads

턱이 머리 위로 올라간 것도 있고

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

코를 얻어맞아서 떨어져 나간 것도 있지만, 대체로 잘 되었습니다.

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

좀더 확대해서 보면 저 밑에 작은 고리도 볼 수 있어요.

this little nano-goatee.

나노크기의 수염이죠.

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

이 방법의 강점은 누구든지 쉽게 할 수 있다는 겁니다.

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

그래서 저는 이걸 만든 지 1년쯤 지나서 뜻밖의 이메일을 받았어요.

Anyone know what this is? What is it?

이게 무엇인지 아시는 분 계세요? 이건 뭘까요?

It's China, right?

중국입니다, 그렇죠?

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

그러니까 어떻게 된 일이냐면요,

Lulu Qian, did a great job.

중국의 대학원생인 루루 치엔은 대단하게도

She wrote all her own software

직접 프로그램을 짜서

to design and built this DNA origami,

이런 DNA 종이접기를 디자인해낸 겁니다.

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

대만을 포함해 중국 대륙을 아주 훌륭하게 표현했죠.

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

세상에서 가장 짧은 끈으로 연결돼 있는 셈입니다, 그렇죠?

(Laughter)

(웃음)

So, this works really well

이 작업은 아주 성공률이 높아서

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

패턴 뿐 아니라 어떤 모양도 만들 수 있습니다.

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

미국 지도도 그릴 수 있고 DNA로 DNA라고 쓸 수도 있어요.

And what's really neat about it --

그런데 정말로 끝내주는 게 뭐냐하면

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

사실상 나노 예술작품처럼 보이는 이 모든 게

but it turns out that nano-artwork

당신이 필요로하는

is just what you need to make nano-circuits.

나노회로가 될 수도 있다는 사실입니다.

So, you can put circuit components on the staples,

여러분은 스테이플에

like a light bulb and a light switch.

전구나 스위치 같은 회로부품을 장착시킵니다.

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

그것을 조립시키면 이런 회로가 만들어지죠.

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

그런 다음 DNA를 씻어내면 회로만 남게됩니다.

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

그래서 이건 칼텍에 있는 동료들과 함께 한 작업이에요.

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

DNA 종이접기를 이용해 탄소나노튜브를 조직하고

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

여기 보이는 것처럼 작은 스위치를 만들어 선에 연결한 뒤

tested it and showed that it is indeed a switch.

실험으로 실제 스위치가 작동한다는 것을 증명했죠.

Now, this is just a single switch

현재로서는 이같은 스위치 하나지만

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

컴퓨터를 만들기 위해서는 5억개 정도가 필요해요. 우리는 갈 길이 멀죠.

But this is very promising

그렇지만 이것의 미래는 밝습니다.

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

왜냐면 이 방법으로 만들 수 있는 부품의 크기는

of those in a normal computer.

일반적인 컴퓨터 부품의 1/10정도이기 때문이에요.

So it's very promising for making small computers.

그래서 작은 컴퓨터를 만들기에는 딱이죠.

Now, I want to get back to that compiler.

이제, 다시 변환장치 이야기로 돌아가 봅시다.

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

DNA 종이접기는 변환장치 작동의 증거가 되기도 하는데요.

So, you start with something in the computer.

무언가를 컴퓨터로 넣고 돌리면,

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

여러분은 컴퓨터 프로그램용 고급 언어로 바뀐

a high-level description of the origami.

종이접기 설명서를 얻으실 수 있습니다.

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

그것을 분자로 변환하려면 합성장치로 보내면 되고

and it actually works.

그러면 실제로 작동하죠.

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

한 회사는 이런 근사한 프로그램도 만들었어요.

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

그래서 우리들은 좀 보기 흉한 제 코드보다

and will allow us to do this in a nice,

훨씬 더 좋은

visual, computer-aided design way.

캐드를 (컴퓨터를 이용한 설계) 사용할 수 있게 되었습니다.

So, now you can say, all right,

이제 당신은 이렇게 말씀하시겠죠. 좋아,

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

그런데 어째서 이야기의 끝이 DNA 종이접기가 아닌거지?

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

여러분은 각자의 분자 변환장치를 가지고 있고 원하는 것은 어떤것도 할 수가 있습니다.

The fact is that it does not scale.

그것은 사실이지만 우리는 규모를 고려하지 않았죠.

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

만약 DNA 종이접기로 인간을 구성하려 한다면

the problem is, you need a long strand

당신은 길이가 10자나 되는 (자는 0이 24개나 붙는 큰 단위)

that's 10 trillion trillion bases long.

어마어마한 가닥을 찾아야하는 문제에 부딪힙니다.

That's three light years' worth of DNA,

그 정도의 DNA길이면 빛의 속도로도 3광년은 걸리는데

so we're not going to do this.

그걸 하기란 불가능하죠.

We're going to turn to another technology,

그래서 우리는 또다른 기술인

called algorithmic self-assembly of tiles.

단계적 자가조립법으로 관심을 돌렸습니다.

It was started by Erik Winfree,

이것은 에릭 윈프리에 의해 시작됐는데요.

and what it does,

그것이 뭐냐하면

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

DNA 종이접기의 1/100정도 되는 타일을 사용하는 방식입니다.

You zoom in, there are just four DNA strands

확대해서 보면, 이것은 단지 네 개의 DNA 가닥인데

and they have little single-stranded bits on them

그것의 말단은 단일 가닥이어서

that can bind to other tiles, if they match.

다른 타일의 상대되는 단일 가닥과 묶이기도 합니다.

And we like to draw these tiles as little squares.

그러면 우리는 이 타일로 정사각형을 그릴 수도 있겠죠.

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

이들 DNA 조각들이 붙는 말단은

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

거의 체크판 패턴처럼 보입니다.

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

타일들은 이런 식으로 복잡한 자가조립 체크판을 만들죠.

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

만일 이 시점에서 알아차리지 못하셨다면,

is that tiles are a kind of molecular program

이 타일 하나하나가 분자 프로그램이고

and they can output patterns.

그들이 패턴을 산출했다는 것을 기억해주세요.

And a really amazing part of this is

그리고 이것의 정말 놀라운 부분은

that any computer program can be translated

어떤 컴퓨터 프로그램으로도 이런 타일 프로그램을

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

번역해낼 수 있다는 것입니다. 특히 집계에 대해서요.

So, you can come up with a set of tiles

그것은 여러분이 제안한 타일 세트가 서로 합쳐질때

that when they come together, form a little binary counter

체크판이라기보다는

rather than a checkerboard.

2진 계수기의 형태가 됩니다.

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

그래서 이진법으로 쓰여진 숫자 5, 6, 7을 읽어내야 하죠.

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

이런 종류의 연산을 올바르게 하기 위해서는

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

어떤 종류의 투입과 씨앗이 될만한 게 필요한데

You can use DNA origami for that.

바로 거기에 DNA 종이접기를 사용할 수 있어요.

You can encode the number 32

32라고 암호화된 DNA 종이접기를

in the right-hand side of a DNA origami,

오른편에 두고

and when you add those tiles that count,

그 타일들을 첨가하면,

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

집계가 시작되고 32를 읽는 순간

and they'll stop at 32.

그것은 멈추게 될 것입니다.

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

그래요, 우리는 해냈어요.

to have a molecular program know when to stop going.

분자 프로그램을 가지고 그것이 언제 멈출지를 예상할 수 있게 된 겁니다.

It knows when to stop growing because it can count.

집계되니 않을 때가 성장을 끝난 때죠.

It knows how big it is.

이것이 얼마나 대단한 일인지 압니다.

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

이건 제가 이야기한 첫번재 질문에 대한 답이죠.

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

그러나 그렇다고 아기의 경우에도 해당되는 것은 아닙니다.

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

아무튼 우리는 더 큰 DNA 종이접기를 가지고

than DNA origami could otherwise.

다른 방식으로 이 집계를 시도해봤어요.

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

여기에 있는 DNA 종이접기는

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

양쪽에 32라고 쓰여진 녀석이죠.

and we can now use our watering can

이제 여기에 타일이 함유된 물을 주면

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

그 타일은 자라서

and create a square.

정사각형이 됩니다.

The counter serves as a template

카운터는 암호화된 숫자만큼의 템플릿을 제공해서

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

중앙을 채우게 되죠.

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

그렇게 우리가 한 일은 성공했습니다.

in making something much bigger than a DNA origami

DNA 종이접기와 타일의 조합을 가지고

by combining DNA origami with tiles.

더 큰 DNA 종이접기를 만들어 냈어요.

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

그러나 더 중요한 것은, 그것이 재프로그램하기 쉽다는 사실이었습니다.

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

여러분은 단지 DNA 가닥의 2진수 표현을

and you'll get 96 rather than 32.

32에서 96으로 바꾸는 것으로 그것을 얻을 수 있어요.

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

32때와 같은 크기의 종이접기로 시작하지만

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

결과는 세배 크죠.

So, this sort of recapitulates

자, 저는 지금까지

what I was telling you about development.

이 개요의 발전에 대해서 말씀드렸습니다.

You have a very sensitive computer program

당신은 매우 섬세한 컴퓨터 프로그램을 가지고 있어서

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

그것은 작은 변화에도, 예를 들면 하나의 매우 약한 변이에도

can take something that made one size square

어떤 1크기의 정사각형이라든가

and make something very much bigger.

더 큰 무언가를 만들어내죠.

Now, this -- using counting to compute

이제, 이런 발전적인 과정에 의해서

and build these kinds of things

연산에 집계방식을 사용하고

by this kind of developmental process

그것을 구축하는 것은

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

크레이그 벤더의 질문과도 관계됩니다.

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

그래서 질문은, 주어진 정사각형을 만들려면

to build a square of a given size?

DNA 가닥이 몇개나 필요한가? 가 되겠죠.

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

만일 우리가 원하는 정사각형의 크기가 10, 100 또는 1000정도고

if we used DNA origami alone,

DNA 종이접기만을 사용한다고 했을 때

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

그 정사각형을 만들려면

of the size of that square;

그 크기만큼의 DNA 가닥이 들게 되고,

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

따라서 100, 1000 또는 1000000의 DNA 가닥이 필요하게 됩니다.

That's really not affordable.

그것은 실제로 감당할 수 없는 수준이죠.

But if we use a little computation --

그러나 약간의 연산을 사용한다면,

we use origami, plus some tiles that count --

종이접기에 타일을 더해 집계하는 법을 쓴다면

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

우리는 100, 200, 300개의 DNA 가닥으로도 해낼 수 있어요.

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

그렇게 집계방식을 이용해 연산을 하면

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

DNA 가닥을 기하급수적으로 절약할 수 있죠.

And so computation is some very powerful way

연산은 매우 강력한 방법입니다.

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

무언가를 만들때 필요한 분자의 수를 줄여주고,

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

당신이 만들 유전체의 크기도 줄여주죠.

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

결과적으로 저는

about computers building computers.

컴퓨터를 설계하는 컴퓨터라는 독창적인 아이디어로 돌아갑니다.

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

만약 여러분이 그 종이접기와 카운터에 의해

and some counters growing off it,

자란 정사각형을 본다면,

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

그 패턴이 거의 당신이 생각했던 패턴과 같다는 것을

to make a memory.

알 수 있을 거에요.

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

그래서 이 타일들에 스테이플 가닥들이 아닌

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

어떤 철사나 스위치를 장착하고 나면

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

그들은 자가조립하여 다소 복잡한 회로가 될 것입니다.

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

그것은 역다중화 회로인데, 이 메모리는 연구할 가치가 있죠.

So you can actually make a complicated circuit

약간의 연산으로

using a little bit of computation.

복잡한 회로를 만드는 게 가능합니다.

It's a molecular computer building an electronic computer.

분자 컴퓨터는 전자식 컴퓨터를 만들죠.

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

지금 묻고싶은 게 우리가 그렇게 그 길에 정통하려면 얼마나 멀었죠? 인가요?

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

실험상으로는, 이것이 작년에 (2007년) 우리가 해낸 것인데요

Here is a DNA origami rectangle,

여기의 DNA 종이접기는 직사각형이고,

and here are some tiles growing from it.

그 외는 그것이 자란 타일들입니다.

And you can see how they count.

여러분들을 그걸 세어 볼 수도 있어요.

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.

에러가 좀 있지만 어쨌거나 다 헤아렸네요.

(Laughter)

(웃음)

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

우리는 이 아이디어를 9년 전부터 갖고 있었는데요,

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

지나 온 시간에 비례하게

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

우리는 많은 진보를 했습니다.

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

이런 에러를 고치기 위한 묘안도 생각해냈고요.

And I think in the next five or 10 years,

그래서 제 생각에 향후 5에서 10년이면

we'll make the kind of squares that I described

우리는 그런 사각형에서

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

자가조립하는 회로를 얻을 수 있을 겁니다.

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

그래서 지금, 제가 이 강연으로 말씀드리려 하는 건 뭘까요?

I want you to remember that

저는 여러분들이 기억해주시기를 원합니다.

to create life's very diverse and complex forms,

다양하고 복잡한 형태의 삶을 창조하기 위해서

life uses computation to do that.

연산이 사용되고 있고

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

그 연산은 그들의 분자 컴퓨터를 이용한다는 것을요.

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

그리고 그것을 더 잘 이해하기 위해서는

as Feynman said, you know,

파인만 (물리학을 쉽게 이해시키기로 유명한 물리학자) 처럼,

we need to build something to understand it.

이해시키기 위한 무언가를 보여야 하겠죠.

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

그래서 우리는 분자를 개조한 뒤 재탄생 시켰습니다.

rebuild everything from the bottom up,

모든것을 거꾸로 재설계했어요.

using DNA in ways that nature never intended,

자연에서는 결코 의도될 수 없는 DNA인

using DNA origami,

DNA 종이접기나

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

DNA 종이접기를 씨앗으로 하는 단계적 자가조립법 같은 걸로요.

You know, so this is all very cool,

이것도 꽤 근사한 일입니다만

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

저는 당신이 이 강연에서 가져가는 것이

hopefully from some of those big questions,

그러한 큰 질문들로부터 깨달은 것이

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

그저 가젯을 만드는 분자 프로그램이 아니길 바랍니다.

It's not just making about --

이것은 단지

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

자가조립하는 휴대폰이나 회로를 만드는 것이 아니에요.

What it's really about is taking computer science

진실로 컴퓨터 과학이 앞으로 나아가려면

and looking at big questions in a new light,

새로운 시각으로 큰 질문들을 바라봐야하고,

asking new versions of those big questions

그러한 질문들의 새로운 요구는

and trying to understand how biology

생물학의 놀라운 일들을 이해하려고 노력함으로써

can make such amazing things. Thank you.

구할 수 있을 겁니다. 감사합니다.

(Applause)

(박수)