Paul Rothemund: Casting spells with DNA

번역: Sungwook Woo 검토: Joongoo Lee

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

오래되고 보편적인 개념이 있죠. "말은 힘을 갖고 있다"는,

that spells exist,

그리고 "마법의 주문은 존재한다"는. 우리가 정확한 주문을 욀수만 있다면

and that if we could only pronounce the right words,

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

"휘리릭~" 하면서 눈사태가 나고

and wipe out the hobbits, right?

호빗족들을 다 쓸어가죠. 이건 굉장히 매력적인 아이디어인데

So this is a very attractive idea,

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

왜냐하면 우리는 아주 게으르거든요, 마법사의 제자나

or the world's greatest computer programmer.

세계 최고의 컴퓨터 프로그래머처럼요.

This idea has a lot of traction with us.

그래서 이런 아이디어는 아주 매력적입니다.

We love the idea that words, when pronounced,

우리는 어떤 단어들을 입 밖에 내 뱉기만 하면

are little more than pure information,

순수한 정보 전달 뿐 아니라,

but they evoke physical action in the real world

어떤 물리적인 힘을 가해

that helps us do work.

실제로 우리 일을 도와줬으면 합니다.

음, 물론, 우리 주위의 수많은 컴퓨터들과

So, of course, with lots of programmable computers

and robots around,

로봇을 생각해 보면 이런 일을 상상하는 것은 어렵지 않습니다.

this is an easy thing to picture.

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

자, 여러분 중에 제 얘기가 이해가시는 분?

Raise your right hand.

오른쪽 손을 들어주세요. 됐습니다. 여러분 중에

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

제 얘기가 이해 안 가시는 분은 왼쪽 손을 들어주세요. 됐습니다.

Raise your left hand.

좋아요. 잘 됐네요. 너무 쉬운 얘기였죠.

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

You guys have very insecure computers, OK?

여러분은 아주 보안이 약한 컴퓨터를 갖고 계신겁니다, 그쵸?

자 이제, 이건 또 다른 종류의 주문입니다.

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

This is a computer program made of zeros and ones.

이건 0과 1로 이루어진 컴퓨터 프로그램인데요

이 프로그램은 컴퓨터에서 읽을 수 있습니다. 프로그램은 이런 일을 하죠

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

중요한 것은 이 프로그램을 아주 높은 수준의 언어로 쓸 수 있다는 것입니다.

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

컴퓨터 마법사들이 이 프로그램(주문)을 쓸 수 있지요

A computer magician can write this thing.

그러면 이렇게 0과 1로 컴파일 되구요

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

컴퓨터가 그 결과를 읽어 수행합니다.

And that's what makes computers powerful,

바로 컴퓨터가 아주 강력한 이유죠.

these high-level languages that can be compiled.

이런 고수준의 언어가 컴파일되는 것 말입니다.

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

그런데 저는 사실 여러분께 실제로 마법의 주문 하나를 갖기 위해서

to actually have a spell.

컴퓨터가 필요한건 아니라는 것을 전하려고 이 자리에 섰습니다.

In fact, what you can do at the molecular level

사실 분자 수준에서 할 수 있는 일은 이런 것입니다. 여러분이 정보를

is that if you encode information --

you encode a spell or program as molecules --

부호화합니다. 여러분들은 마법의 주문 혹은 프로그램을 분자의 형태로 부호화하죠.

then physics can actually directly interpret that information

그러고 나면 물리현상이 알아서 직접 해당 정보를 해석하고

and run a program.

프로그램을 실행합니다. 그런 한 예가 바로 단백질입니다.

It's what happens in proteins.

When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms,

아미노산 배열이 원자들로써 표현되면

these little letters are sticky for each other.

이 작은 알파벳들이 서로에게 달라붙습니다.

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

그것이 3차원 구조를 만들어 실제로 DNA를 자르는

that actually cuts DNA.

나노기계로 변해버립니다.

The interesting thing is that if you change the sequence,

그리고 재밌는 것은 해당 아미노산 배열을 바꾸면

you change the three-dimensional folding.

3차원 구조도 바뀌어서

You get, now, a DNA stapler, instead.

이제는 DNA를 이어붙이는 호치키스가 됩니다. 우리는 바로

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

이런 식의 분자 프로그램들을 작성할 수 있게 되기를 원합니다만,

The problem is, we don't know

문제는 우리가 단백질의 기계어를 모르고,

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

단백질을 위한 컴파일러(번역기)도 갖고 있지 않다는 것이죠.

So I've joined a growing band of people

그래서 저는 DNA를 이용하여 마법의 주문을 만들려고

that try to make molecular spells using DNA.

애쓰는 사람들과 같이 일해오고 있습니다. 우리는 DNA를 이용하는데요,

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

it's something we understand really well --

값도 싸고, 다루기도 쉽고, 우리가 아주 잘 이해하고 있는 물질이기 때문입니다.

우리는 DNA를 아주 잘 알고 있어서, 사실은 저희들이 실제로 DNA를 위한

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

programming languages for DNA and have molecular compilers.

프로그래밍 언어와 분자 컴파일러를 만들 수 있다고 보고 있습니다.

So then, we think we can do that.

그렇게만 된다면 우리는 그게 가능할거라고 봅니다. 그래서 이것을 하기 위한

One of my first questions doing this was:

저의 첫번째 의문 혹은 여러 의문 중 한가지는 이거였죠.

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

어떻게 DNA로 임의의 모양과 패턴을 만들 수 있을까? 그리고 저는

I decided to use a type of DNA origami,

일종의 종이접기 같은 방법을 DNA에 이용해 보기로 했습니다. 그것은 아주 긴 한 가닥의 DNA를

where you take a long strand of DNA

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

접어서 원하는 모양이나 패턴을 만드는 것이죠.

So here's a shape.

자 여기에 어떤 모양이 있습니다. 사실 저는 집에서 거의 1년 동안

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

속옷 차림으로 지내면서 코딩을 했죠. 아까 사진에 나온 리누스 토발즈처럼요.

like Linus [Torvalds], in that picture before.

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

이 프로그램에 어떤 모양을 입력하면 250개의 DNA 서열을 뱉어내죠.

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

이렇게 뱉어낸 250개의 짧막한 DNA 서열들이 바로 기다란 DNA 가닥을

into this shape that we want to make.

우리가 만들길 원하는 이런 모양으로 접어줄 놈들입니다. 그래서 이메일로

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

이 DNA 서열들을 첨부해서 어떤 회사에 보냅니다.

to a company,

and the company pronounces them on a DNA synthesizer,

그 회사는 DNA 서열들을 DNA 합성기에 입력합니다

a machine about the size of a photocopier.

DNA 합성기는 대략 복사기 정도 크기의 기계입니다. 그리고 무슨 일이 벌어지냐하면

And they take your e-mail,

그 회사에서 여러분의 이메일에 첨부된 부호들을

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

각각 원자 30개짜리 분자 구조로 치환해 줍니다.

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

DNA의 A, T, C, G 각각에 대해서 말입니다. 이것들을 올바른 순서대로 이어붙이고

They string them up in the right sequence,

and then they send them back to you via FedEx.

만들어진 것을 여러분께 등기로 보내주죠.

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

그래서 여러분은 250개의 작은 튜브를 받게 됩니다.

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

전 이것들을 모두 섞고, 약간의 소금물도 넣어주고,

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

제가 바이러스로부터 뽑아놨던 아까 말한

that I've stolen from a virus.

아주 긴 DNA 가닥도 더해줍니다. 그러고 나서

And then what happens is,

you heat this whole thing up to about boiling.

이 모든 것을 끓는점에 가깝게 가열시킵니다. 그리고 이것을

You cool it down to room temperature,

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

실온으로 식혀주면, 그 과정에서

무슨 일이 벌어지냐 하면, 짧은 DNA 가닥들이 다음과 같은 일을 합니다.

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

각각의 DNA 가닥들이 저 긴 가닥의 한 부분에 붙고,

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

그리고 다른 절반은 긴 가닥의 다른 부분에 붙어서

and brings those two parts of the long strand

긴 가닥의 두 부분을 이렇게 서로 가깝게

close together so they stick together.

모아서 서로 붙게 만듭니다.

So the net effect of all 250 of these strands

그래서 이 짧은 가닥 250개가 하는 실제적인 일은

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

긴 가닥을 접어서 우리가 원하는 모양이 되도록 하는 거죠.

It'll approximate that shape.

그렇게 접힌 것은 만들고자 하는 모양과 유사할 겁니다. 실제로 시험관에서 만들면

We do this for real, in the test tube.

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

작은 물방울 하나당 이런 놈들 500억 개를 얻을 수 있어요.

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

현미경으로 이런 녀석들을 관찰할 수 있죠

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

멋진 건 뭐냐면, DNA 서열을 바꾸면

즉, 주문을 바꿔서 짧은 DNA 가닥들의 서열을 바꾸면

just change the sequence of the staples,

you can make a molecule that looks like this.

이렇게 생긴 분자도 만들 수 있구요,

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

보시다시피, 친구들이랑 노는 것을 좋아하는군요, 그쵸?

A lot of them are actually pretty good.

그리고 대부분은 아주 잘 만들어 집니다.

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

주문을 다시 바꾸면, DNA 서열을 다시 바꾸게 되고

you get really nice, 130-nanometer triangles.

이렇게 멋진 130나노미터 크기의 삼각형이 만들어지죠.

If you do it again,

you can get arbitrary patterns.

이런 식으로 계속 하면 임의의 패턴도 만들 수 있습니다.

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

그래서 직사각형 위에 아메리카 대륙이나 DNA라는 글자를 넣을 수 있죠

or the words, "DNA."

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

이게 "DNA 접기" 방법입니다. 이건 한 가지 방법이구요, 사실 DNA로

There are many ways of casting molecular spells using DNA.

분자 주문을 외는 데에는 여러 가지 방법이 있습니다.

What we really want to do in the end

우리가 결국 하고 싶은 것은 자기조립을 어떻게 프로그램할지 배워서

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

어떤 것이든 만드는 것입니다, 그쵸?

We want to be able to build technological artifacts

저희는 세상에 도움이 될 과학 기술의 인공물을

that are maybe good for the world.

만들 수 있기를 원합니다. 저희는 사람이나 고래, 나무 같은

We want to learn how to build biological artifacts,

생물학적인 인공물을 만드는 방법을 익히고 싶습니다.

like people and whales and trees.

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

우리가 그렇게 복잡한 것을 만들 수 있는 수준에 도달할 수 있다면,

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

정말 분자를 프로그램하는 능력이 그 정도까지 훌륭할 수 있다면,

then that will truly be magic.

그건 정말 마법이 될 것입니다. 대단히 감사합니다.

Thank you very much.

(박수)

(Applause)