Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Christel Foncke

So, people argue vigorously about the definition of life.

Mensen discussiëren heftig over de definitie van het leven.

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

Ze vragen zich af of het gaat om reproductie, stofwisseling of evolutie.

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

Ik ken het antwoord niet, dus ga ik het jullie ook niet vertellen.

I will say that life involves computation.

Ik ga zeggen dat het bij het leven om rekenen gaat.

So this is a computer program.

Dit is een computerprogramma.

Booted up in a cell, the program would execute,

Als het opstart in een cel en wordt uitgevoerd,

and it could result in this person;

zou deze persoon daar het resultaat van kunnen zijn

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

of met een kleine aanpassing deze persoon,

or another small change, this person;

of met nog een kleine aanpassing deze persoon,

or with a larger change, this dog,

of met een grotere aanpassing een hond,

or this tree, or this whale.

een boom of een walvis.

So now, if you take this metaphor

Als je deze metafoor

[of] genome as program seriously,

van het genoom als programma serieus neemt,

you have to consider that Chris Anderson

dan moet je bedenken dat Chris Anderson

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

een computergefabriceerd ding is, net als Jim Watson

Craig Venter, as are all of us.

of Craig Venter, net als iedereen van ons.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

Om jezelf ervan te overtuigen dat deze metafoor klopt,

there are lots of similarities between genetic programs

zijn er heel veel overeenkomsten tussen genetische programma's

and computer programs that could help to convince you.

en computerprogramma's die daarbij kunnen helpen.

But one, to me, that's most compelling

Maar wat ik het meest interessant vind,

is the peculiar sensitivity to small changes

is de opvallende gevoeligheid voor kleine veranderingen

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

die grote veranderingen kunnen teweegbrengen in de biologische ontwikkeling - de output zeg maar.

A small mutation can take a two-wing fly

Een kleine mutatie kan van een tweevleugelige vlieg

and make it a four-wing fly.

een viervleugelige vlieg maken.

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

Of een vlieg poten geven waar antennes zouden moeten zitten.

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

Of als je bekend bent met "The Princess Bride"

it could create a six-fingered man.

dan kan het een zesvingerige man maken.

Now, a hallmark of computer programs

Nu is een kenmerk van een computerprogramma

is just this kind of sensitivity to small changes.

juist deze gevoeligheid voor kleine veranderingen.

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

Als je bankrekening één dollar bedraagt en je verplaatst een cijfertje,

you could end up with a thousand dollars.

dan kan dat resulteren in duizend dollar.

So these small changes are things that I think

Deze kleine wijzigingen wijzen

that -- they indicate to us that a complicated computation

ons erop dat een gecompliceerde berekening in de ontwikkeling

in development is underlying these amplified, large changes.

aan de basis ligt van deze versterkte, grote wijzigingen.

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

Alles wijst erop dat moleculaire programma’s de biologie sturen

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

en het toont ons de kracht van deze moleculaire programma's. Dat is wat biologie doet.

And what I want to do is write molecular programs,

Ik wil moleculaire programma's schrijven

potentially to build technology.

om er een technologie op te bouwen.

And there are a lot of people doing this,

Veel mensen zijn daarmee bezig,

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

veel synthetische biologen zoals Craig Venter.

And they concentrate on using cells.

Zij concentreren zich op het gebruik van cellen.

They're cell-oriented.

Ze zijn ‘celgeoriënteerd’.

So my friends, molecular programmers, and I

Mijn vrienden de moleculaire programmeurs en ik,

have a sort of biomolecule-centric approach.

leggen ons meer toe op biomoleculen.

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

Wij zijn geïnteresseerd in het gebruik van DNA, RNA en eiwitten.

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

We schrijven nieuwe talen om deze dingen vanaf de grond op te bouwen

using biomolecules,

door het gebruik van biomoleculen,

potentially having nothing to do with biology.

die mogelijkerwijs niets met biologie te maken hebben.

So, these are all the machines in a cell.

Dit is de hele machinerie van een cel.

There's a camera.

Daar een camera.

There's the solar panels of the cell,

Daar zijn de zonnepanelen van de cel,

some switches that turn your genes on and off,

een paar schakelaars om genen aan en uit zetten,

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

de steunbalken van de cel, motoren die je spieren bewegen.

My little group of molecular programmers

Mijn kleine groep van moleculaire programmeurs

are trying to refashion all of these parts from DNA.

probeert al deze onderdelen aan te passen via DNA.

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

Niet dat we DNA-zeloten zijn, maar DNA is het goedkoopst,

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

makkelijkst te begrijpen en te programmeren materiaal om dit te doen.

And as other things become easier to use --

Als andere dingen gemakkelijker te gebruiken worden -

maybe protein -- we'll work with those.

misschien wel eiwitten - gaan we daar ook mee werken.

If we succeed, what will molecular programming look like?

Als we slagen, hoe zal dan moleculair programmeren eruit zien?

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

Je gaat achter je computer zitten.

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

Je gaat iets ontwerpen zoals een mobiele telefoon.

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

Die ga je beschrijven middels een taal van een hoger niveau.

Then you're going to have a compiler

Dan neem je een compiler

that's going to take that description

die deze beschrijving in

and it's going to turn it into actual molecules

echte moleculen omzet.

that can be sent to a synthesizer

Dat kan dan naar een synthesizer gestuurd worden

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

en deze synthesizer stopt deze moleculen in een zaadje.

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

Als je het zaadje genoeg water en eten geeft,

is it will do a developmental computation,

dan gaat het de ontwikkelingsberekening uitvoeren,

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

een moleculaire berekening en bouwt zo een elektronische computer.

And if I haven't revealed my prejudices already,

Als je begrijpt waar ik naartoe wil:

I think that life has been about molecular computers

ik denk dat leven gaat over moleculaire computers

building electrochemical computers,

die elektrochemische computers bouwen

building electronic computers,

die weer elektronische computers bouwen

which together with electrochemical computers

die samen met elektrochemische computers

will build new molecular computers,

weer nieuwe moleculaire computers bouwen

which will build new electronic computers, and so forth.

die ook weer nieuwe elektronische computers bouwen, enzovoorts.

And if you buy all of this,

Als je dit allemaal gelooft

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

en je gelooft, net als ik, dat leven over berekeningen gaat,

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

dan kijk je naar de grote vragen door de ogen van een computerwetenschapper.

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

Dan is een hamvraag: hoe weet een baby wanneer hij moet stoppen met groeien?

And for molecular programming,

Voor een moleculair programmeur wordt dat dan de vraag

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

hoe je mobiele telefoon weet wanneer te stoppen met groeien.

(Laughter)

(Gelach)

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

Of hoe weet een computerprogramma wanneer het moeten stoppen met draaien?

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

Of meer direct, hoe weet je of je computerprogramma ooit stopt?

There are other questions like this, too.

Er zijn nog meer van dit soort vragen.

One of them is Craig Venter's question.

Een ervan is de vraag van Craig Venter.

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

Ik denk dat hij eigenlijk een computerwetenschapper is.

He asked, how big is the minimal genome

Hij vraagt hoe groot een genoom minimaal moet zijn

that will give me a functioning microorganism?

om een functionerend micro-organisme op te leveren?

How few genes can I use?

Met hoe weinig genen kom ik toe?

This is exactly analogous to the question,

Dit is exact analoog aan de vraag wat het

what's the smallest program I can write

kleinste programma is dat ik

that will act exactly like Microsoft Word?

kan schrijven dat hetzelfde doet als MS Word.

(Laughter)

(Gelach)

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

Terwijl hij werkende genomen schrijft

he's writing genomes that will work,

voor bacteriën,

we could write smaller programs

zouden wij kleinere programma’s kunnen schrijven

that would do what Microsoft Word does.

die hetzelfde doen als wat MS Word doet.

But for molecular programming, our question is,

Maar bij moleculair programmeren is onze vraag:

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

hoeveel moleculen moeten we in dat zaadje stoppen om een mobiele telefoon te krijgen?

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

Wat is het kleinste aantal waar we mee weg kunnen komen?

Now, these are big questions in computer science.

Dat zijn nou grote vragen in de computerwetenschappen.

These are all complexity questions,

Allemaal complexiteitsvraagstukken

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

en de computerwetenschap vertelt ons dat dit hele moeilijke vragen zijn.

Almost -- many of them are impossible.

Bijna - veel ervan zijn onmogelijk.

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

Maar voor sommige taken kunnen we ze beginnen te beantwoorden.

So, I'm going to start asking those questions

Dus ga ik beginnen die vragen te stellen

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

voor de DNA-structuren waarover ik hierna ga praten.

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

Dit is normaal DNA, wat jullie zien als normaal DNA.

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

Het is dubbelstrengig, het is een dubbele helix.

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

De A's en de T's, de C's en de G's koppelen om de strengen bij elkaar te houden.

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

Ik zal het als volgt tekenen

just so I don't scare you.

om jullie niet bang te maken.

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

Het gaat over de enkele strengen en niet over de dubbele helix.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

Wanneer we het DNA synthetiseren gaan we uit van enkele strengen.

so we can take the blue strand in one tube

We doen de blauwe streng in de ene buis

and make an orange strand in the other tube,

en de oranje streng in de andere buis.

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

Ze kronkelen wanneer ze enkelstrengig zijn.

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

Voeg ze samen en ze vormen een rigide dubbele helix.

Now for the last 25 years,

De afgelopen 25 jaar

Ned Seeman and a bunch of his descendants

hebben Ned Seeman en een aantal van zijn medewerkers

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

heel hard gewerkt en deze prachtige driedimensionale structuren gemaakt

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

middels de reactie van DNA-strengen om samen te komen.

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

Maar hun methode, hoe elegant ook, heeft veel tijd nodig.

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

Het kan een paar jaar duren of ze zijn moeilijk te ontwerpen.

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

Ik kwam een paar jaar geleden met een nieuwe methode.

I call DNA origami

Ik noem het DNA-origami.

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

Zo makkelijk dat je het thuis in je eigen keuken kunt doen

and design the stuff on a laptop.

en het spul ontwerpen op een laptop

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

Maar om het uit te voeren heb je een lange, enkele streng DNA nodig

which is technically very difficult to get.

wat technisch heel moeilijk voor elkaar te krijgen is.

So, you can go to a natural source.

Je kan echter uitgaan van een natuurlijke bron.

You can look in this computer-fabricated artifact,

Bijvoorbeeld van dit computergefabriceerde artefact.

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

Hij heeft een dubbelstrengig genoom, daar hebben we niks aan.

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

Of in zijn darmen. Daar zitten miljoenen bacteriën.

They're no good either.

Ook niet goed.

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

Dubbelstrengig alweer, maar daarbinnen zijn ze geïnfecteerd met een virus

that has a nice, long, single-stranded genome

met een fijn, lang, enkelstrengig genoom

that we can fold like a piece of paper.

dat we kunnen vouwen als een vel papier.

And here's how we do it.

Zo doen we dat.

This is part of that genome.

Dit is een deel van het genoom.

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

We voegen een paar korte stukken synthetisch DNA toe - ik noem ze nietjes.

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

Allemaal hebben ze een linkerhelft die op één plaats aan de lange streng bindt

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

en een rechterhelft die op een andere plaats bindt.

and brings the long strand together like this.

Dat brengt de lange streng als volgt samen.

The net action of many of these on that long strand

Het resultaat hiervan is dat de lange streng

is to fold it into something like a rectangle.

tot iets als een rechthoek wordt gevouwen.

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

We kunnen daar geen filmpje van maken

but Shawn Douglas at Harvard

maar Shawn Douglas van Harvard

has made a nice visualization for us

heeft voor ons een mooie visualisatie gemaakt.

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

Het begint met een lange streng en wat korte strengen erbij.

And what happens is that we mix these strands together.

We voegen deze strengen samen,

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

verwarmen ze, voegen een beetje zout toe.

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

Dan verhitten we tot bijna koken en koelen dan af.

and as we cool them down,

Tijdens het afkoelen,

the short strands bind the long strands

binden de korte strengen aan de lange strengen

and start to form structure.

en begint er zich een structuur te vormen.

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

Je kan daar een beetje dubbele helix zien ontstaan.

When you look at DNA origami,

Als je naar DNA-origami kijkt,

you can see that what it really is,

dan kun je zien wat het echt is.

even though you think it's complicated,

Ook al denk je dat het heel complex is,

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

is het een hoop parallelle, dubbele helixen

and they're held together

bijeengehouden op plaatsen

by places where short strands go along one helix

waar korte strengen zich aan een helix hechten

and then jump to another one.

en dan naar een andere overspringen.

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

Er is dus een streng die zo gaat, langs een streng gaat en bindt -

it jumps to another helix and comes back.

hij springt naar een andere helix en komt terug.

That holds the long strand like this.

Dat houdt de lange streng als volgt vast.

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

Om aan te tonen dat we iedere gewenste vorm of patroon kunnen maken,

that we wanted, I tried to make this shape.

heb ik geprobeerd deze vorm te maken.

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

Ik wilde DNA vouwen in iets dat over het oog heen gaat,

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

langs de neus naar beneden, om het voorhoofd,

back down and end in a little loop like this.

terug naar beneden en eindigend in een kleine lus.

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

Ik dacht: als dit kan, dan kan vrijwel alles werken.

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

Ik liet het computerprogramma de nietjes ervoor ontwerpen.

I ordered them; they came by FedEx.

Ik bestelde ze en ze kwamen per FedEx binnen.

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

Ik mengde, verwarmde en koelde af

and I got 50 billion little smiley faces

en ik kreeg 50 miljard kleine smilies.

floating around in a single drop of water.

Ze drijven rond in één enkele druppel water

And each one of these is just

en elk ervan is

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

één duizendste van de breedte van een menselijke haar.

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

Dus drijven ze allemaal in deze oplossing en om ze te zien te krijgen,

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

moet je ze op een oppervlak plakken.

So, you pour them out onto a surface

Je giet ze uit over een oppervlak

and they start to stick to that surface,

en ze hechten zich eraan.

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

We maken een foto met een atoomkrachtmicroscoop.

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

Die heeft een naald als een platenspeler

that goes back and forth over the surface,

die heen en weer over het oppervlak gaat.

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

Ze gaat op en neer en voelt de hoogte van het oorspronkelijke oppervlak

It feels the DNA origami.

Ze voelt de DNA-origami.

There's the atomic-force microscope working

Hier is de atoomkrachtmicroscoop aan het werk.

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

Je kunt zien dat de landing een beetje ruig is

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

Wanneer je inzoomt hebben ze

weak jaws that flip over their heads

zwakke kaken die over hun hoofd heen flappen

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

en sommige neuzen zijn eruit gestoten, maar het is redelijk goed.

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

Je kunt inzoomen en dan zie je ook de kleine extra lus

this little nano-goatee.

een kleine nano-geitesik.

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

Het leuke is dat iedereen dit kan

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

en dus kreeg ik dit ongevraagd, ongeveer een jaar later met de post.

Anyone know what this is? What is it?

Weet iemand wat dit is?

It's China, right?

Het is China, ja?

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

Een studente in China,

Lulu Qian, did a great job.

Lulu Qian heeft iets moois gedaan.

She wrote all her own software

Ze schreef haar eigen software

to design and built this DNA origami,

om dit te ontwerpen en te bouwen met DNA-origami

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

een mooie weergave van China, waar zelfs Taiwan in zit

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

en je kunt zien dat dit zo'n beetje 's werelds kortste leiband is, toch?

(Laughter)

(Gelach)

So, this works really well

Dit werkt best goed.

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

Je kunt patronen en figuren maken.

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

Je kunt een kaart van de Amerika's maken en 'DNA' met DNA spellen

And what's really neat about it --

Het leuke is

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

dat dit wel nano-kunst lijkt.

but it turns out that nano-artwork

Maar het blijkt dat nano-kunst

is just what you need to make nano-circuits.

juist datgene is wat je nodig hebt om nano-circuits te maken.

So, you can put circuit components on the staples,

Je kunt circuitcomponenten op de nietjes plaatsen.

like a light bulb and a light switch.

Lampjes en schakelaars.

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

Assembleer het en je krijgt een soort circuit.

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

Dan kun je wellicht het DNA wegwassen en het circuit overhouden.

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

Dat deden een aantal van mijn collega's bij Caltech.

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

Ze namen wat DNA-origami, regelden wat koolstof nano-buisjes en

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

maakten een kleine schakelaar, sloten hem aan,

tested it and showed that it is indeed a switch.

testten hem en toonden aan dat het inderdaad een schakelaar is.

Now, this is just a single switch

Nu is dit maar één enkele schakelaar

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

en je hebt er een half miljard nodig voor een computer, dus zijn we er nog niet.

But this is very promising

Maar veelbelovend is het wel.

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

De origami kan deeltjes organiseren die maar een tiende van de grootte zijn

of those in a normal computer.

van die in een normale computer.

So it's very promising for making small computers.

Dat houdt de belofte in voor het maken van kleinere computers.

Now, I want to get back to that compiler.

Ik wil even terug naar de compiler.

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

DNA-origami is het bewijs dat de compiler echt werkt.

So, you start with something in the computer.

Je start met iets in de computer.

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

Je maakt een beschrijving op hoog niveau van het computerprogramma,

a high-level description of the origami.

een beschrijving op hoog niveau van de origami.

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

Je kunt het compileren tot moleculen en het naar een synthesizer sturen

and it actually works.

en het werkt echt.

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

Een bedrijf heeft een leuk programma gemaakt

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

dat veel beter is dan mijn code, die nogal klungelig was.

and will allow us to do this in a nice,

Het staat ons toe dit op een plezierige,

visual, computer-aided design way.

visueel ondersteunde manier van ontwerpen te doen.

So, now you can say, all right,

Nu kan je je afvragen

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

waarom DNA-origami niet het einde is van het verhaal.

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

Je hebt je moleculaire compiler, je kunt doen wat je maar wil.

The fact is that it does not scale.

Je kan het niet opschalen.

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

Als je een mens wil maken met DNA-origami,

the problem is, you need a long strand

dan is het probleem dat je een lange streng nodig hebt

that's 10 trillion trillion bases long.

die 10 biljoen biljoen basen lang is.

That's three light years' worth of DNA,

Dat is een streng van drie lichtjaren lang.

so we're not going to do this.

Gaan we dus niet doen.

We're going to turn to another technology,

We gaan een andere technologie gebruiken.

called algorithmic self-assembly of tiles.

Die heet algoritmische zelfassemblage van tegels.

It was started by Erik Winfree,

Erik Winfree is ermee begonnen.

and what it does,

Het werkt met

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

delen die maar een honderste zo groot zijn als een DNA-origami.

You zoom in, there are just four DNA strands

Je zoomt in, er zijn maar vier DNA-strengen

and they have little single-stranded bits on them

met kleine enkelstrengige stukjes erop

that can bind to other tiles, if they match.

die aan andere tegels kunnen binden als ze passen.

And we like to draw these tiles as little squares.

We tekenen deze tegels als kleine vierkantjes.

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

Door de kleverige uiteinden gaan deze kleine stukjes DNA

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

een dambordpatroon vormen.

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

Deze tegels vormen zo een gecompliceerd, zelfassemblerend dambord.

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

Het punt is, als je het nog niet doorhad,

is that tiles are a kind of molecular program

dat deze tegels een soort moleculair programma zijn

and they can output patterns.

en patronen kunnen maken.

And a really amazing part of this is

Het geweldige hiervan is

that any computer program can be translated

dat ieder computerprogramma vertaald kan worden

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

in een van deze deelprogramma's - specifieker, om te tellen.

So, you can come up with a set of tiles

Een set van deze tegels

that when they come together, form a little binary counter

vormen samen een soort binaire teller

rather than a checkerboard.

in plaats van een dambord.

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

Daar heb je de binaire getallen 5, 6 en 7.

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

Om deze berekeningen goed te laten beginnen,

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

heb je een soort input nodig, een soort zaadje.

You can use DNA origami for that.

Daar kun je DNA-origami voor gebruiken.

You can encode the number 32

Je kunt het getal 32 coderen

in the right-hand side of a DNA origami,

aan de rechterkant van een DNA-origami

and when you add those tiles that count,

en wanneer je de rekenende tegels toevoegt

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

zullen ze beginnen met tellen, ze zullen die 32 lezen

and they'll stop at 32.

en stoppen bij 32.

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

We hebben een manier gevonden

to have a molecular program know when to stop going.

om een moleculair programma te laten weten wanneer het moet stoppen.

It knows when to stop growing because it can count.

Het weet wanneer het moet stoppen met groeien omdat het kan tellen.

It knows how big it is.

Het weet hoe groot het is.

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

Dat beantwoordt de eerste vraag waar ik het over had.

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

Het vertelt ons echter niet hoe baby’s het doen.

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

We kunnen dit tellen gebruiken om veel grotere dingen te maken

than DNA origami could otherwise.

dan met DNA-origami zou kunnen.

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

Hier is het DNA-origami en wat we ermee kunnen doen,

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

is 32 schrijven aan beide kanten van het DNA-origami.

and we can now use our watering can

Nu kunnen we onze gieter gebruiken

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

en begieten met tegels. We kunnen hierop tegels kweken

and create a square.

en een vierkant maken.

The counter serves as a template

De teller dient als sjabloon

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

om een vierkant in het midden van dit ding in te vullen.

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

We zijn er dus in geslaagd

in making something much bigger than a DNA origami

om iets te maken dat veel groter is dan DNA-origami

by combining DNA origami with tiles.

door DNA-origami te combineren met tegels.

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

Het leuke eraan is dat het ook herprogrammeerbaar is.

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

Je kunt een paar DNA-strengen veranderen in deze binaire representatie

and you'll get 96 rather than 32.

en je krijgt 96 in plaats van 32.

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

Wanneer je dat doet, is de origami even groot

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

maar het daarop volgende vierkant drie keer zo groot.

So, this sort of recapitulates

Dit vat zo'n beetje samen

what I was telling you about development.

wat ik vertelde over ontwikkeling.

You have a very sensitive computer program

Je hebt een erg gevoelig computerprogramma

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

waar kleine wijzigingen - enkele kleine mutaties -

can take something that made one size square

iets dat een vierkant was,

and make something very much bigger.

vele malen groter kan maken.

Now, this -- using counting to compute

Het gebruiken van tellen om te berekenen

and build these kinds of things

en deze dingen maken

by this kind of developmental process

door een ontwikkelingsproces,

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

is iets dat ook antwoord geeft op de vraag van Craig Venter.

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

Je kan je afvragen hoeveel strengen er nodig zijn

to build a square of a given size?

om een vierkant van een gegeven afmeting te maken.

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

Als we een vierkant wilden van 10, 100 of 1000

if we used DNA origami alone,

van alleen DNA-origami

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

zou het aantal DNA-strengen gelijk moeten zijn aan het kwadraat

of the size of that square;

van de grootte van dat vierkant.

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

We zouden 100, 10.000 of een miljoen DNA-strengen nodig hebben.

That's really not affordable.

Dat is echt niet betaalbaar.

But if we use a little computation --

Maar als we een kleine berekening maken -

we use origami, plus some tiles that count --

gebruiken we origami, plus een aantal tellende tegels -

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

dan kunnen we wegkomen met 100, 200 of 300 DNA-strengen.

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

We kunnen dus het benodigde aantal DNA-strengen exponentieel verminderen,

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

als we tellen gebruiken, als we wat rekenen toepassen.

And so computation is some very powerful way

Rekenen is dus een zeer krachtige manier

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

om het aantal benodigde moleculen om iets te bouwen te verminderen,

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

om de grootte van het genoom dat je bouwt te verkleinen.

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

Tenslotte ga ik terug naar dat gekke idee

about computers building computers.

over computers die computers bouwen.

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

Als je kijkt naar het vierkant dat je bouwt met origami

and some counters growing off it,

en een aantal tellers erop,

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

is het patroon dat je krijgt precies het patroon dat je nodig hebt

to make a memory.

om een geheugen te maken.

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

Als je wat draden en schakelaars op die tegels plaatst -

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

in plaats van ze op de strengen te nieten, breng je ze aan op de tegels -

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

dan zullen ze de enigszins ingewikkelde circuits zelf gaan assembleren,

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

de demultiplexer circuits, die je nodig hebt om dit geheugen te adresseren.

So you can actually make a complicated circuit

Je kunt zo een ingewikkeld circuit maken

using a little bit of computation.

met behulp van een beetje rekenen.

It's a molecular computer building an electronic computer.

Het is een moleculaire computer die een elektronische computer bouwt.

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

Nu zullen jullie mij vragen hoe ver we hiermee al staan.

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

Dit hebben we in het afgelopen jaar gedaan.

Here is a DNA origami rectangle,

Hier is een DNA-origami rechthoek

and here are some tiles growing from it.

en hier zijn enkele tegels die erop staan.

And you can see how they count.

Je kan zien hoe ze tellen.

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.

Er zitten nog wat fouten in, maar het telt ten minste.

(Laughter)

(Gelach)

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

Negen jaar geleden begonnen we hiermee.

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

Dat is ongeveer de tijd hoe lang het duurt

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

om dit soort dingen te doen. Ik denk dat we veel vooruitgang hebben geboekt.

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

We hebben ideeën over hoe deze fouten te herstellen.

And I think in the next five or 10 years,

Ik denk dat we binnen vijf of tien jaar,

we'll make the kind of squares that I described

de vierkanten die ik beschreef, gaan maken

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

en misschien zelfs een aantal zelf-assemblerende circuits.

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

Wat moet je van deze talk onthouden?

I want you to remember that

Ik wil dat je onthoudt dat

to create life's very diverse and complex forms,

om de erg diverse en complexe vormen van het leven te creëren,

life uses computation to do that.

het leven gebruik maakt van rekenen.

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

De manier van rekenen is moleculair.

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

Om dit te begrijpen en er een betere greep op te krijgen,

as Feynman said, you know,

moet je, zoals Feynman zei,

we need to build something to understand it.

het bouwen om het te begrijpen.

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

Dus gaan we moleculen gebruiken en dit ding herwerken,

rebuild everything from the bottom up,

alles van onder af opbouwen

using DNA in ways that nature never intended,

met behulp van DNA op een manier die de natuur nooit heeft bedoeld.

using DNA origami,

Met behulp van DNA-origami

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

om deze algoritmische zelf-assemblage te starten.

You know, so this is all very cool,

Dit is allemaal heel cool,

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

maar wat ik zou willen dat je hopelijk onthoudt

hopefully from some of those big questions,

van sommige van die grote vragen,

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

is dat dit moleculair programmeren niet alleen gaat over het maken van gadgets.

It's not just making about --

Het gaat niet alleen over het maken van

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

zelf-geassembleerde mobiele telefoons en circuits.

What it's really about is taking computer science

Waar het in de informatica echt om gaat is

and looking at big questions in a new light,

de grote vragen in een nieuw licht te bekijken,

asking new versions of those big questions

nieuwe versies van die grote vragen te bedenken

and trying to understand how biology

en proberen te begrijpen hoe de biologie

can make such amazing things. Thank you.

zo’n verbazingwekkende dingen heeft kunnen maken. Dank je.

(Applause)

(Applaus)