Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

Paul Rothemund explica como se dobra DNA.

Tradutor: Durval Castro Revisor: Denise Bem David

So, people argue vigorously about the definition of life.

Acontece que as pessoas discutem vigorosamente sobre a definição da vida.

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

Questionam se ela deve incluir a reprodução, ou o metabolismo, ou a evolução.

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

E não sei as respostas a isso, portanto não vou responder a vocês.

I will say that life involves computation.

Vou dizer que a vida envolve computação.

So this is a computer program.

Então este é um programa de computador.

Booted up in a cell, the program would execute,

Carregado em uma célula, o programa seria executado

and it could result in this person;

e poderia resultar nesta pessoa

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

ou, com uma pequena alteração, poderia resultar nesta pessoa --

or another small change, this person;

ou, como outra pequena alteração -- esta pessoa,

or with a larger change, this dog,

ou, com uma mudança um pouco maior, este cachorro

or this tree, or this whale.

ou esta árvore, ou esta baleia.

So now, if you take this metaphor

Assim, se vocês tomarem esta metáfora

[of] genome as program seriously,

do genoma como programa, seriamente,

you have to consider that Chris Anderson

vocês precisam considerar que Chris Anderson

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

é um artefato fabricado-por-computador, assim como Jim Watson,

Craig Venter, as are all of us.

Craig Venter, assim como todos nós.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

E para convencer vocês de que essa metáfora é verdadeira,

there are lots of similarities between genetic programs

existe um grande número de semelhanças entre programas genéticos

and computer programs that could help to convince you.

e programas de computadores que podem ajudar a convencê-los.

But one, to me, that's most compelling

Mas um ponto que é mais forte para mim

is the peculiar sensitivity to small changes

é a sensibilidade peculiar a pequenas mudanças

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

que pode provocar enormes mudanças no desenvolvimento biológico - o resultado.

A small mutation can take a two-wing fly

Uma mutação pequena pode pegar uma mosca de duas asas

and make it a four-wing fly.

e transformá-la numa mosca de quatro asas.

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

Ou pode pegar uma mosca e colocar pernas onde deveriam estar as antenas.

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

Ou, se vocês estão familiarizados com (o livro) "A Princesa Prometida,"

it could create a six-fingered man.

poderia criar um homem com seis dedos.

Now, a hallmark of computer programs

Então, uma singularidade dos programas de computador

is just this kind of sensitivity to small changes.

é exatamente essa espécie de sensibilidade a pequenas mudanças.

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

Se a sua conta bancária é de um dólar e vocês mudam um único bit,

you could end up with a thousand dollars.

podem acabar com mil dólares.

So these small changes are things that I think

Então essas pequenas mudanças são coisas que no meu entendimento --

that -- they indicate to us that a complicated computation

elas sugerem para nós que uma computação complicada

in development is underlying these amplified, large changes.

de desenvolvimento está por trás dessas grandes mudanças amplificadas.

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

Desse modo, tudo isso indica que há programas moleculares na base da biologia,

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

e isso mostra o poder dos programas moleculares, a biologia o faz.

And what I want to do is write molecular programs,

E o que eu pretendo é escrever programas moleculares,

potentially to build technology.

potencialmente para construir uma tecnologia.

And there are a lot of people doing this,

E há um bocado de gente fazendo isso,

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

vários biólogos sintetizadores fazendo isso, como Craig Venter,

And they concentrate on using cells.

e eles se concentram em usar células.

They're cell-oriented.

Eles são focalizados nas células.

So my friends, molecular programmers, and I

Desse modo, amigos, programadores moleculares e eu,

have a sort of biomolecule-centric approach.

temos uma espécie de abordagem centrada em bio-moléculas.

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

Estamos interessados em usar DNA, RNA e proteínas

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

e construir novas linguagens para construir coisas a partir das bases,

using biomolecules,

usando bio-moléculas,

potentially having nothing to do with biology.

que potencialmente não têm nada a ver com biologia.

So, these are all the machines in a cell.

Assim, essas são todas as máquinas de uma célula.

There's a camera.

Há uma câmera.

There's the solar panels of the cell,

Há os painéis solares da célula,

some switches that turn your genes on and off,

algumas chaves que ligam e desligam os seus genes,

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

as vigas mestras da célula, os motores que movem seus músculos.

My little group of molecular programmers

Meu pequeno grupo de programadores moleculares

are trying to refashion all of these parts from DNA.

está tentando remodelar todas essas partes a partir do DNA.

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

Nós não somos fanáticos por DNA, mas o DNA é o mais barato,

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

o mais fácil de entender e de programar, entre os materiais para fazer isso.

And as other things become easier to use --

E à medida que outras coisas vão ficando mais fáceis de usar --

maybe protein -- we'll work with those.

talvez as proteínas -- nós iremos trabalhar com elas.

If we succeed, what will molecular programming look like?

Se tivermos sucesso, como vai ser a programação molecular?

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

Você vai sentar-se diante do seu computador.

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

Você vai projetar alguma coisa, tal como um telefone celular,

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

e, numa linguagem de alto nível, você vai descrever esse celular.

Then you're going to have a compiler

E daí você vai ter um compilador

that's going to take that description

que vai pegar essa descrição

and it's going to turn it into actual molecules

e vai transformá-la em moléculas de verdade

that can be sent to a synthesizer

que podem ser enviadas a um sintetizador

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

e esse sintetizador vai empacotar essas moléculas numa semente.

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

E o que acontece se você regar e alimentar essa semente adequadamente,

is it will do a developmental computation,

é que ela vai realizar uma computação de desenvolvimento,

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

uma computação molecular, e vai construir um computador eletrônico.

And if I haven't revealed my prejudices already,

E caso eu ainda não tenha revelado meus preconceitos,

I think that life has been about molecular computers

eu acredito que a vida aconteceu por causa dos computadores moleculares

building electrochemical computers,

construindo computadores eletroquímicos

building electronic computers,

construindo computadores eletrônicos

which together with electrochemical computers

que, junto com os computadores eletroquímicos,

will build new molecular computers,

construirão novos computadores moleculares,

which will build new electronic computers, and so forth.

que vão construir novos computadores eletrônicos, e assim por diante.

And if you buy all of this,

E se vocês comprarem todas estas idéias,

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

e acreditarem que a vida se baseia numa computação, assim como eu,

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

então vocês vão ver as grandes questões através do olhar de um cientista da computação.

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

E então uma grande questão é: como o bebê sabe quando deve parar de crescer?

And for molecular programming,

E para um programador molecular,

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

a questão é como seu telefone celular sabe quando parar de crescer?

(Laughter)

(Risos)

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

Ou como um programa de computador sabe quando parar de executar?

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

Ou mais especificamente, como saber se um programa vai parar em algum momento?

There are other questions like this, too.

Também existem outras questões como essa.

One of them is Craig Venter's question.

Uma delas é a questão de Craig Venter.

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

No fundo eu creio que ele é na verdade um cientista de computadores.

He asked, how big is the minimal genome

Ele perguntou qual seria o tamanho de um genoma mínimo

that will give me a functioning microorganism?

que me produziria um micro-organismo funcional?

How few genes can I use?

Qual o menor número de genes que eu poderia usar?

This is exactly analogous to the question,

Esta é exatamente análoga à questão,

what's the smallest program I can write

qual é o menor programa que eu posso escrever

that will act exactly like Microsoft Word?

que vai funcionar exatamente como Microsoft Word?

(Laughter)

(Risos)

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

E da mesma forma que ele está escrevendo, vocês sabem, bactérias que serão menores,

he's writing genomes that will work,

ele está escrevendo genomas que vão funcionar,

we could write smaller programs

nós poderíamos escrever programas menores

that would do what Microsoft Word does.

capazes de fazer o que o Microsoft Word faz.

But for molecular programming, our question is,

Mas na programação molecular, nossa questão é,

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

quantas moléculas precisamos colocar naquela semente para obter um telefone celular?

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

Qual o menor número que vai dar certo para nós?

Now, these are big questions in computer science.

Agora, essas são grandes questões em ciência da computação.

These are all complexity questions,

Todas são questões de complexidade

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

e a ciência da computação nos diz que essas são questões muito difíceis.

Almost -- many of them are impossible.

Quase -- muitas delas são impossíveis.

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

Mas para algumas tarefas, podemos começar a respondê-las.

So, I'm going to start asking those questions

Assim, vou começar a perguntar aquelas questões

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

a respeito das estruturas de DNA de que vou falar a seguir.

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

Então, isto é DNA normal, o que vocês entendem como DNA normal.

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

É uma cadeia dupla, é uma hélice dupla,

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

tem os As, Ts, Cs e Gs que se emparelham para segurar as cadeias juntas.

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

E vou desenhá-la assim algumas vezes,

just so I don't scare you.

só para não assustar vocês.

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

Nós queremos observar cadeias individuais sem nos preocuparmos com a hélice dupla.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

Quando a sintetizamos, ela vem como cadeia simples,

so we can take the blue strand in one tube

de modo que podemos pegar a cadeia azul em um tubo

and make an orange strand in the other tube,

e fazer uma cadeia laranja no outro tubo

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

e elas são flexíveis enquanto são cadeias simples.

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

Você as junta e elas formam uma hélice dupla rígida.

Now for the last 25 years,

Agora, durante os últimos 25 anos,

Ned Seeman and a bunch of his descendants

Ned Seeman e um grupo de seus descendentes

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

trabalharam arduamente e fizeram belíssimas estruturas tridimensionais,

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

usando esse tipo de reação de cadeias de DNA colocadas juntas.

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

Mas muitas de suas abordagens, apesar de elegantes, demandam muito tempo.

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

Elas podem levar um par de anos ou podem ser difíceis de projetar.

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

E daí eu introduzi um novo método há um par de anos

I call DNA origami

eu o chamo Origami de DNA

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

ele é tão fácil que vocês poderiam fazê-lo em casa, em suas cozinhas

and design the stuff on a laptop.

e projetar a coisa num laptop.

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

Mas para fazer isso, vocês precisam uma longa cadeia de DNA,

which is technically very difficult to get.

que é tecnicamente muito difícil de conseguir.

So, you can go to a natural source.

Então vocês podem recorrer a uma fonte natural.

You can look in this computer-fabricated artifact,

Vocês podem procurar neste artefato fabricado por computador

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

e ele tem um genoma de cadeia dupla que não serve.

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

Você procura nos intestinos dele. Existem bilhões de bactérias.

They're no good either.

Elas também não servem.

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

Cadeia dupla novamente, mas dentro delas, elas estão infectadas com um vírus

that has a nice, long, single-stranded genome

que tem um belo, longo genoma de cadeia simples

that we can fold like a piece of paper.

que podemos dobrar como se fosse um pedaço de papel.

And here's how we do it.

e aqui está como fazemos isso.

This is part of that genome.

Esta é uma parte daquele genoma.

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

Nós adicionamos um punhado de pequenos DNAs sintéticos que eu chamo de grampos.

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

Cada um tem uma metade esquerda que prende a longa cadeia em um lugar,

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

e uma metade direita que a prende num lugar diferente

and brings the long strand together like this.

e junta a longa cadeia assim.

The net action of many of these on that long strand

O resultado final de vários destes naquela longa cadeia

is to fold it into something like a rectangle.

é dobrá-la em algo parecido com um retângulo.

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

Agora, nós realmente não conseguimos fazer um filme desse processo,

but Shawn Douglas at Harvard

mas Shawn Douglas de Harvard

has made a nice visualization for us

fez uma ótima visualização para nós

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

que começa com uma cadeia longa e tem algumas cadeias curtas nela.

And what happens is that we mix these strands together.

E acontece que nós misturamos essas cadeias juntas.

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

Nós as aquecemos, adicionamos um pouquinho de sal,

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

nós as aquecemos quase até a fervura e as resfriamos,

and as we cool them down,

e à medida que as resfriamos,

the short strands bind the long strands

as cadeias curtas prendem as cadeias longas

and start to form structure.

e começam a formar uma estrutura

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

e você podem ver um pequeno pedaço de hélice dupla se formando aqui.

When you look at DNA origami,

Quando vocês observam um origami de DNA,

you can see that what it really is,

vocês podem ver que na verdade ele é,

even though you think it's complicated,

mesmo que vocês achem isso complicado,

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

é um punhado de hélices duplas paralelas umas às outras

and they're held together

e elas são mantidas juntas

by places where short strands go along one helix

pelos locais onde cadeias curtas se alinham a uma hélice

and then jump to another one.

e então pulam para outra.

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

Então há uma cadeia que vai assim, acompanha uma hélice e prende --

it jumps to another helix and comes back.

ela pula para outra hélice e volta,

That holds the long strand like this.

que segura a cadeia longa assim.

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

Agora, para mostrar como podemos fazer qualquer forma ou padrão

that we wanted, I tried to make this shape.

que quisermos, eu tentei fazer esta forma.

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

Eu queria dobrar o DNA em algo que sobe sobe acima do olho,

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

abaixo do nariz, acima do nariz, ao redor da testa,

back down and end in a little loop like this.

volta a descer e acaba numa pequena alça assim.

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

E então pensei que se isso pudesse funcionar, qualquer coisa poderia funcionar.

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

Então fiz o programa de computador projetar os grampos curtos para fazer isso.

I ordered them; they came by FedEx.

Eu os pedi, eles vieram pelo FedEx.

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

Eu os misturei, aqueci, resfriei,

and I got 50 billion little smiley faces

e obtive 50 bilhões de pequenos rostos sorridentes

floating around in a single drop of water.

flutuando numa única gota d'água.

And each one of these is just

E cada uma delas tem exatamente

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

um milésimo do diâmetro de um fio de cabelo, OK?

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

Então elas estão todas flutuando na solução e para vê-las,

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

você precisam colocá-las numa superfície onde fiquem aderidas.

So, you pour them out onto a surface

Então, você as despeja sobre uma superfície

and they start to stick to that surface,

e elas começam a aderir a essa superfície,

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

e tiramos uma foto usando um microscópio que discrimina estruturas atômicas

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

que tem uma agulha, como uma agulha de toca-discos,

that goes back and forth over the surface,

que vai e vem, sobre a superfície,

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

bate em cima e em baixo, e "sente" a altura da superfície.

It feels the DNA origami.

Ela "sente" o origami de DNA.

There's the atomic-force microscope working

Aí está um microscópio atômico funcionando

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

e vocês podem observar que a aterrissagem é meio abrupta.

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

Quando você amplia, eles têm, vocês sabem,

weak jaws that flip over their heads

queixos fracos que se dobram sobre suas cabeças

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

e alguns dos narizes são socados para fora, mas está razoavelmente bom.

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

Vocês podem ampliar mais e até ver o pequeno laço extra,

this little nano-goatee.

este pequeno nano-cavanhaque.

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

Agora, o sensacional nesta coisa é que qualquer um pode fazê-la.

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

E assim eu recebi isto pelo correio cerca de um ano depois, se ter pedido.

Anyone know what this is? What is it?

Alguém sabe o que é isto? O que é?

It's China, right?

É a China, certo?

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

Então, o que aconteceu foi que uma estudante de pós-graduação na China,

Lulu Qian, did a great job.

Lulu Quian, fez um magnífico trabalho.

She wrote all her own software

Ela escreveu todo seu próprio software

to design and built this DNA origami,

para projetar, e construiu este origami de DNA,

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

uma belíssima imagem da China, que tem até Taiwan,

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

e vocês podem ver que é como se estivesse na rédea mais curta do mundo, certo?

(Laughter)

(Risos)

So, this works really well

Assim, isso funciona realmente bem

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

e vocês podem fazer padrões assim como formas, OK?

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

E vocês podem fazer um mapa das Américas e soletrar DNA com DNA.

And what's really neat about it --

E uma coisa muito legal nisso --

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

bem, na verdade todas essas coisas parecem nano-arte,

but it turns out that nano-artwork

mas acontecce que essa nano-arte

is just what you need to make nano-circuits.

é exatamente o que precisamos para fazer nano-circuitos.

So, you can put circuit components on the staples,

Então, vocês podem colocar componentes de circuitos nos grampos,

like a light bulb and a light switch.

como uma lâmpada e um interruptor.

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

Deixem a coisa formar-se, e vocês terão uma espécie de circuito.

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

E então vocês talvez possam lavar o DNA para removê-lo e usar o circuito que fica.

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

Então, isso é o que alguns colegas meus do Caltech fizeram.

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

Eles pegaram um origami de DNA, organizaram alguns nano-tubos de carbono,

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

fizeram uma pequena chave, vejam aqui, ligaram as partes,

tested it and showed that it is indeed a switch.

testaram e mostraram que ela é realmente uma chave.

Now, this is just a single switch

Bem, isto é apenas uma única chave

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

e vocês precisam meio bilhão para um computador, assim nós temos um longo caminho a percorrer.

But this is very promising

Mas isto é muito promissor

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

porque o origamis pode organizar partes com apenas um décimo do tamanho

of those in a normal computer.

daquelas de um computador normal.

So it's very promising for making small computers.

Portanto é muito promissor para fazer pequenos computadores.

Now, I want to get back to that compiler.

Agora quero voltar àquele compilador.

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

O origami de DNA é uma prova de que o compilador realmente funciona.

So, you start with something in the computer.

Assim, você começa com alguma coisa no computador.

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

Você faz uma descrição de alto nível do programa de computador,

a high-level description of the origami.

uma descrição de alto nível do origami.

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

Você pode compilá-lo para moléculas, mandá-lo a um sintetizador

and it actually works.

e ele realmente funciona.

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

E acontece que uma empresa fez um programa muito bacana

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

que é muito melhor do que meu código, que era meio desajeitado,

and will allow us to do this in a nice,

e vai possibilitar que façamos isso muito bem,

visual, computer-aided design way.

num sistema visual de projeto assistido por computador.

So, now you can say, all right,

Então, agora vocês podem dizer, muito bem,

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

porque o origami de DNA não é o final da história?

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

Você tem seu compilador molecular, você pode fazer o que quiser.

The fact is that it does not scale.

O fato é que ele não se multiplica.

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

Então, se você quer fazer um ser humano a partir de um origami de DNA,

the problem is, you need a long strand

o problema é, você precisa uma cadeia muito longa

that's 10 trillion trillion bases long.

quer dizer um comprimento de 10 trilhões de bases.

That's three light years' worth of DNA,

Isso são três anos-luz de DNA.

so we're not going to do this.

então nós não vamos fazer isso.

We're going to turn to another technology,

Vamos nos voltar a outra tecnologia

called algorithmic self-assembly of tiles.

chamada auto-montagem algoritmica de blocos.

It was started by Erik Winfree,

Ela foi iniciada por Erik Winfree,

and what it does,

e o que ela faz,

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

ela tem blocos com um centésimo do tamanho de um origami de DNA.

You zoom in, there are just four DNA strands

Você amplia, há apenas quatro cadeias de DNA

and they have little single-stranded bits on them

e elas têm pequenos pedaços com ligações simples neles

that can bind to other tiles, if they match.

que podem ligar-se a outros blocos se eles combinam.

And we like to draw these tiles as little squares.

E nós gostamos de desenhar esses blocos como pequenos quadrados.

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

E se vocês observarem suas extremidades aderentes, esses pequenos pedaços de DNA,

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

vocês podem ver que eles realmente formam um padrão de tabuleiro de xadrez.

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

Então, esses blocos formam um tabuleiro de xadrez complicado, auto-montado.

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

E o objetivo disto, se vocês ainda não perceberam,

is that tiles are a kind of molecular program

é que os blocos são uma espécie de programa molecular

and they can output patterns.

e eles podem produzir padrões.

And a really amazing part of this is

E uma parte realmente surpreendente disso é

that any computer program can be translated

que qualquer programa de computador pode ser traduzido

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

em um desses programas de blocos -- especialmente, contagem.

So, you can come up with a set of tiles

Então, você pode conseguir um conjunto de blocos

that when they come together, form a little binary counter

que, quando agrupadas, formam um pequeno contador binário

rather than a checkerboard.

em vez de um tabuleiro de xadrez.

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

Então vocês podem ler em binário os números cinco, seis e sete.

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

E para conseguir que essas computações comecem corretamente,

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

vocês precisam alguma espécie de entrada, um tipo de semente.

You can use DNA origami for that.

Vocês podem usar o origami de DNA para isso.

You can encode the number 32

Vocês podem codificar o número 32

in the right-hand side of a DNA origami,

no lado direito de um origami de DNA

and when you add those tiles that count,

e quando você adiciona esses blocos que contam,

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

eles vão começar a contar, eles vão ler aquele 32

and they'll stop at 32.

e vão parar em 32.

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

Assim, o que fizemos foi imaginar uma maneira

to have a molecular program know when to stop going.

de fazer um programa molecular saber quando parar de crescer.

It knows when to stop growing because it can count.

Ele sabe quando parar de crescer porque ele consegue contar.

It knows how big it is.

Ele conhece o seu próprio tamanho.

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

Assim, isso responde a primeira questão da qual eu falei.

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

Mas isso não nos diz como os bebês o fazem.

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

E então, podemos usar essa contagem para tentar e realizar coisas muito maiores

than DNA origami could otherwise.

do que o origami de DNA poderia fazer sem isso.

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

Aqui está o origami de DNA, e o que podemos fazer

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

é escrever 32 nas duas extremidades do origami de DNA

and we can now use our watering can

e podemos então usar nosso regador

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

e regar com blocos e podemos começar a cultivar blocos a partir daí

and create a square.

e criar um quadrado.

The counter serves as a template

O contador funciona como um gabarito

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

para preencher um quadrado no meio dessa coisa.

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

Assim, o que conseguimos foi ter sucesso

in making something much bigger than a DNA origami

fazendo algo muito maior do que um origami de DNA,

by combining DNA origami with tiles.

combinando origami de DNA com blocos.

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

E o bacana nessa coisa é que ela também é reprogramável.

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

Vocês só precisam mudar um par das cadeias de DNA nessa representação binária

and you'll get 96 rather than 32.

e vocês obtêm 96 em vez de 32.

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

E se vocês fazem isso, o origami é do mesmo tamanho,

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

mas o quadrado resultante que vocês conseguem é três vezes maior.

So, this sort of recapitulates

Então, isso é uma espécie de recapitulação

what I was telling you about development.

do que eu disse a vocês sobre desenvolvimento.

You have a very sensitive computer program

Vocês têm um programa de computador muito sensível

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

no qual pequenas mudanças -- pontuais, minúsculas, ligeiras modificações --

can take something that made one size square

podem pegar uma coisa que fez um quadrado de um tamanho

and make something very much bigger.

e fazer algo muito maior.

Now, this -- using counting to compute

Assim, este uso da contagem para computar

and build these kinds of things

e construir esse tipo de coisas

by this kind of developmental process

através dessa espécie de processo de desenvolvimento,

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

é algo que tem a ver com a questão de Craig Venter.

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

Então, vocês perguntam, quantas cadeias de DNA são necessárias

to build a square of a given size?

para fazer um quadrado de um tamanho dado?

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

Se nós quiséssemos fazer um quadrado de tamanho 10, 100 ou 1000,

if we used DNA origami alone,

se nós usássemos apenas origami de DNA,

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

nós precisaríamos um número de cadeias de DNA que é o quadrado

of the size of that square;

do tamanho desse quadrado,

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

então precisaríamos 100, 10.000 ou um milhão de cadeias de DNA.

That's really not affordable.

Isso reamente não é viável.

But if we use a little computation --

Mas se usarmos uma pequena computação --

we use origami, plus some tiles that count --

usamos origami, mais alguns blocos que contam --

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

então conseguimos fazer isso usando 100, 200 ou 300 cadeias de DNA.

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

E assim podemos reduzir exponencialmente o número de cadeias de DNA que usamos

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

se usarmos contagem, se usarmos um pouco de computação.

And so computation is some very powerful way

E asssim a computação é um recurso muito poderoso

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

para reduzir o número de moléculas que são necessárias para construir alguma coisa,

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

para reduzir o tamanho do genoma que vocês estão construindo.

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

E finalmente, voltando àquela idéia meio maluca

about computers building computers.

de computadores que constroem computadores.

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

Se vocês observarem o quadrado que foi construído com o origami

and some counters growing off it,

e alguns contadores crescendo a partir dele,

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

o padrão é exatamente o padrão que vocês precisam

to make a memory.

para fazer uma memória.

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

Então, vocês acoplam alguns fios e chaves àqueles blocos,

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

em vez das cadeias de grampos, você os liga aos blocos,

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

então eles vão auto-montar os circuitos complexos --

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

os circuitos desmultiplexadores de que vocês precisam para lidar com essa memória.

So you can actually make a complicated circuit

Assim vocês realmente podem fazer um circuito complexo

using a little bit of computation.

usando um pouquinho de computação.

It's a molecular computer building an electronic computer.

É um computador molecular construindo um computador eletrônico.

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

E então vocês me perguntam, até onde progredimos ao longo desse caminho?

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

Experimentalmente, isto é o que realizamos no ano que passou.

Here is a DNA origami rectangle,

Aqui está um retângulo de origami de DNA,

and here are some tiles growing from it.

e aqui estão alguns blocos crescendo a partir dele.

And you can see how they count.

E vocês podem ver como eles contam.

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

Um, dois, três, quatro, cinco, seis, nove, 10, 11, 12, 17.

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

Então ele tem alguns erros, mas pelo menos ele conta.

(Laughter)

(Risos)

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

Então, acontece que de fato nós tivemos essa idéia há nove anos,

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

e essa é a constante de tempo para o prazo necessário

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

para fazer esse tipo de coisa, de modo que acho que progredimos bastante.

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

Temos idéias de como corrigir esses erros.

And I think in the next five or 10 years,

E creio que nos próximos 10 anos,

we'll make the kind of squares that I described

faremos o tipo de quadrados que descrevi

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

e talvez chegaremos a alguns desses circuitos auto-montados.

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

E então, o que eu espero que vocês levem desta apresentação?

I want you to remember that

Espero que vocês recordem que

to create life's very diverse and complex forms,

para criar as formas diversificadas e complexas da vida,

life uses computation to do that.

a vida usa computação para fazê-lo.

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

E as computações que ela usa são computações moleculares,

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

e para entender isso e ser capaz manipular melhor isso,

as Feynman said, you know,

como Feynman disse, vocês sabem,

we need to build something to understand it.

nós precisamos construir uma coisa para entendê-la.

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

E então vamos usar moléculas e remodelar essa coisa,

rebuild everything from the bottom up,

refazer tudo da base até o topo,

using DNA in ways that nature never intended,

usando DNA de maneiras que a natureza jamais pretendeu,

using DNA origami,

usando origami de DNA,

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

e origami de DNA como semente dessa auto-montagem algorítmica.

You know, so this is all very cool,

Vocês sabem, então isso é tudo muito bacana,

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

mas o que eu gostaria que vocês levassem desta apresentação,

hopefully from some of those big questions,

espero que a partir dessas grandes questões,

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

é que esta programação molecular não trata apenas de fazer dispositivos.

It's not just making about --

Não se trata apenas de fazer --

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

de fazer telefones celulares e circuitos auto-montados.

What it's really about is taking computer science

A verdadeira questão é tomar a ciência de computação

and looking at big questions in a new light,

e ver as grandes questões sob uma nova luz,

asking new versions of those big questions

fazendo novas versões dessas grandes questões

and trying to understand how biology

e tentando entender como a biologia

can make such amazing things. Thank you.

pode fazer coisas tão extraordinárias. Muito obrigado.

(Applause)

(Aplausos)