Paul Rothemund: The astonishing promise of DNA folding

Поль Ротмунд подробно рассказывает об укладке ДНК

Переводчик: Namik Kasumov Редактор: Anton Charushin

So, people argue vigorously about the definition of life.

Как вы знаете, люди очень живо обсуждают, как дать определение жизни.

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

Обсуждают, следует ли включать туда воспроизводство, метаболизм, эволюцию.

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

Ответ на это я не знаю, и говорить об этом не собираюсь.

I will say that life involves computation.

Но я хочу сказать, что жизнь включает в себя вычисления.

So this is a computer program.

То есть это – компьютерная программа.

Booted up in a cell, the program would execute,

Будучи загруженной в клетку, программа выполнится,

and it could result in this person;

и в результате получится этот человек,

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

или, при небольшом изменении, может получиться этот человек –

or another small change, this person;

или, ещё одно изменение, и – этот,

or with a larger change, this dog,

или, при более серьезном изменении – эта собака,

or this tree, or this whale.

или это дерево, или этот кит.

So now, if you take this metaphor

Так вот, если серьёзно принять

[of] genome as program seriously,

такую метафору генома как программы,

you have to consider that Chris Anderson

то придется считать, что Крис Андерсон –

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

это продукт работы компьютера, равно как и Джим Уотсон,

Craig Venter, as are all of us.

Крейг Вентер, а также любой из нас.

And in convincing yourself that this metaphor is true,

Что касается убедительности этой метафоры,

there are lots of similarities between genetic programs

то достаточно найти много схожего между генетическими

and computer programs that could help to convince you.

и компьютерными программами, чтобы иметь возможность убедиться.

But one, to me, that's most compelling

Лично для меня самый убедительный аргумент – это

is the peculiar sensitivity to small changes

удивительная чувствительность к малым изменениям,

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

которая, как результат, приводит к большим вариациям биологического развития.

A small mutation can take a two-wing fly

Малая мутация способна превратить двукрылую муху

and make it a four-wing fly.

в 4-х-крылую.

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

Или способна у мухи посадить ножки там, где у неё должны быть усики.

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

Или, для тех, кому знаком [роман и фильм] «Принцесса-невеста»,

it could create a six-fingered man.

малая мутация способна создать человека с 6-ю пальцами.

Now, a hallmark of computer programs

Так вот, характерной чертой компьютерных программ является

is just this kind of sensitivity to small changes.

как раз такого рода чувствительность к малым изменениям.

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

Если на вашем банковском счету 1 доллар, и вы поменяете всего один бит,

you could end up with a thousand dollars.

там может оказаться 1000 долларов.

So these small changes are things that I think

Эти малые изменения, по моему мнению,

that -- they indicate to us that a complicated computation

и указывают на то, что в основе усиления амплитуды изменений

in development is underlying these amplified, large changes.

лежит сложный вычислительный процесс.

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

При этом всё указывает на наличие молекулярных программ в основе

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

биологических процессов, и мощь молекулярных программ доказывается биологией.

And what I want to do is write molecular programs,

Моя цель – писать молекулярные программы

potentially to build technology.

с потенциалом создания технологии.

And there are a lot of people doing this,

Занимается этим масса специалистов

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

по синтетической биологии, таких как Крейг Вентер;

And they concentrate on using cells.

они концентрируются на использовании клеток.

They're cell-oriented.

Их работы – ориентированы на клетки.

So my friends, molecular programmers, and I

Мы с моими друзьями, молекулярными программистами,

have a sort of biomolecule-centric approach.

сконцентрировались на, как бы, био-молекулярном подходе.

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

Мы начинаем с ДНК, РНК и белка,

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

и строим новые языки для построения снизу вверх,

using biomolecules,

с использованием биомолекул,

potentially having nothing to do with biology.

что в принципе может не иметь ничего общего с биологией.

So, these are all the machines in a cell.

Итак, внутри клетки имеются вот эти машины.

There's a camera.

Вот – камера.

There's the solar panels of the cell,

Вот – солнечные батареи клетки,

some switches that turn your genes on and off,

переключатели для включения и выключения генов,

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

опорные балки для клетки, моторчики для движения мускулов.

My little group of molecular programmers

Мы в нашей небольшой группе молекулярных программистов

are trying to refashion all of these parts from DNA.

пытаемся переделать все эти элементы из ДНК.

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

Мы не энтузиасты ДНК, но ДНК – это наиболее дешёвый,

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

наиболее понятный и наиболее легко программируемый для этого материал.

And as other things become easier to use --

По мере того, как станет легче использовать прочие вещи –

maybe protein -- we'll work with those.

возможно, белок, – мы будем работать и с ними.

If we succeed, what will molecular programming look like?

Как будет выглядеть молекулярное программирование если мы добьемся успеха?

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

Вы садитесь за свой компьютер,

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

и собираетесь проектировать, скажем, сотовый телефон.

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

Вы описываете желаемый телефон на высокоуровневом языке,

Then you're going to have a compiler

а затем запускаете компилятор,

that's going to take that description

который, исходя из вашего описания,

and it's going to turn it into actual molecules

преобразует его в описание реальных молекул.

that can be sent to a synthesizer

Это описание отправляется в синтезатор,

and that synthesizer will pack those molecules into a seed.

а синтезатор упаковывает эти молекулы и получается одно семя.

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

Если это семя соответствующим образом поливать и питать,

is it will do a developmental computation,

то оно проделает все необходимые для его развития вычисления,

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

молекулярные вычисления, и построит электронный компьютер.

And if I haven't revealed my prejudices already,

А раз уж я ещё не раскрывал свои убеждения, скажу, что,

I think that life has been about molecular computers

по моему мнению, жизнь идёт путём того, что молекулярные компьютеры

building electrochemical computers,

строят электрохимические компьютеры, которые

building electronic computers,

строят электронные компьютеры, которые,

which together with electrochemical computers

вместе с электрохимическими компьютерами,

will build new molecular computers,

построят новые молекулярные компьютеры,

which will build new electronic computers, and so forth.

которые построят новые электронные компьютеры, и т.д.

And if you buy all of this,

Если вы готовы всё это принять,

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

и считаете, также как и я, что жизнь всецело состоит из вычислений,

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

тогда вы будете смотреть на мир глазами специалиста по компьютерным технологиям.

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

Тут возникает один большой вопрос. Откуда ребёнок знает, что пора прекращать рост?

And for molecular programming,

Для молекулярного программиста

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

вопрос состоит в том, откуда сотовому телефону знать, что пора прекращать рост?

(Laughter)

(Смех)

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

Или, откуда компьютерной программе знать, что пора остановиться?

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

А ещё точнее, откуда мы знаем, что программа вообще остановится?

There are other questions like this, too.

Есть и другие вопросы, подобные этому.

One of them is Craig Venter's question.

Один из них – вопрос, поставленный Крейг Вентером.

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

Оказывается, Крейг – настоящий, как я считаю, специалист по компьютерным наукам.

He asked, how big is the minimal genome

Он спросил, каков минимальный размер генома, который необходим

that will give me a functioning microorganism?

для создания функционирующего микроорганизма?

How few genes can I use?

Насколько малым числом ген можно обойтись?

This is exactly analogous to the question,

Это в точности аналогично вопросу о том,

what's the smallest program I can write

программу какого минимального размера можно написать,

that will act exactly like Microsoft Word?

чтобы она работала в точности, как Microsoft Word?

(Laughter)

(Смех)

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

Аналогично тому, как он пишет малые бактерии –

he's writing genomes that will work,

он пишет геномы, которые сделают дело –

we could write smaller programs

так же и мы могли бы написать малые программы,

that would do what Microsoft Word does.

которые бы делали всё, что делает Microsoft Word.

But for molecular programming, our question is,

Но в молекулярном программировании вопрос стоит так:

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

сколько молекул необходимо поместить в семя, чтобы получить телефон?

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

Каким их минимальным числом можно обойтись?

Now, these are big questions in computer science.

Так вот, для компьютерных технологий – это большие проблемы.

These are all complexity questions,

Это вопросы уровня сложности,

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

и в компьютерных технологиях они считаются очень трудными вопросами.

Almost -- many of them are impossible.

Многие из них неразрешимы.

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

Но в отношении некоторых задач, всё же, можно попытаться ответить на них.

So, I'm going to start asking those questions

Потому, я поставлю эти вопросы

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

для структур ДНК, о которых сейчас расскажу.

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

Вот – нормальная ДНК. Та, которую принято считать нормальной.

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

Она имеет две нити и двойную спираль.

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

Имеет парные A, T, C, G, которые удерживают нити вместе.

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

Иногда я это буду показывать вот так,

just so I don't scare you.

просто чтобы не напугать вас.

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

Мы будем рассматривать отдельные нити и не думать о двойной спирали.

When we synthesize it, it comes single-stranded,

При синтезировании мы получаем однонитевые структуры,

so we can take the blue strand in one tube

поэтому мы можем взять синюю нить в одной пробирке,

and make an orange strand in the other tube,

и сделать оранжевую нить – в другой;

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

они гибкие, пока находятся по отдельности.

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

Но если их перемешать, они составят негнущуюся двойную спираль.

Now for the last 25 years,

За последние 25 лет

Ned Seeman and a bunch of his descendants

Нед Симан и целый ряд его последователей

have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures

очень интенсивно потрудились и создали трёхмерные структуры,

using this kind of reaction of DNA strands coming together.

используя эту реакцию ДНК на перемешивание.

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

Однако многие из их, в общем-то, элегантных подходов требуют много времени.

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

Может понадобиться несколько лет, или их может быть тяжело проектировать.

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

И вот пару лет назад, я предложил новый метод,

I call DNA origami

который я назвал ДНК-оригами.

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

Он настолько прост, что вы можете этим заниматься дома на кухне,

and design the stuff on a laptop.

и спроектировать всё на портативном компьютере.

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

Однако, для этого нужна очень длинная нить ДНК,

which is technically very difficult to get.

а её технически очень трудно получить.

So, you can go to a natural source.

Можно обратиться к естественному источнику.

You can look in this computer-fabricated artifact,

Можно заглянуть внутрь этого продукта работы компьютера,

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

но его 2-х-нитевой геном ничего не даст.

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

Можно заглянуть внутрь его кишечного тракта, где есть

They're no good either.

миллиарды бактерий – тоже без толку.

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

Опять двойные нити, но внутри они заражены вирусом,

that has a nice, long, single-stranded genome

который имеет прекрасный, длинный, однонитевой геном.

that we can fold like a piece of paper.

Мы можем сложить его как лист бумаги,

And here's how we do it.

и вот как мы это делаем.

This is part of that genome.

Это – часть того генома.

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

Мы добавляем серию коротких синтетических ДНК, которые я назвал «скрепками».

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

Каждая из них имеет левую половинку, которая стыкуется с длинной нитью в одном пункте,

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

и правую половинку, которая стыкуется с ней в другом пункте,

and brings the long strand together like this.

и завязывает длинную нить примерно так.

The net action of many of these on that long strand

Результатом воздействия многих скрепок на длинную нить

is to fold it into something like a rectangle.

является укладка её в нечто типа прямоугольника.

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

Киносъёмку этого процесса сделать невозможно,

but Shawn Douglas at Harvard

но Шон Дуглас в Гарварде

has made a nice visualization for us

создал для нас хорошую визуализацию,

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

которая начинается с длинной нити и нескольких коротких нитей.

And what happens is that we mix these strands together.

Наши действия состоят в перемешивании этих нитей.

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

Нагреваем, добавляем немного соли,

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

нагреваем почти до кипения, охлаждаем,

and as we cool them down,

и по мере охлаждения

the short strands bind the long strands

короткие нити стыкуются с длинными

and start to form structure.

и начинают формировать структуру.

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

Здесь видно начало формирования двойной спирали.

When you look at DNA origami,

Если посмотреть на ДНК-оригами,

you can see that what it really is,

то можно увидеть, что на самом деле,

even though you think it's complicated,

даже если это покажется сложным,

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

здесь – серия параллельных друг другу двойных спиралей,

and they're held together

удерживаемых вместе через те пункты,

by places where short strands go along one helix

где короткие нити идут вдоль одной спирали,

and then jump to another one.

но затем перепрыгивают на другую.

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

Так что, вот нить, которая идёт вот так, идёт вдоль одной спирали и стыкуется,

it jumps to another helix and comes back.

перепрыгивает на другую спираль и возвращается,

That holds the long strand like this.

и это удерживает длинную нить вот таким образом.

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

Чтобы доказать, что мы можем создать какую угодно форму и фигуру,

that we wanted, I tried to make this shape.

я попробовал вот эту форму.

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

Я хотел, чтобы ДНК уложилась вот так: вверх к глазу,

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

вниз по носу, вверх по носу, вокруг лба,

back down and end in a little loop like this.

обратно вниз и кончик в виде такой вот петельки.

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

Идея была в том, что если удастся это, то удастся и всё, что угодно.

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

А потому я заставил компьютерную программу спроектировать для этой цели короткие «скрепки».

I ordered them; they came by FedEx.

Я заказал их, получил по [срочной почте] FedEx

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

перемешал, подогрел, охладил,

and I got 50 billion little smiley faces

и получил 50 миллиардов смайликов,

floating around in a single drop of water.

свободно плавающих в одной капле воды.

And each one of these is just

Каждая из них имеет размер,

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

представьте себе, в одну тысячную толщины человеческого волоса.

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

Вот все они плавают в растворе, но, чтобы их увидеть,

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

надо сделать так, чтобы они прилипли к какой-нибудь поверхности.

So, you pour them out onto a surface

А потому мы выливаем их на поверхность,

and they start to stick to that surface,

и они начинают к ней прилипать,

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

а мы делаем съёмку с помощью атомно-силового микроскопа.

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

Он оснащён иглой, подобно проигрывателю,

that goes back and forth over the surface,

которая ходит взад-вперёд по поверхности,

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

и, сталкиваясь с неровностями, чувствует высоту первой поверхности.

It feels the DNA origami.

Он чувствует ДНК-оригами.

There's the atomic-force microscope working

Вот атомно-силовой микроскоп в действии,

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

вам видно, что результат грубоват.

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

Если увеличить, то видно, как

weak jaws that flip over their heads

слабые челюсти взлетели выше головы,

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

некоторые носы разбиты, но всё же неплохо.

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

Приблизившись ещё, можно даже увидеть маленькую петлю,

this little nano-goatee.

в виде нано-бородки.

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

Самое лучшее в этом – то, что это способен создать каждый.

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

Примерно через год после того, как мне удалось это сделать, я получаю вот что

Anyone know what this is? What is it?

от неизвестного мне отправителя. Кто знает, что это?

It's China, right?

Это – Китай.

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

Одна китайская студентка магистратуры, по имени Лулу Цзянь,

Lulu Qian, did a great job.

сделала прекрасную вещь.

She wrote all her own software

Она сама написала программу

to design and built this DNA origami,

для проектирования и создала это ДНК-оригами,

a beautiful rendition of China, which even has Taiwan,

красивое изображение Китая, на котором даже есть Тайвань.

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

Видно, что его держат на самом, по-видимому, коротком в мире поводке.

(Laughter)

(Смех) [ревностность реакции КНР на Тайвань]

So, this works really well

Итак, это прекрасно функционирует

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

и мы можем создавать фигуры и формы.

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

Можно создать карту двух Америк, надпись ДНК с помощью ДНК.

And what's really neat about it --

Самая прекрасная сторона в этом…

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

вообще-то всё это похоже на произведения искусства нано-размеров,

but it turns out that nano-artwork

но дело в том, что нано-искусство –

is just what you need to make nano-circuits.

это и есть всё, что надо для создания нано-схем.

So, you can put circuit components on the staples,

Значит, можно поставить компоненты схем на скрепки,

like a light bulb and a light switch.

подобно лампочке и переключателю,

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

запустить процесс сборки и получить некую схему.

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

А потом, может быть, удастся смыть ДНК и получить в осадке схему.

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

Это и сделали мои коллеги в Калтехе.

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

Они взяли ДНК-оригами, организовали углеродные нано-пробирки,

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

сделали вот тут маленький переключатель, соединили его,

tested it and showed that it is indeed a switch.

протестировали и убедились, что это действительно переключатель.

Now, this is just a single switch

Так вот, это – всего лишь один переключатель,

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

а для компьютера нужно полмиллиарда, так что ещё есть, над чем поработать.

But this is very promising

Но это многообещающе,

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

потому что оригами может создать элементы размера 1/10 того,

of those in a normal computer.

что имеется в обычном компьютере.

So it's very promising for making small computers.

Значит, это очень перспективно для создания малых компьютеров.

Now, I want to get back to that compiler.

Теперь я вернусь к компилятору.

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

ДНК-оригами является доказательством того, что компилятор на самом деле работает.

So, you start with something in the computer.

Итак, запускаем что-то в компьютере.

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

Получаем высокоуровневое описание программы,

a high-level description of the origami.

высокоуровневое описание оригами.

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

Можно скомпилировать его в молекулы, послать всё на синтезатор,

and it actually works.

и это всё на самом деле функционирует.

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

Как оказалось, одна фирма создала прекрасную программу

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

намного лучше моей, совершенно некрасивой на вид.

and will allow us to do this in a nice,

Их программа позволяет работать с помощью

visual, computer-aided design way.

красивого, визуального интерфейса.

So, now you can say, all right,

Теперь возникает вопрос: если всё так прекрасно,

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

почему же дело не кончается на ДНК-оригами?

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

У вас есть молекулярный компьютер, теперь вы можете делать всё, что угодно.

The fact is that it does not scale.

Проблема в том, что результаты не масштабируются.

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

Например, для создания человека из ДНК-оригами, потребуется

the problem is, you need a long strand

очень длинная нить,

that's 10 trillion trillion bases long.

в 10 триллионов триллионов основ.

That's three light years' worth of DNA,

Это – ДНК длиной в 3 световых года,

so we're not going to do this.

то есть просто нереально.

We're going to turn to another technology,

И мы обращаемся к другой технологии, которая называется

called algorithmic self-assembly of tiles.

алгоритмическая самосборка плиток.

It was started by Erik Winfree,

Начало ей дал Эрик Уинфри,

and what it does,

и вот что она делает.

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

Имеются плитки размером 1/100 от ДНК-оригами,

You zoom in, there are just four DNA strands

увеличив, мы видим лишь 4 нити ДНК,

and they have little single-stranded bits on them

на которых есть маленькие однонитевые кусочки.

that can bind to other tiles, if they match.

Они могут, если найдут себе пару, состыковать одну плитку с другой.

And we like to draw these tiles as little squares.

Эти плитки мы будем рисовать как квадратики.

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

Если приглянуться к их липким краям, к этим кусочкам ДНК,

you can see that they actually form a checkerboard pattern.

то можно видеть, что они располагаются в шахматном порядке.

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

Значит, эти плитки образуют сложную само-собирающуюся шахматную доску.

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

Если вы ещё не догадались, смысл этого в том, что

is that tiles are a kind of molecular program

плитки – это нечто типа молекулярной программы,

and they can output patterns.

и они производят фигуры.

And a really amazing part of this is

А самое потрясающее – это то,

that any computer program can be translated

что любая компьютерная программа может быть преобразована

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

в одну их этих плиточных программ, – в частности, такова программа подсчёта.

So, you can come up with a set of tiles

Значит, можно получить набор плиток,

that when they come together, form a little binary counter

которые будучи собранными вместе образуют маленький бинарный счётчик,

rather than a checkerboard.

а не просто шахматную доску.

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

То есть, можно с неё считывать бинарные числа: пять, шесть и семь.

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

И чтобы правильно начать этот тип вычислений,

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

нужны исходные данные, нужно нечто типа семени.

You can use DNA origami for that.

Для этого можно использовать ДНК-оригами.

You can encode the number 32

Можно закодировать число 32

in the right-hand side of a DNA origami,

в правой части ДНК-оригами,

and when you add those tiles that count,

и, когда подсчитывающие плитки будут складываться,

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

они начнут подсчёт, прочитают число 32

and they'll stop at 32.

и на 32 остановятся.

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

Значит, мы нашли способ

to have a molecular program know when to stop going.

заставить молекулярную программу понять, когда остановить рост.

It knows when to stop growing because it can count.

Она понимает, когда надо остановить рост, потому что она умеет считать.

It knows how big it is.

Она знает, насколько она велика.

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

Это – ответ на первый вопрос, о котором я говорил.

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

Однако это ничего не говорит нам о том, как же дети делают это.

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

Теперь мы можем использовать эту программу подсчёта и попытаться получить более крупные вещи,

than DNA origami could otherwise.

чем с помощью только ДНК-оригами.

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

Вот – ДНК-оригами. Мы можем

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

вписать число 32 с обоих концов ДНК-оригами,

and we can now use our watering can

использовать нашу лейку,

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

начать взращивать плитки

and create a square.

и создать квадрат.

The counter serves as a template

Счётчик служит шаблоном

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

для заполнения пространства посередине этой штуки.

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

Значит, теперь нам удалось сделать нечто

in making something much bigger than a DNA origami

намного большее, чем ДНК-оригами

by combining DNA origami with tiles.

путём комбинирования ДНК-оригами с плитками.

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

И тут есть еще одно хорошее свойство – всё это поддаётся перепрограммированию.

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

Можно просто изменить пару нитей ДНК в этом бинарном представлении,

and you'll get 96 rather than 32.

и вместо 32 получить 96.

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

Если так сделать, то оригами останется того же размера,

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

но полученный квадрат будет в три раза больше.

So, this sort of recapitulates

Итак, это сводит вместе всё то, что

what I was telling you about development.

я говорил о развитии.

You have a very sensitive computer program

Имеется очень чувствительная компьютерная программа,

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

где малые изменения – единичные, малейшие мутации –

can take something that made one size square

превращают то, что производило квадрат одного размера

and make something very much bigger.

в нечто, выдающее квадрат намного больший.

Now, this -- using counting to compute

Так вот, использование программы подсчёта для вычисления

and build these kinds of things

и построения такого рода вещей

by this kind of developmental process

путём подобного процесса развития

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

имеет отношение вопросу, поставленному Крейг Вентером.

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

Можно спросить, а сколько нитей ДНК потребуется

to build a square of a given size?

для построения квадрата заданной длины?

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

Если нужно построить квадраты размеров 10, 100 или 1000

if we used DNA origami alone,

и разрешается использовать только ДНК-оригами,

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

то число нитей ДНК, которые потребуются для создания квадрата

of the size of that square;

равно квадрату его размера,

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

то есть 100, 10 тысяч или 1 миллион нитей ДНК.

That's really not affordable.

Ясно, что это – вне пределов досягаемости.

But if we use a little computation --

Но если воспользоваться небольшими вычислениями –

we use origami, plus some tiles that count --

если использовать ДНК-оригами плюс несколько плиток со счётчиком –

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

то тогда можно обойтись числом в 100, 200 или 300 нитей ДНК.

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

Таким образом, число нитей ДНК можно экспоненциально сократить при помощи

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

программы подсчёта, при помощи небольших вычислений.

And so computation is some very powerful way

То есть, вычисление представляет собой очень мощный способ

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

сокращения числа необходимых для построения молекул,

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

сокращения размера создаваемого генома.

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

И наконец, я возвращаюсь к этой сумасбродной идее о том,

about computers building computers.

что компьютеры строят компьютеры.

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

Если взглянуть на созданный из оригами квадрат

and some counters growing off it,

и на взращенные на нём программы подсчёта,

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

то можно увидеть, что его структура – это в точности структура,

to make a memory.

нужная для создания памяти компьютера.

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

Значит, если присовокупить к плиткам провода и переключатели,

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

то есть, использовать скрепки не для нитей, а для плиток,

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

то они будут само-собираться в довольно сложные схемы:

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

демультиплексные схемы, необходимые для адресации этой памяти.

So you can actually make a complicated circuit

Значит, при помощи небольших вычислений

using a little bit of computation.

можно создать сложные схемы.

It's a molecular computer building an electronic computer.

Вот как молекулярный компьютер строит электронный компьютер.

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

Теперь вы меня спросите, а насколько далеко мы продвинулись в этом деле?

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

Вот – экспериментальный результат прошлого года.

Here is a DNA origami rectangle,

Это – прямоугольник ДНК оригами,

and here are some tiles growing from it.

а это – взращенные на нём плитки.

And you can see how they count.

Можете посмотреть, как они считают.

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

Один, два, три, четыре, пять, шесть, девять, 10, 11, 12, 17.

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

Ошибки налицо, но, по крайней мере, правильное направление счёта.

(Laughter)

(Смех)

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

Дело в том, что эти идеи у нас были ещё девять лет назад.

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

Это даёт вам представление о константе времени, о том, сколь долго нужно

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

для такого рода вещей, и я считаю, что мы продвинулись далеко.

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

Мы представляем себе, как можно будет исправить эти ошибки.

And I think in the next five or 10 years,

И в следующие 5-10 лет, как я думаю,

we'll make the kind of squares that I described

мы создадим описанные мною плитки

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

и, может быть даже, доберёмся до самосборочных схем.

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

Итак, что же я хотел донести до вас в этом выступлении?

I want you to remember that

Я хотел бы, чтобы вы помнили, что

to create life's very diverse and complex forms,

при создании разнообразия и сложности своих форм,

life uses computation to do that.

жизнь использует вычисления.

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

Используемые вычисления – это молекулярные вычисления,

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

а для их понимания, для более полного управления,

as Feynman said, you know,

нужно, как говорил Фейнман, строить:

we need to build something to understand it.

«Что не могу воспроизвести, того не понимаю».

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

Вот мы и собираемся использовать молекулы и преобразовать эту штуку,

rebuild everything from the bottom up,

перестроить всё снизу вверх,

using DNA in ways that nature never intended,

применяя ДНК так, как природа никогда и не предполагала,

using DNA origami,

применяя ДНК-оригами

and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.

и ДНК-оригами для выращивания алгоритмической самосборки.

You know, so this is all very cool,

Всё это очень круто, конечно,

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

но я хотел бы, чтобы вы вынесли из этого выступления,

hopefully from some of those big questions,

из этих больших, как я надеюсь, вопросов,

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

понимание того, что молекулярное программирование не сводится к созданию очередных технических ухищрений.

It's not just making about --

Эта область не просто создаёт

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

самосборочные телефоны и схемы.

What it's really about is taking computer science

На самом деле молекулярное программирование начинает с того,

and looking at big questions in a new light,

что представляет крупные проблемы науки вычислений в новом свете,

asking new versions of those big questions

ставит вопросы по-новому, в попытке понять,

and trying to understand how biology

как биология может создавать

can make such amazing things. Thank you.

такие изумительные создания. Благодарю вас.

(Applause)

(Аплодисменты)