Paul Rothemund: Casting spells with DNA

Перекладач: Olena Sovyn Утверджено: Khrystyna Romashko

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

З давніх давен існує універсальна ідея про те, що слова мають силу,

that spells exist,

силу заклинання, тобто, якщо промовити потрібні слова,

and that if we could only pronounce the right words,

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

то зі свистом зійде лавина

and wipe out the hobbits, right?

і змете все навколо. Думка доволі приваблива,

So this is a very attractive idea,

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

адже кожен із нас лінивий, як Учень Чарівника, чи як

or the world's greatest computer programmer.

найвидатніший в світі програміст [на фото – Лінус Торвальдс]

This idea has a lot of traction with us.

Ця думка набула серед нас поширення.

We love the idea that words, when pronounced,

Нам сподобалось, що сказане слово -

are little more than pure information,

а слова - це лиш трохи більше, аніж чиста інформація - викликає

but they evoke physical action in the real world

фізичну дію в реальному світі

that helps us do work.

і допомагає нам чогось добитись.

Звісно, при надлишку комп'ютерів та роботів

So, of course, with lots of programmable computers

and robots around,

це неважко собі уявити.

this is an easy thing to picture.

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

Хто розуміє, про що йде мова - підніміть

Raise your right hand.

праву руку. Прекрасно.

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

Хто не розуміє, про що мова - підніміть ліву руку. Прекрасно.

Raise your left hand.

Дуже добре. Це було зовсім не складно.

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

You guys have very insecure computers, OK?

Скажу вам, що ваші комп'ютери дуже ненадійні.

Справа в тому, що мова іде про зовсім інше заклинання - про складену

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

This is a computer program made of zeros and ones.

з нулів та одиниць програму.

Його можна "промовити" на комп'ютері і воно створить, наприклад, ось це.

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

А головне - його можна записати на мові високого рівня.

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

Комп'ютерний чарівник може написати заклинання,

A computer magician can write this thing.

воно буде скомпільовано в нулі та одиниці і буде

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

"промовлено" на комп'ютері.

And that's what makes computers powerful,

Сила комп'ютерів в тому, що

these high-level languages that can be compiled.

вони можуть компілювати мови високого рівня.

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

Так я вам ось що скажу: для заклинання

to actually have a spell.

комп'ютери зовсім не потрібні. Насправді,

In fact, what you can do at the molecular level

інформацію можна кодувати на молекулярному рівні -

is that if you encode information --

you encode a spell or program as molecules --

заклинання чи програма кодується у вигляді молекул -

then physics can actually directly interpret that information

а потім фізичні властивості інтерпретують інформацію напряму,

and run a program.

в результаті чого запускається програма. Так працює білок.

It's what happens in proteins.

When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms,

Коли ця послідовність амінокислот "промовляє"

these little letters are sticky for each other.

у вигляді атомів - а ці букви між собою склеюються, - то

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

послідовність звертається в трьохвимірну форму, яка перетворюється

that actually cuts DNA.

в нано-механізм по розрізанню ДНК.

The interesting thing is that if you change the sequence,

Цікаво, що коли змінити послідовність, то вона

you change the three-dimensional folding.

звернеться в іншу трьохвимірну форму. і тепер уже перетвориться

You get, now, a DNA stapler, instead.

в механізм по скріплюванню ДНК. Такий тип молекулярної програми

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

ми і хочемо навчитись писати.

The problem is, we don't know

Але проблема в тому, що ми не знаємо машинної мови для білків,

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

у нас немає компілятора для білків.

So I've joined a growing band of people

Я приєднався до спільноти, що росте і намагається створити

that try to make molecular spells using DNA.

молекулярне заклинання з допомогою ДНК. Цікавість до ДНК викликана тим, що вона дешевша,

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

it's something we understand really well --

з нею легше працювати і її будова достатньо зрозуміла.

Настільки зрозуміла, що ми готові створювати

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

programming languages for DNA and have molecular compilers.

мови програмування для ДНК і молекулярні компілятори.

So then, we think we can do that.

Ми вважаємо, що це можливо. А тому одне з моїх перших запитань було:

One of my first questions doing this was:

Як можна згорнути ДНК

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

в довільну форму чи структуру? Я вирішив скористатись

I decided to use a type of DNA origami,

чимось типу ДНК орігамі: береш довгу нитку ДНК

where you take a long strand of DNA

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

і складаєш в яку-небудь форму чи структуру.

So here's a shape.

Ось, наприклад, форма. Над створенням коду мені довелось приблизно рік попотіти вдома,

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

в нижній білизні - точнісінько, як Лінус Торвальдс на одній із фотографій перед цим.

like Linus [Torvalds], in that picture before.

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

Отож, задається форма і програма складає 250 коротких послідовностей

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

ДНК, які в подальшому згорнуть довгу нитку ДНК в потрібну форму.

into this shape that we want to make.

Є компанія, яка займається ось чим. Надсилає електронний лист

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

зі своєю послідовністю і вони її "промовляють"

to a company,

and the company pronounces them on a DNA synthesizer,

на синтезаторі ДНК.

a machine about the size of a photocopier.

Цей прилад, розміром з фотокопіювальну машину,

And they take your e-mail,

заміняє кожну вказану в повідомленні літеру

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

на набір з 30-ти атомів, для кожної літери свій:

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

A, T, C, і G - як в ДНК. Вибудовані в потрібній послідовності набори

They string them up in the right sequence,

and then they send them back to you via FedEx.

відсилаються терміновою поштою FedEx.

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

В посилці їх 250 штук в пробірках.

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

Перемішуєш, заливаєш трохи солоної води,

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

додаєш ту довгу нитку, про яку я говорив -

that I've stolen from a virus.

я її вилучив у вірусу. Потім нагріваєш суміш майже до кипіння,

And then what happens is,

you heat this whole thing up to about boiling.

охолоджуєш до кімнатної температури і,

You cool it down to room temperature,

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

по міри вистигання,

короткі нитки роблять ось що:

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

кожна скріплюється з довгою ниткою в певному місці одним кінцем,

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

а другим кінцем - з іншою частиною тієї ж довгої нитки,

and brings those two parts of the long strand

так, що зводить дві частини довгої нитки докупи

close together so they stick together.

і вони склеюються.

So the net effect of all 250 of these strands

В результаті 250 коротких ниток складають

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

довгу нитку у відповідну форму і виходить

It'll approximate that shape.

наближення до заданої форми. Ми реально досягаємо його в пробірці.

We do this for real, in the test tube.

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

В кожній краплі води - 50 мільярдів таких штучок.

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

Через мікроскоп можна побачити їх на поверхні.

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

Особливо цікава

можливість змінити заклинання - це змінить послідовність з'єднань.

just change the sequence of the staples,

you can make a molecule that looks like this.

Можна зробити молекулу такого виду і, виявляється,

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

вони прагне бовтатись із собі подібними. Багато з них

A lot of them are actually pretty good.

вийшли доволі непогано.

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

Знову зміниш заклинання - знову зміниться послідовність і

you get really nice, 130-nanometer triangles.

отримаєш прекрасні трикутники довжиною в 130 нанометрів. Зміни ще раз -

If you do it again,

you can get arbitrary patterns.

отримаєш довільну форму. Можна на фоні прямокутника

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

намалювати образ Північної та Південної Америки, чи слова "ДНК".

or the words, "DNA."

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

Ось що таке ДНК орігамі. Це один із способів - а їх багато -

There are many ways of casting molecular spells using DNA.

робити молекулярні заклинання з допомогою ДНК.

What we really want to do in the end

Насправді наша кінцева ціль - навчитись програмувати

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

самоупорядкування, що відкриє можливість будувати що завгодно.

We want to be able to build technological artifacts

Ми хочемо будувати об'єкти технологій -

that are maybe good for the world.

від цього буде користь всім.

We want to learn how to build biological artifacts,

Хочемо навчитись будувати об'єкти біології - людей, китів, дерева.

like people and whales and trees.

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

І якщо нам вдасться досягнути такого рівня складності,

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

якщо наша здатність програмувати молекули буде настільки успішною,

then that will truly be magic.

то це справді стане чарами. Дякую вам.

Thank you very much.

(Оплески)

(Applause)