حسناً, الكثيرون يتناقشون حول تعريف للحياة. يتسألون هل تعريف الحياة يعتمد على التكاثر, الأيض, أم التطور. وأنا لا أدري ماهي الإجابة ... فلن أخبركم بهذا. ولكن سأقول أن الحياة تعتمد على الحسابات فهذا هو برنامج كمبيوتر. حمله إلى خلية ما , والبرنامج سينفذ وممكن أن ينتج هذا الشخص و أي تغيير صغير, يمكن أن ينتج هذا الشخص.. أو تغيير صغير آخر سينتج هذا الشخص, أو بتغيير أكبر نحصل على كلب أو هذه الشجرة, أو هذا الحوت.
So, people argue vigorously about the definition of life. They ask if it should have reproduction in it, or metabolism, or evolution. And I don't know the answer to that, so I'm not going to tell you. I will say that life involves computation. So this is a computer program. Booted up in a cell, the program would execute, and it could result in this person; or with a small change, it could result in this person; or another small change, this person; or with a larger change, this dog, or this tree, or this whale.
حسناً الآن لنأخذ هذا التشبيه فخريطة الجينات البشرية هي كالبرنامج. عليكم التفكير في أن كريس أندرسون هو تحفة مصنوعة عن طريق الكمبيوتر كما هو جيم واتسون وكريج فينتر أيضاً ,و كلنا كذلك. وبالإعتقاد بأن هذا التشبيه حقيقي نكتشف أن هناك الكثير من التشابه بين عمل الجينات وبرنامج الكمبيوتر, هذا سيساعدكم على الاقتناع. ولكن ربما ماهو مقنع أكثر هو الحساسية لأصغر التغييرات والتي تستطيع أن تحدث تغييرات كبيرة في المنتج. طفرة صغيرة ممكن أن تحدث في ذبابة ذات جناحين وتجعلها بأربع أجنحة أو تجعل للذبابة أرجل مكان قرون الاستشعار. أو لو تعرفون الأميرة العروس, بإمكاننا صنع رجل له ستة أصابع في يده,
So now, if you take this metaphor [of] genome as program seriously, you have to consider that Chris Anderson is a computer-fabricated artifact, as is Jim Watson, Craig Venter, as are all of us. And in convincing yourself that this metaphor is true, there are lots of similarities between genetic programs and computer programs that could help to convince you. But one, to me, that's most compelling is the peculiar sensitivity to small changes that can make large changes in biological development -- the output. A small mutation can take a two-wing fly and make it a four-wing fly. Or it could take a fly and put legs where its antennae should be. Or if you're familiar with "The Princess Bride," it could create a six-fingered man.
السمة المميزة لبرامج الكمبيوتر هي هذه الحساسية لأصغر التغييرات فلو كان حسابك البنكي يحتوي على دولار واحد, وتم تغير رقم واحد فحسب , بإمكانك أن تحصل على ألف دولار إذاً هذه التغييرات الصغيرة أعتقد أنها.. تشير إلى أن حسابات معقدة هي التي تؤدي إلى إحداث وتضخيم هذه التغييرات.
Now, a hallmark of computer programs is just this kind of sensitivity to small changes. If your bank account's one dollar, and you flip a single bit, you could end up with a thousand dollars. So these small changes are things that I think that -- they indicate to us that a complicated computation in development is underlying these amplified, large changes.
لذلك, كل هذا يشير إلى وجود برامج جزيئية لتأسيس علم الأحياء, وعلم الأحياء يدل على قوة هذه البرامج الجزيئية. وماأريد أن أفعله هو كتابة برنامج جزيئي, بهدف بناء هذه التكنولوجيا. وهناك العديد من الأشخاص الذين يعملون على ذلك. الكثير من خبراء البيولوجيا الصناعية يعملون على ذلك مثل كريغ فينتر وهم يركزون على استعمال الخلايا. هم مهتمون أكثر بالخلايا. حسناً العديد من أصدقائي المبرمجين الجزيئيين وأنا, لدينا مخطط مبني على نظرة حيوية جزيئية. نحن مهتمون بالحمضين النووي الريبوزي والديوكسي رايبوزي بالإضافة إلى البروتينات, وإنشاء لغات مختلفة لبناء الأشياء من القاعدة إلى القمة, باستخدام الجزيئات الحيوية, بدون اللجوء إلى العملية الحيوية الطبيعية. حسناً هذه هي كل المعدات في الخلية. هناك كاميرا. هناك ألواح شمسية في الخلية وهناك بعض الأزرار لتشغيل الجين أو تعطيله, دعامات الخلية وهي المحركات التي تحرك عضلاتك. فريقي الصغير من الباحثين هم مبرمجون جزيئيون وهم يحاولون تغيير هذه الأجزاء من الحمض النووي الديوكسي رايبوزي نحن مهوسو حمض نووي والحمض النووي هو الأرخص, والأسهل في الفهم و الأسهل للاستخدام لبرمجة المواد لفعل هذا والأشياء الأخرى تصبح أسهل للاستعمال... ربما البروتين أيضاً... سوف نعمل على هذه الأشياء.
So now, all of this indicates that there are molecular programs underlying biology, and it shows the power of molecular programs -- biology does. And what I want to do is write molecular programs, potentially to build technology. And there are a lot of people doing this, a lot of synthetic biologists doing this, like Craig Venter. And they concentrate on using cells. They're cell-oriented. So my friends, molecular programmers, and I have a sort of biomolecule-centric approach. We're interested in using DNA, RNA and protein, and building new languages for building things from the bottom up, using biomolecules, potentially having nothing to do with biology. So, these are all the machines in a cell. There's a camera. There's the solar panels of the cell, some switches that turn your genes on and off, the girders of the cell, motors that move your muscles. My little group of molecular programmers are trying to refashion all of these parts from DNA. We're not DNA zealots, but DNA is the cheapest, easiest to understand and easy to program material to do this. And as other things become easier to use -- maybe protein -- we'll work with those.
لو نجحنا, كيف ستبدو البرمجة الجزيئية؟ سوف تجلس أمام كمبيوترك. سوف تقوم بتصميم شيء كالهاتف الجوال مثلاً, وبلغة عالية المستوى في التخصص سوف تصف هذا الهاتف الجوال. سوف تحتاج لمجمع والمجمع سوف يأخذ الوصف للهاتف الجوال وسوف يحول الوصف والمعلومات إلى جزيئات حقيقية تنتقل هذه الجزيئات إلى المصنّع والمصنع سوف يضم الجزيئات كبذرة, ومايحدث عند سقاية البذور والعناية بها بشكل سليم, هو أنها سوف تقوم بحسابات تطويرية حسابات جزئيئة و سوف تبني جهاز حاسوب الكتروني. ولو لم أظهر ميولي وتعصبي بعد, أعتقد أن الحياة هي عبارة عن كمبيوترات وحاسوبات جزيئية تبني كمبيوترات كهروكيميائية و كمبيوترات الكترونية ومع بعضهم سوف يبنون كمبيوترات جزيئية وبدورها تبني كمبيوترات إلكترونية وما إلى ذلك.
If we succeed, what will molecular programming look like? You're going to sit in front of your computer. You're going to design something like a cell phone, and in a high-level language, you'll describe that cell phone. Then you're going to have a compiler that's going to take that description and it's going to turn it into actual molecules that can be sent to a synthesizer and that synthesizer will pack those molecules into a seed. And what happens if you water and feed that seed appropriately, is it will do a developmental computation, a molecular computation, and it'll build an electronic computer. And if I haven't revealed my prejudices already, I think that life has been about molecular computers building electrochemical computers, building electronic computers, which together with electrochemical computers will build new molecular computers, which will build new electronic computers, and so forth.
ولو صدقت كل هذا, وكنت تعتقد أن الحياة هي عبارة عن حسابات كما أفعل, عندها ستنظر للأسئلة المهمة من وجهة نظر مبرمجي الكمبيوتر. وهذا السؤال الكبير هو كيف يعرف الطفل متى يتوقف عن النمو؟ وبالنسبة للمبرمج الجزيئي, السؤال هو كيف يعرف هاتفك الجوال متى يتوقف عن النمو؟ (ضحك) أو كيف يعرف برنامج الكمبيوتر متى يتوجب عليه التوقف عن العمل ؟ أو سؤال مباشر أكثر. كيف تعرف ما إذا كان البرنامج سوف يتوقف؟ هناك العديد من الأسئلة كهذه أيضاً. واحد من تلك الأسئلة هو سؤال كريج فنتر. يبدو أنه فعلاً مبرمج كمبيوتر. هو سأل ما هو حجم أصغر جينوم بحيث يعطي أصغر كائن حي؟ كيف نستطيع استخدام عدد قليل من الجينات؟ هذا مماثل للسؤال , ما هو أصغر برنامج أستطيع كتابته والذي سيتصرف تماماً مثل مايكروسوفت وورد؟ (ضحك) وعندما هو يبرمج مستهدفاً الحصول على البكتيريا الصغيرة هو يصنع في الحقيقة على جينوم فعال, باستطاعتنا كتابة برامج أصغر بإمكانه عمل مايعمله مايكروسوفت وورد.
And if you buy all of this, and you think life is about computation, as I do, then you look at big questions through the eyes of a computer scientist. So one big question is, how does a baby know when to stop growing? And for molecular programming, the question is how does your cell phone know when to stop growing? (Laughter) Or how does a computer program know when to stop running? Or more to the point, how do you know if a program will ever stop? There are other questions like this, too. One of them is Craig Venter's question. Turns out I think he's actually a computer scientist. He asked, how big is the minimal genome that will give me a functioning microorganism? How few genes can I use? This is exactly analogous to the question, what's the smallest program I can write that will act exactly like Microsoft Word? (Laughter) And just as he's writing, you know, bacteria that will be smaller, he's writing genomes that will work, we could write smaller programs that would do what Microsoft Word does.
ولكن للبرمجة الجزيئية ، سؤالنا هو ؟ كم عدد الجزيئات التي نحتاجها لوضعها في البذور للحصول على الهاتف الخليوي؟ ما هو أصغر عدد بإمكاننا أن نعتمد عليه ؟ الأن , هذه هي الأسئلة الكبيرة في علوم الكمبيوتر. كل هذه اسئلة معقدة .. وعلوم الكمبيوتر يخبرنا أن هذه هي الأسئلة الصعبة جدا تقريبا -- وكثير منها من المستحيل. ولكن بالنسبة لبعض المهام ، يمكن أن نبدأ في الإجابة عليها. وهكذا ، وانا سوف أبدء بطرح هذه الأسئلة خلال تحدثي عن هياكل الحمض النووي هكذا ، وهذا هو الحمض النووي المعتاد ، ما تظنوننه الحمض النووي المعتاد انه اللولب المزدوج المنطبق لديه ازواج من ( الثايمين Thymine وتختصر T , السايتوسين Cytosine وتختصر C , أدينين Adenine وتختصر A , غوانين Guanine وتختصر G ) وسوف ارسمه بهذه الشاكلة لكي لا أخيفكم ونحن نريد أن ننظر إلى خيوط فردية وليس التفكير في اللولب المزدوج وعندما نقوم بفك ذلك ، فإنه سنحصل على صف واحد ، حتى نتمكن من اتخاذ الوتر الازرق في أنبوب واحد والوتر البرتقالي في انبوب آخر وهم ذوي مرونة جيدة في حال كانوا في حالة غير مزدوجة ومن ثم يمكن خلطهم سوية لكي نحصل على لولب مزدوج صلب الآن على مدى السنوات ال 25 الماضية نيد سيمان وحفنة من زملائه عملوا بمجهود كبير لكي يصنعوا هذه المجسمات ثلاثية الابعاد ياستخدام ردات فعل الحمض النووي هذه التي تجعله يتصل فيما بينه والعديد من تلك المجسمات " الأنيقة " أخذت وقتاً طويلاً بعضها استغرق عامين من اجل تصميمه
But for molecular programming, our question is, how many molecules do we need to put in that seed to get a cell phone? What's the smallest number we can get away with? Now, these are big questions in computer science. These are all complexity questions, and computer science tells us that these are very hard questions. Almost -- many of them are impossible. But for some tasks, we can start to answer them. So, I'm going to start asking those questions for the DNA structures I'm going to talk about next. So, this is normal DNA, what you think of as normal DNA. It's double-stranded, it's a double helix, has the As, Ts, Cs and Gs that pair to hold the strands together. And I'm going to draw it like this sometimes, just so I don't scare you. We want to look at individual strands and not think about the double helix. When we synthesize it, it comes single-stranded, so we can take the blue strand in one tube and make an orange strand in the other tube, and they're floppy when they're single-stranded. You mix them together and they make a rigid double helix. Now for the last 25 years, Ned Seeman and a bunch of his descendants have worked very hard and made beautiful three-dimensional structures using this kind of reaction of DNA strands coming together. But a lot of their approaches, though elegant, take a long time. They can take a couple of years, or it can be difficult to design.
من عامين خرجت بنظرية أسميتها أوريجامي الحمض النووي انها بسيطة جداً ويمكن استخدامها في مطبخ منزلك ويمكنك تصميمه على الحاسوب ولكن لكي تقوم بذلك .. عليك ان تملك شريط طويل من الحمض النووي وهو أمرٌ بالغ الصعوبة يجب البحث عنه في المصادر الطبيعية عندما تنظر الى هذه الصور الحاسوبية المعدة للعملية ترى شريط جينييون مزدوج .. وهو لاينفع وعندما تنظر الى الامعاء .. ترى مليارات البكتريا وهذا لا ينفع ايضاً وها هي الاشرطة المزدوجة مرة أخرى .. عندما تحقن فيروس في شريط فردي من الجينيوم الطويل يمكننا طيه كما يطوى الورق وهاهي وسيلة القيام بذلك
So I came up with a new method a couple of years ago I call DNA origami that's so easy you could do it at home in your kitchen and design the stuff on a laptop. But to do it, you need a long, single strand of DNA, which is technically very difficult to get. So, you can go to a natural source. You can look in this computer-fabricated artifact, and he's got a double-stranded genome -- that's no good. You look in his intestines. There are billions of bacteria. They're no good either. Double strand again, but inside them, they're infected with a virus that has a nice, long, single-stranded genome that we can fold like a piece of paper. And here's how we do it.
هذا جزء من الجينينيوم نحن نضيف عليه شرائط قصيرة من الحمض النووي ما أسميه " دبابيس " بحيث نثبت أحداها على الطرف الأيسر على طول الشريط والآخر على الطرف الأيمن في موقع آخر ومن ثم يتم جمع الشريط هكذا .. ويمكن اعادة تكرار هذه العملية على طول الشريط لكي نطبق شريط الحمض النووي فنشكل ما يشبه المستطيلات
This is part of that genome. We add a bunch of short, synthetic DNAs that I call staples. Each one has a left half that binds the long strand in one place, and a right half that binds it in a different place, and brings the long strand together like this. The net action of many of these on that long strand is to fold it into something like a rectangle.
الآن لايمكن أن نريكم فلم عن هذه العملية .. ولكن " شاون دوجلاس " في هارفرد قام بعمل تصوير مرئي للعملية يوضح شريط طويل من الحمض النووي وشرائط قصيرة والذي يحدث هو اننا نخلط هذه معاً ومن ثم نرفع درجة الحرارة ونضيف القليل من الملح نحن نرفع درجة الحرارة تقريباً الى درجة الغليان ومن ثم نقوم بتبريدها ونحن نقوم بعملية التبريد تبدأ الشرائط القصيرة تصل و تطوي الطويلة لكي تشكل المجسمات المطلوبة كما ترون هنا قد تشكل " لولب مزدوج " وعندما تنظر الى أوريجامي الحمض النووي يمكنك ان تعي العملية ربما تظن انها معقدة انها مجرد حلزونيات مزدوجة ترتصف بالتوازي وترتبط معاً بواسطة الشرائط القصيرة والتي تمتد من " لولب مزدوج " نحو الآخر لكي تتم عملية الوصل وكما ترون هذا الشريط يمتد من هنا .. من هذا اللولب المزدوج .. من ثم يقفز الى هذا اللولب المزدوج لكي يربطهم سوية و من ثم يعود ويمكن بهذا الاسلوب ربط شريط طويل
Now, we can't actually take a movie of this process, but Shawn Douglas at Harvard has made a nice visualization for us that begins with a long strand and has some short strands in it. And what happens is that we mix these strands together. We heat them up, we add a little bit of salt, we heat them up to almost boiling and cool them down, and as we cool them down, the short strands bind the long strands and start to form structure. And you can see a little bit of double helix forming there. When you look at DNA origami, you can see that what it really is, even though you think it's complicated, is a bunch of double helices that are parallel to each other, and they're held together by places where short strands go along one helix and then jump to another one. So there's a strand that goes like this, goes along one helix and binds -- it jumps to another helix and comes back. That holds the long strand like this.
الآن لكي أثبت انه يمكن القيام بأي شكل او مجسم حاولت أن أصنع هذا الشكل أردت أن أطوي الحمض النووي بصورة هكذا تشكل الاعين ومن ثم الانف .. ومن ثم الجبهة ومن ثم مرة أخرى لاكمل الدورة بعد ان امثل شكل العين الأخرى وقلت لنفسي .. ان استطعت أن اصنع هذا المجسم .. فيمكنني صنع أي شيء كان لدي برنامج حاسوبي لكي اصمم الشرائط القصيرة وقد طلبتهم بواسطة فيديكس وقمت بخلطهم .. ورفعت درجة حرارتهم .. ومن ثم خفضتها وحصلت على 50 مليار وجه مبتسم كهذا يسبحون في قطرة مياه واحدة وكل واحد من هذه يبلغ قطره 1/1000 من قطر شعرة الانسان
Now, to show that we could make any shape or pattern that we wanted, I tried to make this shape. I wanted to fold DNA into something that goes up over the eye, down the nose, up the nose, around the forehead, back down and end in a little loop like this. And so, I thought, if this could work, anything could work. So I had the computer program design the short staples to do this. I ordered them; they came by FedEx. I mixed them up, heated them, cooled them down, and I got 50 billion little smiley faces floating around in a single drop of water. And each one of these is just one-thousandth the width of a human hair, OK?
وهم يسبحون هكذا في العينة .. ولكي ننظر إليهم علينا أن ننقلهم الى سطح يمنع حركتهم لذا قمت بسكبهم على سطح ومن ثم بدأوا بالالتصاق به وقمت بتصويرهم بواسطة مجهر بدقة ميكروسكوبية تحتاج لذلك إبرة .. إبرة اختبار تمررها على السطح جيئة وذهابا وللأعلى والاسفل لأجل معرفة إرتفاع السطح ومعرفة " اوريجامي الحمض النووي " ها هي صورة من مجهر بدقة ميكروسكوبية وكما ترون يبدو المسطح - مسطح المجهر - خاماً قليلاً وعندما نقرب الصورة اكثر .. كما ترون يوجد وجوه بفكوك مخلوعة .. وبعضٌ مقلوبة وبعض الوجوه تلقت لكمة في الأنف .. انها تبدو جيدة حقاً ويمكنك أن تقرب الصورة أكثر لك ترى الحلقات الصغيرة هذه الوجوه بحجم النانو
So, they're all floating around in solution, and to look at them, you have to get them on a surface where they stick. So, you pour them out onto a surface and they start to stick to that surface, and we take a picture using an atomic-force microscope. It's got a needle, like a record needle, that goes back and forth over the surface, bumps up and down, and feels the height of the first surface. It feels the DNA origami. There's the atomic-force microscope working and you can see that the landing's a little rough. When you zoom in, they've got, you know, weak jaws that flip over their heads and some of their noses get punched out, but it's pretty good. You can zoom in and even see the extra little loop, this little nano-goatee.
الآن الجميل في الامر .. ان أي شخص يمكنه القيام بهذه العملية لقد وصلت لي هذه بعد عام من تجربتي عبر البريد .. هل تعلمون ما هذه .. هل يعلم احدكم ؟ انها الصين .. نعم ماحدث هو ان طالبة في مشروع تخرجها لولو شيان .. قامت بعمل مميز جداً لقد كتبت برنامجها الخاص بها لكي تصمم هذا الاوريجامي للحمض النووي انه شكل رائع لدولة الصين .. وتضم تايوان أيضاً كما ترون انها التعبير السياسي الاصغر في العالم (ضحك) إذا .. هذه الطريقة ناجحة وبالتالي يمكننا صنع السلاسل والانساق كما صنعنا الاشكال .. صحيح ؟ ويمكنك ان تشكل خريطة للولايات المتحدة .. او ان تكتب كلمة الحمض النووي بواسطة الحمض النووي
Now, what's great about this is anybody can do this. And so, I got this in the mail about a year after I did this, unsolicited. Anyone know what this is? What is it? It's China, right? So, what happened is, a graduate student in China, Lulu Qian, did a great job. She wrote all her own software to design and built this DNA origami, a beautiful rendition of China, which even has Taiwan, and you can see it's sort of on the world's shortest leash, right? (Laughter) So, this works really well and you can make patterns as well as shapes, OK? And you can make a map of the Americas and spell DNA with DNA.
الآن الجميل في الامر .. حسناً .. ان هذا يبدو كما انه فن من حجم النانو ولكن تبين ان الفن النانو هذا هو ما نحتاجه لكي نصنع دارات بحجم النانو يمكن ان نضع على الشرائط القصيرة عناصر الدارات مثل مفتاح .. او مصباح وان ندفع الشرائط للتموضع .. ومن ثم نحصل على الدارة التي نريد وم ثم يمكننا ان نزيل عناصر الحمض النووي لكي نحصل على الدارة الكهربائية فحسب حسناً. . هذا ما قام به زملائي في كلايتك لقد استخدموا أورجامي الحمض النووي وقد قاموا بتركيب انابيب كربونية بحجم الناتو عليها وقاموا بصناعة " مفاتيح كهربائية " و وصلوها هكذا .. ومن قم اختبروها .. وقد عملت تماما كمفتاح كهربائي هنا كما ترون مفتاح أحادي انت تحتاج الى نصف مليار لصناعة حاسوب .. لذا الطريق اماما طويل ولكننا متفائلون لأن الأوريجامي يمكن ان تصنع 1/10 من حجم تلك الموجودة في الحواسيب الطبيعية انه امرٌ مُبشر حقاً .. فيما يخص صناعة الحواسيب الصغيرة
And what's really neat about it -- well, actually, this all looks like nano-artwork, but it turns out that nano-artwork is just what you need to make nano-circuits. So, you can put circuit components on the staples, like a light bulb and a light switch. Let the thing assemble, and you'll get some kind of a circuit. And then you can maybe wash the DNA away and have the circuit left over. So, this is what some colleagues of mine at Caltech did. They took a DNA origami, organized some carbon nano-tubes, made a little switch, you see here, wired it up, tested it and showed that it is indeed a switch. Now, this is just a single switch and you need half a billion for a computer, so we have a long way to go. But this is very promising because the origami can organize parts just one-tenth the size of those in a normal computer. So it's very promising for making small computers.
الآن اريد ان اعود الى مترجم البيانات ان أوريجامي الحمض النووي هي دليل على ان مترجم البيانات يعمل فانت تبدأ من على الحاسوب ومن ثم تقوم بكتابة برنامج بأوامر دقيقة بوصف عالي الدقة للأوريجامي ومن ثم تقوم بترجمته الى الجزئيات ومن ثم يحول الى المزج لنحصل على ما نريد ان الامر ينجح حقاً ولقد تبين ان الشركة قد صنعت برنامجاً يعمل افضل من برنامجي .. وهذا أحزنني سيمكننا هذا البرنامج من كتابة الاوامر ومن ثم تصويرها بصورة بصرية
Now, I want to get back to that compiler. The DNA origami is a proof that that compiler actually works. So, you start with something in the computer. You get a high-level description of the computer program, a high-level description of the origami. You can compile it to molecules, send it to a synthesizer, and it actually works. And it turns out that a company has made a nice program that's much better than my code, which was kind of ugly, and will allow us to do this in a nice, visual, computer-aided design way.
الآن يمكننا القول انه عمل رائع ولكن لماذا اوريجامي الحمض النووي ليس كل القصة ؟ على اعتبار لديك مترجم الجزيئات .. يمكنك القيام باي شي في الحقيقة يمكن ذلك على كافة النطاقات وان أردت ان تصنع انساناً من خلال اوريجامي الحمض النووي فانت تحتاج شريطاً بطول 10 تريليون تريليون اي شريط من الحمض النووي طوله 3 سنوات ضوئية لذا لن نستخدم هذه الطريقة سوف نعمد الى طريقة ثانية تدعى " التجمع الحسابي الذاتي للبلاطات " لقد بدأ هذه الطريقة إيريك وينفري وما قام به هو انه احضر مئات البلاطات ( مربعات صغيرة ) مصنوعة من اوريجامي الحمض النووي كما ترون حينما نقرب الصورة نجد شرائط الحمض النووي وكما ترون يوجد شرائط فردية يمكن ان تستخدم لربط البلاطات في حال التوافق ونحن نفضل ان نرسم هذه البلاطات على شكل مربعات صغيرة ولكن ان نظرتم الى الزوايا .. فان هذه الاجزاء من الحمض النووي تبدو وكانها تشكل لوح شطرنج .. وكما ترون هذه البلاطات تتشكل بصورة ذاتية معقدة على شاكلة لوح شطرنج وان لم تعوا ما أرمي إليه فاني اقصد ان البلاطات هي عبارة عن برنامج يستهدف الجزئيات ويمكن ان نستخدمه لصناعة الانماط والمجسمات التي نريد والجزء الممتع في هذا هو انه اي برنامج حاسوب يمكن ترجمته الى واحدة من هذه البرمجيات التي تصنع بواسطة البلاطات بدقة عالية وبنفس العدد لذا يمكنك ان تخرج بعدد من البلاطات وتموضع معين يشابه الشيفرة الثنائية ( 0,1 ) بدلاً من نمط لوح الشطرنج اذا يمكنك ان تقرأ من تلك الشيفرة الارقام ( 5 , 6 , 7 )
So, now you can say, all right, why isn't DNA origami the end of the story? You have your molecular compiler, you can do whatever you want. The fact is that it does not scale. So if you want to build a human from DNA origami, the problem is, you need a long strand that's 10 trillion trillion bases long. That's three light years' worth of DNA, so we're not going to do this. We're going to turn to another technology, called algorithmic self-assembly of tiles. It was started by Erik Winfree, and what it does, it has tiles that are a hundredth the size of a DNA origami. You zoom in, there are just four DNA strands and they have little single-stranded bits on them that can bind to other tiles, if they match. And we like to draw these tiles as little squares. And if you look at their sticky ends, these little DNA bits, you can see that they actually form a checkerboard pattern. So, these tiles would make a complicated, self-assembling checkerboard. And the point of this, if you didn't catch that, is that tiles are a kind of molecular program and they can output patterns. And a really amazing part of this is that any computer program can be translated into one of these tile programs -- specifically, counting. So, you can come up with a set of tiles that when they come together, form a little binary counter rather than a checkerboard. So you can read off binary numbers five, six and seven.
و من اجل الحصول على حسابات صحيحة يجب علينا ان نحصل على مُدخلات .. تستخدم كبذور أساس للبرنامج وهنا يأتي دور أوريجامي الحمض النووي يمكنك تشفير الرقم 32 على الجانب الايمن من اوريجامي الحمض النووي وعندما تضيف تلك البلاطات " المبرمجة على الاعداد " سوف تبدأ بالعد .. وما ان تصل الى الرقم 32 سوف تتوقف عند ذلك الرقم اذا ما توصلنا اليه . هو طريقة نملك فيها برنامج جزئيات .. يعرف متى يتوقف عن النمو انه يعلم متى يتوقف عن النمو لانه يستطيع العد لانه يستيطع استيعاب حجمه وهذا هو الجواب للسؤال الاول الذي طرحته ولكن هذا لا يفسر لنا كيف تقوم الاجنة بذلك .. على كل ..
And in order to get these kinds of computations started right, you need some kind of input, a kind of seed. You can use DNA origami for that. You can encode the number 32 in the right-hand side of a DNA origami, and when you add those tiles that count, they will start to count -- they will read that 32 and they'll stop at 32. So, what we've done is we've figured out a way to have a molecular program know when to stop going. It knows when to stop growing because it can count. It knows how big it is. So, that answers that sort of first question I was talking about. It doesn't tell us how babies do it, however.
يمكننا ان نستخدم هذه التقنية لكي نحصل على مجسمات أكبر اكبر من تلك التي نحصل علها بواسطة اوريجامي الحمض النووي هذا هو اوريجامي الحمض النووي .. وما يمكننا القيام به هو برمجة 32 على حافتي اوريجامي الحمض النووي لكي نستخدم هذا بالإنماء .. حيث نضيف البلاطات ومن ثم يمكننا ان ننمي البلاطات من ذلك المنطلق لكي نصنع مربعاً فان العدد يستخدم كمرجع لكي يتم ملء الوسط في داخل المربع ان ما قمنا به ونجحنا به هو اننا استطعنا ان نصنع ما هو اكبر من اوريجامي الحمض النووي عن طريق دمج اوريجامي الحمض النووي بالبلاطات والامر المميز انه امرٌ قابل لاعادة البرمجة عليك فقط ان تغير رقمين من شريط الحمض النووي الذي يمثل الشيفرة الثنائية وسوف تحصل على 96 بدلاً من 32 وان قمت بهذا فانت ستستخدم نفس حجم الاوريجامي ولكنك ستحصل على مربع اكبر بثلاث مرات
So now, we can use this counting to try and get at much bigger things than DNA origami could otherwise. Here's the DNA origami, and what we can do is we can write 32 on both edges of the DNA origami, and we can now use our watering can and water with tiles, and we can start growing tiles off of that and create a square. The counter serves as a template to fill in a square in the middle of this thing. So, what we've done is we've succeeded in making something much bigger than a DNA origami by combining DNA origami with tiles. And the neat thing about it is, is that it's also reprogrammable. You can just change a couple of the DNA strands in this binary representation and you'll get 96 rather than 32. And if you do that, the origami's the same size, but the resulting square that you get is three times bigger.
انه نوع من عمليات التجميل .. تحتاجها في حالات التطوير انه برنامج حساس جداً بتغيرات بسيطة .. بتعديلات طفيفة يمكن ان ننتقل من حجم مربع الى حجم اكبر بكثير نحن نستخدم " العد " لكي نحسب ونبني هذه المجسمات بواسطة عملية تطويرية هذا يطرح تساؤل كريج فينتر والذي سأل كم عدد شرائط الاحماض النووية المطلوبة لكي نبني مربع بحجم معين ؟ ان اردناه مربع بحجم 10 او 100 او 1000 ان استخدمنا فحسب اوريجامي الحمض النووي فاننا سنحتاج عدد من شرائط الحمض النووي تبلغ حجم المربع المطلوب مرفوع للأس 2 لذا نحن نحتاج 100 أو 10000 او مليون من شرائط الحمض النووي والذي لايمكن توفيره ولكن ان استخدمنا حسابات صغيرة وباستخدام الاوريجامي والبلاطات مع العدادات يمكننا ان نقوم بذلك بواسطة 100 او 200 او 300 شريط من الاحماض النووية لذا يمكننا تخفيض عدد شرائط الحمض النووي الذي يجب استخدامها ان استخدمنا العدادات .. وبقليل من البرمجيات لذا البرمجة اداة قوية جداً تقلل عدد الجزئيات المطلوبة لبناء مجسم معين ولكي تقلل حجم الجينينوم الذي يستهدف بناءه
So, this sort of recapitulates what I was telling you about development. You have a very sensitive computer program where small changes -- single, tiny, little mutations -- can take something that made one size square and make something very much bigger. Now, this -- using counting to compute and build these kinds of things by this kind of developmental process is something that also has bearing on Craig Venter's question. So, you can ask, how many DNA strands are required to build a square of a given size? If we wanted to make a square of size 10, 100 or 1,000, if we used DNA origami alone, we would require a number of DNA strands that's the square of the size of that square; so we'd need 100, 10,000 or a million DNA strands. That's really not affordable. But if we use a little computation -- we use origami, plus some tiles that count -- then we can get away with using 100, 200 or 300 DNA strands. And so we can exponentially reduce the number of DNA strands we use, if we use counting, if we use a little bit of computation. And so computation is some very powerful way to reduce the number of molecules you need to build something, to reduce the size of the genome that you're building.
وفي النهاية .. اريد ان اعود الى فكرة جنونية عن الكمبيوترات التي تبني الكمبيوترات إن نظرت الى المربع الذي تم بناؤه بواسطة الاوريجامي وبوجود العدادات التي تضبط الحجم سترى ان النسق المنتج هو النسق المطلوب تماماً لتكوين الذاكرة لذا ان تم وصل بعض الاسلاك والمفاتيح لهذه البلاطات أي نربطها بالبلاطات بدلاً من ربطها الى شرائط الحمض النووي فسوف تقوم وحدها بالتموضع وتنشىء بصورة ما دارات معقدة وسوف تقوم بمضاعفة الدارات لكي تحصل على المطلوب لذا يمكنك في الحقيقة صناعة دارات معقدة باستخدام بعض الحسابات انها برمجة جزيئية تقوم ببناء كمبيوترات الكترونية والآن السؤال المطروح .. الى أين وصلنا في هذا الامر ؟ تقريباً .. هذا ما قمنا به في العام الماضي ها هو أوريجامي مستطيل الشكل من الحمض النووي وهاهي بعض البلاطات التي تنمو من خلاله وكما ترون كيف يتم العد 1 , 2 , 3 ... 10 , 11 , 17 لدينا بعض الاخطاء .. ولكن العد يتم على الاقل (ضحك)
And finally, I'm going to get back to that sort of crazy idea about computers building computers. If you look at the square that you build with the origami and some counters growing off it, the pattern that it has is exactly the pattern that you need to make a memory. So if you affix some wires and switches to those tiles -- rather than to the staple strands, you affix them to the tiles -- then they'll self-assemble the somewhat complicated circuits, the demultiplexer circuits, that you need to address this memory. So you can actually make a complicated circuit using a little bit of computation. It's a molecular computer building an electronic computer. Now, you ask me, how far have we gotten down this path? Experimentally, this is what we've done in the last year. Here is a DNA origami rectangle, and here are some tiles growing from it. And you can see how they count. One, two, three, four, five, six, nine, 10, 11, 12, 17. So it's got some errors, but at least it counts up. (Laughter)
كما تبين كنا نملك هذه الفكرة منذ 9 سنوات ولكن كان الزمن الثابت هو ما تطلب منا كل هذا الوقت ولكني اظن اننا قطعنا شوطاً جيداً في هذا المجال ولدينا بعض الافكار عن كيفية اصلاح هذه الاخطاء وانا اعتقد انه في خلال 5-10 سنوات سوف نستطيع عمل المربع الذي تحدث عنه وربما سوف نستطيع الوصول الى دارات ذاتية التموضع
So, it turns out we actually had this idea nine years ago, and that's about the time constant for how long it takes to do these kinds of things, so I think we made a lot of progress. We've got ideas about how to fix these errors. And I think in the next five or 10 years, we'll make the kind of squares that I described and maybe even get to some of those self-assembled circuits.
وما اريدكم ان تخرجوا منه من هذه المحادثة اريدكم ان تتذكروا انه لكي تصنع الطبيعة اشكال حياة متباينة ومعقدة فان الحياة تحتاج الى الحسابات من اجل ذلك وهذه الحسابات التي تستخدمها هي حسابات جزيئية ولكي نستطيع ان نفهم هذه الحسابات ونستطيع ان نتحكم بها كما قال فينمان (عالم فيزياء) علينا ان نبني شيئاً لكي نفهمها لذا سوف نقوم باستخدام اعادة توظيف الجزئيات لكي نحاول بناء كل شيء من الصفر باستخدم الحمض النووي بصورة لم تكن تتوقعها الطبيعة باستخدام اوريجامي الحمض النووي باستخدام التموضع الرياضي الذاتي لاوريجامي الحمض النووي
So now, what do I want you to take away from this talk? I want you to remember that to create life's very diverse and complex forms, life uses computation to do that. And the computations that it uses, they're molecular computations, and in order to understand this and get a better handle on it, as Feynman said, you know, we need to build something to understand it. And so we are going to use molecules and refashion this thing, rebuild everything from the bottom up, using DNA in ways that nature never intended, using DNA origami, and DNA origami to seed this algorithmic self-assembly.
كما ترون الامر ممتع جداً وما اريده من هذه المحادثة هو ان اكون " متأملاً " هو اكون قد وضحت بعض الاجابات عن الاسئلة المبهمة وان اكون قد وضحت ان البرمجة الجزيئية ليست فحسب محض " تسلية " وهي ليست فحسب محاولة لصناعة هواتف بصورة ذاتية او دارات كهربائية ولكنها عبارة عن وسيلة لنقل علوم الحاسوب الى نطاق آخر جديد .. والنظر الى الامور بمنظور جديد وتدفعنا لطرح أسئلة جديدة كبيرة وتساعدنا في فهم كيف ان علم البيولوجيا يمكنه ان يقوم بأشياء مذهلة (تصفيق)
You know, so this is all very cool, but what I'd like you to take from the talk, hopefully from some of those big questions, is that this molecular programming isn't just about making gadgets. It's not just making about -- it's making self-assembled cell phones and circuits. What it's really about is taking computer science and looking at big questions in a new light, asking new versions of those big questions and trying to understand how biology can make such amazing things. Thank you. (Applause)