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.
我々は生命の定義について 盛んな議論をします 生命とは生殖 代謝 進化のことでしょうか 私には答えがないので話せません 生命には計算が必要だとは言えます これがコンピューター・プログラムです 細胞内でプログラムは起動し 実行します その結果この人になります 少し変われば この人になります もう少し変われば この人になります さらに大きく変われば犬や 木 クジラ になります
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.
ゲノムをプログラムに 例えれば クリス・アンダーソン ジム・ワトソン クレイグ・ヴェンターや 私たちは皆 コンピューターが作った既製品と言えます この例えのとおり 遺伝子プログラムと コンピュータープログラムには 多くの類似性があります 特に説得力があるのは 小さな変化が生物学的発生の過程で 大きな違いを生みだすことです 小さな突然変異が2枚翅のハエを 4枚翅にします 小さな突然変異が2枚翅のハエを 4枚翅にします 触覚が生えるべき所に足が生えたりします ”プリンセス・ブライド” みたいに 6本指を持つ人が現れます
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.
このコンピュータープログラムの特徴は 小さな変化にも敏感なことです 銀行口座の1ビットを変えるだけで 1ドル を千ドルに変えられます これら小さな違いは発生過程で 複雑な計算が行われるために 増幅され大きな違いに結びつくことを 示していますれます
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.
生物学には基盤となる分子プログラムが存在し そのプログラムの威力が 発揮されていることを示します 私はテクノロジーを確立するための 分子プログラムを書こうと思っています 私はテクノロジーを確立するための 分子プログラムを書こうと思っています 多くの科学者が参加しており その多くは クレイグ・ヴェンターなど合成生物学者です 多くの科学者が参加しており その多くは クレイグ・ヴェンターなど合成生物学者です 彼らは細胞を用いることに注目しています 彼らは細胞重視派です 友人の分子プログラマーと私は 生体分子に注目しています 私たちは DNA RNA そしてタンパク質に着目して 生体分子を用いた新しい言語を 一から作り上げようとしています 生物学とは無関係かもしれません 一から作り上げようとしています 生物学とは無関係かもしれません これらは細胞内すべての機械です カメラがあります 細胞のソーラーパネル 遺伝子のオン・オフを担うスイッチ 細胞の骨組みや 筋肉の動力部 私の分子プログラマー班は DNAからこれら全てのパーツを作り直そうとしています 私たちはDNA狂信者ではありませんが DNAは安価で最も分かりやすく かつプログラムが容易です タンパク質等の他の物質も たやすく利用できるようになれば使うでしょう
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.
分子プログラミングが成功するとこうなります コンピューターの前に座り 携帯電話のようなものを デザインします ハイレベルな言語で携帯を定義します そしてその定義を理解する コンパイラを使い 実際の分子に変換し 合成装置に送り 合成装置が分子を詰め込んで 種を作ります その種に適切な水と栄養を与えると 種が発生過程に沿った計算 つまり 分子計算をし 電子コンピューターを作ります 私の見方によれば 生命とは分子コンピューターが 電子化学的コンピューターを作り さらに電子コンピューターを作って 両者が合同して 新しい分子コンピューターを作り さらに新たな電子コンピューターが 作られるということです
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.
この理論に同意し 生命は計算だと思うなら 大いなる生物学的問題を コンピューター科学者の目で見ることになります 赤ん坊はいつ成長を止めるべきかを どのようにに知るのか? 分子プログラミングの問題は いつ成長を止めるべきかを 携帯がどのように知るかでしょう (笑) コンピューター・プログラムが いつ実行を 止めるべきか どのように知るかということです さらに言うと プログラムがやがて 停止すると どうして分りますか? このような疑問はまだあります クレイグ・ヴェンターが発した疑問は 彼がコンピューター科学者の証です 彼は 微生物が機能するのに必要な 最小のゲノムの大きさを問いかけました どこまでゲノムを小さくできるでしょう マイクロソフト・ワードのように機能する 最小限のプログラムを書くという 課題にそっくりです (笑) まるでとても小さな微生物用に 機能するゲノムを書くように マイクロソフト・ワードのように動く 小さなプログラムを書くのです
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.
分子プログラミングでの問題は 携帯になる種に詰め込む分子の数はいくつか? 最低数は何でしょう? これはコンピューター科学の重要問題です 複雑性の問題です しかもかなり困難な問題です ほとんどは解答不能です 問題によっては 答えができつつあります 次にお話しするDNA構造について この問題を問うてみたいと思います 次にお話しするDNA構造について この問題を問うてみたいと思います さてこれは ご存知の普通のDNAです 二本鎖で二重らせん構造をしています 鎖を結合する A T C Gの塩基があります 時々 私はこのように描写します この方が分かりやすいでしょうから 二重らせんよりも個々の鎖に着目したいのです 我々が合成するのは一本鎖です この試験管の中に青い一本鎖 別の試験管にオレンジ色の鎖があります 一本鎖の状態では 構造は柔軟です これらを混ぜ合わせると 強固な二重らせんになります 過去25年間にわたり ネッド・シーマンとその門下生たちは このDNA鎖の結合反応を利用して 熱心に美しい3次元構造を作りました 手法はあざやかですが 時間がかかります 数年を要することもあり 設計が困難なこともあります
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.
そこで私は数年前 「DNA折り紙」と呼ぶ 新しい方法を考案しました そこで私は数年前 「DNA折り紙」と呼ぶ 新しい方法を考案しました とても簡単で家の台所でもできます ノートパソコンでデザインします しかしこれには長い一本鎖のDNAが必要です 合成するのは技術的にとても困難です したがって自然素材に頼ります コンピューターが作った既製品を見ると ゲノムは2本鎖なので不適当です 腸には何十億ものバクテリアがいますが それらも不適当です これらも2本鎖です しかし中にウイルスがいます このウイルスのゲノムは長くきれいな一本鎖です これを紙のように折ることができます これがそのやり方です
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.
これはゲノムの一部です これに私がホチキスと呼ぶ 短い合成DNAをいくつか入れます どれも左側が 長いDNA鎖の特定部分と結合し その右側はまた別の場所で結合します すると このように長い鎖を手繰り寄せます 反応全体とすると 長い鎖が 長方形に折りたためます
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.
この過程を 実際の映像ではお見せできませんが ハーバードのショーン・ダグラスが うまく視覚化してくれました これが長い鎖で こっちが短い鎖です これらのDNA鎖を混ぜ合わせて 加熱し 少し塩を加えます ほとんど沸騰するまで加熱し 次に冷却します 冷却の過程で 短い鎖は長い鎖に結合し 冷却の過程で 短い鎖は長い鎖に結合し 構造を作り始めます ここに小さな二重らせん構造が見えますね DNA折り紙をよく見ると 一見複雑に見えても 実際にどうか 分かってきます 一見複雑に見えても 実際にどうか 分かってきます いくつもの二重らせんが お互いに平行して走っており いくつもの二重らせんが お互いに平行して走っており 短い鎖が 1つのらせんに いくつかの場所で結合し それがもう1本のらせんに乗り換えます 1本の鎖がこんな風に 1本らせんに沿って結合し 別のらせんにジャンプし そして 戻ってきます このように長い鎖を折りたたむのです
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?
どんな形やパターンでも作れることを お見せするため ここである形を作ってみます 目のような形 下に行って鼻 さらにその上の額 戻ってきてループを描いて終わりです これができたら何でも作れると私は考えました このため短いホッチキスを プログラムでデザインをしました 注文すると フェデックスで配達されました 材料を混ぜて熱した後に冷却しました 1滴の水あたり5百億個の スマイリー・フェイスができました 1滴の水あたり5百億個の スマイリー・フェイスができました これら一つ一つの幅は人の毛髪の 千分の一しかないのです これら一つ一つの幅は人の毛髪の 千分の一しかないのです
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.
これらは全て溶液の中に浮いていて これを見るためには 何かの表面にくっつける必要があります あるものの平面に溶液を流すと それらはその表面にくっつき始めます 原子間力顕微鏡で写真を撮りました レコード針のような針があり 表面をなぞることで 表面の段差を記録することができます DNA折り紙に「触れる」のです 原子間力顕微鏡では 着地が少しばかり荒っぽかったので 原子間力顕微鏡では 着地が少しばかり荒っぽかったので 拡大すると お分かりでしょうが 弱いあごの部分が頭の方へめくりあがったり いくつかの鼻がつぶれています それでも かなりうまくいってます さらに拡大すると小さな山羊ひげのような ループも見ることができます さらに拡大すると小さな山羊ひげのような ループも見ることができます
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.
これが素晴らしいのは誰でもできることです この1年後にある人から予期せぬメールが来ました どなたかこれが何かお分かりになりますか? 中国ですね? これは中国の大学院生 ルル・チエンの素晴らしい成果です 彼女はこのDNA折り紙をデザインを 独自のソフトウェアで開発しました 台湾を含んだきれいな中国の形です 世界で最も短いひもでつながってます (笑) この仕事は本当にうまくいきました 形と同様にパターンも描くことができます DNAを用いてアメリカの地図や 'DNA'とスペルもできます
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.
そして本当に巧妙なことは これはナノ芸術作品のようですが ナノ芸術作品を用いてナノ回路を 作ることができるのです ナノ芸術作品を用いてナノ回路を 作ることができるのです 電球やスイッチのような回路の部品を 支持体の上に配置できます それらを集めてある種の回路を作れます それから残ったDNAを洗い流すと回路が残ります カリフォルニア工科大学の同僚の成果です 彼らはDNA折り紙と 炭素ナノチューブを使い ここにある小さなスイッチを作り 配線して テストしたら実際にスイッチとして動きました これは1つのスイッチにすぎず 1つのコンピュータには5億個もの スイッチが必要なので先は長いです しかしとても将来有望です この折り紙は普通のコンピューターの 十分の一の大きさの部品を作れるのです この折り紙は普通のコンピューターの 十分の一の大きさの部品を作れるのです 小さいコンピューターを作ることが有望です
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.
コンパイラに話を戻しましょう DNA折り紙はコンパイラが実際に働く証拠となります コンピュータで何かを始める際 コンピュータープログラムで概念的な定義をします 折り紙にするための概念的な定義です その定義を分子にコンパイルし合成装置に送り込むと DNA折り紙が作られます ある会社が良いプログラムを作りました 私の稚拙なコードよりはるかに優れていて きれいで視覚的にコンピューターを使う デザインが可能になります きれいで視覚的にコンピューターを使う デザインが可能になります
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.
皆さんは思うでしょう なぜDNA折り紙で この話は終わらないの? 分子コンパイラを持てば何でもできます しかし実際のところ拡張性がありません DNA折り紙を使ってヒトを作りたい場合 10兆の1兆倍もの 長い塩基が必要です 10兆の1兆倍もの 長い塩基が必要です これは3光年の長さのDNAに相当します ですから無理です 私たちは別の技術に注目します タイルの計算された自己組織化です エリク・ウィンフリーが提唱し始めて DNA折り紙の百分の一の 大きさのタイルを使います DNA折り紙の百分の一の 大きさのタイルを使います 拡大すると タイルには 短いDNA一本鎖が4本あり 拡大すると タイルには 短いDNA一本鎖が4本あり 鎖がマッチすると他のタイルと結合します これらのタイルを小さな四角形として描きます 付着性を持った各辺のDNA鎖を見ると 市松模様になることが分ります 入り組んだ自己組織化する市松模様です 重要な点は タイルは分子プログラムの一種で パターンを形成することです 実に素晴らしいことに 特に計算など あらゆる コンピューター・プログラムが タイル・プログラムに変換できるのです 結合されたタイルの組み合わせを 市松模様ではなく 二進法カウンターと見なせます 市松模様ではなく 二進法カウンターと見なせます 二進法で5 6 7という風に数字を読み取れます
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.
この種の計算を正確に進めるためには ある入力 つまり種が必要です 種にDNA折り紙が使えます DNA折り紙の右端に数字の32を符号化し DNA折り紙の右端に数字の32を符号化し 計算できるタイルを追加すると タイルは32になるまで数え始め そして32になると止まります 分子プログラムが いつ動作を止めるか 知る手段ができました 数えることで いつ成長を止めるかが分かるのです 知る手段ができました 数えることで いつ成長を止めるかが分かるのです どのくらい大きいかが分かるのです これが私が最初に述べた問題の答えです しかし人間の赤ん坊がどのようにするのか 未だ分かりません
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.
次に この計算を応用してDNA折り紙には 無理な もっと大きな物を作ろうとしました 次に この計算を応用してDNA折り紙には 無理な もっと大きな物を作ろうとしました ここにDNA折り紙があり 両端に数字の32を符号化し じょうろを使い タイルに水をやり成長させて 四角形を作り始めます カウンターは真ん中を四角形で 埋めるための基準になります DNA折り紙とタイルを組み合わせることで DNA折り紙とタイルを組み合わせることで DNA折り紙より とても大きな物を作れたわけです さらに素晴らしいことに 再プログラム化も可能です 二進法表記のDNA鎖に少し変更を加えるだけで 例えば 32 を 96 に変更できます そうすれば折り紙の大きさは同じなのに 形成する四角形は3倍の大きさになります
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.
以上が私が発達について 述べたい要約となります 以上が私が発達について 述べたい要約となります とても繊細なコンピューター・プログラムがあり 何か小さな変異をすると ある大きさの四角形を作っていたのを とても大きな物を作るように変えられます このように数えることと 発達過程を使って物を設計して作ることは 発達過程を使って物を設計して作ることは クレイグ・ヴェンターの疑問と重なる部分があります その疑問とはある大きさの四角形を作るのに 何本のDNA鎖が必要となるか です 大きさが 10 100 1,000 の四角形を作る場合 DNA折り紙のみを使用すると 四角形一辺の長さ二乗分の数だけ DNA鎖が必要になります 四角形一辺の長さ二乗分の数だけ DNA鎖が必要になります 百 一万 百万のDNA鎖が必要です これは不可能です しかし計算を使い 折り紙を用い そして数えることができる タイルを用いると 100 200 300といった数のDNA鎖で収まるのです そして指数関数的にDNA鎖の必要量を減らせます 数をかぞえ簡単な計算をすればいいのです 計算は物を作る際に必要となる 分子の量を減らし 作ろうとするゲノムの サイズを小さくする強力な方法です
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)
最終的に私はコンピューターが コンピューターを作るという クレイジーな考えに戻ります 折り紙を使い作り上げた 四角形とカウンターをみると 折り紙を使い作り上げた 四角形とカウンターをみると そのパターンは正に記憶を 作るために必要な物です そのパターンは正に記憶を 作るために必要な物です 支持体の代わりに タイルに配線やスイッチを取り付ければ 支持体の代わりに タイルに配線やスイッチを取り付ければ それらは複雑な回路を自己組織化するでしょう この記憶装置を作るために必要な デマルチプレクサー回路です ちょっと計算するだけで 複雑な回路を作ることができます 言わば 電子コンピューターを作る 分子コンピューターです さてここに至るまで どれ位進歩したのでしょう? 実験的に行った去年の成果を紹介します これはDNA折り紙の長方形です 成長しているタイルが見えます どのように数えているのか分かります 1 2 3 4 5 6 9 10 11 12 17 間違いがいくつかありますが 数えてはいます (笑)
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.
私たちはこの考えを9年前に思いつきました この種のことをするには必要な年月です かなり進歩したと思います これらの誤りを正すアイデアはあります 今後5~10年すれば お話しした四角形を作り 自己組織化する回路もできることでしょう
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.
私がこのトークでお伝えしたいことは 次のとおりです 生命は 非常に多種類にわたる 複雑な形を作るために 計算をしています 行っている計算は分子計算です ファインマンが言うように より深く理解 習得するためには 何かを作りながら理解するのが一番です 私たちは分子を使い改良していくのです すべてをボトムアップで作り上げ 自然が意図もしなかった方法でDNAを用い DNA折り紙を用い このアルゴリズム的自己組織化の種にします
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)
全てはとてもクールな科学です 理解していただきたいのは 大きな課題を通して考えると 分子プログラミングはガジェットを 作るだけではありません 自己組織化で携帯電話や 回路を作るのが目的ではありません コンピュータ科学を用い 大きな疑問に新しい光をあて 新しい段階の 疑問とすることなのです 生物学が いかに驚くべきものを作れるか 理解することなのです 生物学が いかに驚くべきものを作れるか 理解することなのです ありがとうございます (拍手)