Eine uralte und universelle Auffassung besagt, dass Worte Macht besitzen, dass es Zaubersprüche gibt, bei denen man nur die richtigen Wörter aussprechen muss, wodurch, woooooosh! Ihr wisst schon, eine Lawine ausgelöst wird und die Hobbits weggefegt werden. Das ist doch eine verlockende Vorstellung, weil wir ja sehr faul sind, wie der Zauberlehrling, oder wie der beste Programmierer der Welt. Diese Vorstellung ist also sehr verlockend für uns. Wir lieben die Idee, dass Wörter, wenn ausgesprochen - obwohl eigentlich nicht viel mehr als reine Information - in der Realität doch Reaktionen hervorrufen, die uns bei der Arbeit helfen. Und natürlich, bei so vielen programmierbaren Computern und Robotern um uns herum ist es leicht, sich das vorzustellen. Wie viele von euch wissen, wovon ich hier spreche? Hebt eure rechte Hand. OK. Wie viele von euch wissen nicht, wovon ich spreche? Hebt eure linke Hand. OK. Alles klar. Prima. Das war also zu einfach. Leute, ihr habt wohl alle sehr unzuverlässige Computer, wie? Nun, das ist jetzt eine andere Art von Zauberei. Das ist ein Computerprogramm aus Nullen und Einsen. Es kann mittels eines Computers gelesen werden. Das sieht ungefähr so aus. Das Wichtigste ist, dass wir es in einer Programmiersprache schreiben können. Ein Computer-Zauberer kann das schreiben. Es kann zu so was zusammengestellt werden – in Nullen und Einsen - und durch einen Computer gelesen werden. Und das macht die Computer so leistungsstark: diese Programmiersprachen, die zusammengesetzt werden können. Und nun bin ich hier, um euch zu erzählen, dass man keinen Computer braucht, um einen Zauberspruch zu erhalten. Tatsächlich kann man auf molekularem Niveau Informationen so kodieren - man kodiert einen Zauberspruch oder ein Programm als Moleküle - dann kann die Physik diese Informationen direkt übersetzen und ein Programm ablaufen lassen. Genau das geschieht in den Proteinen. Wenn diese Aminosäuresequenz als Atome gelesen wird, kleben diese Buchstaben aneinander. Es kollabiert in eine dreidimensionale Struktur, so dass es sich in eine DNA-schneidende Nanomaschine umwandelt. Und das Interessante dabei ist, dass bei einer Veränderung der Sequenz auch die dreidimensionale Struktur verändert wird. Dann bekommt man stattdessen einen "DNA-Tacker". Das sind die Arten von molekularen Programmen, die wir schreiben können wollen. Aber das Problem ist, dass wir die Maschinensprache der Proteine nicht kennen; es gibt keine Umwandlungsmaschinen für Proteine. Deshalb habe ich mich einer immer größer werdenden Gruppevon Leuten angeschlossen, die versuchen molekulare Zauberei mit der DNA zu vollführen. Wir benutzen die DNA, weil sie billiger ist. Und deren Handhabung ist einfacher. Es ist etwas, was wir schon ziemlich gut verstehen. Wir verstehen es tatsächlich schon so gut, dass wir glauben, wir können wirklich schon DNA-Programmiersprachen schreiben und haben eine molekulare Umwandlungsmaschine. Wie gesagt, wir denken, wir können das. Und meine erste Frage -
There's an ancient and universal concept that words have power, that spells exist, and that if we could only pronounce the right words, then -- whoosh! -- you know, an avalanche would come and wipe out the hobbits, right? So this is a very attractive idea, because we're very lazy, like the Sorcerer's Apprentice, or the world's greatest computer programmer. This idea has a lot of traction with us. We love the idea that words, when pronounced, are little more than pure information, but they evoke physical action in the real world that helps us do work. So, of course, with lots of programmable computers and robots around, this is an easy thing to picture. How many of you know what I'm talking about? Raise your right hand. How many don't know what I'm talking about? Raise your left hand. So that's great. So that was too easy. You guys have very insecure computers, OK? So now the thing is, this is a different kind of spell. This is a computer program made of zeros and ones. It can be pronounced on a computer, does something like this. The important thing is we can write it in a high-level language. A computer magician can write this thing. It can be compiled into zeros and ones and pronounced by a computer. And that's what makes computers powerful, these high-level languages that can be compiled. And so, I'm here to tell you, you don't need a computer to actually have a spell. In fact, what you can do at the molecular level is that if you encode information -- you encode a spell or program as molecules -- then physics can actually directly interpret that information and run a program. It's what happens in proteins. When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms, these little letters are sticky for each other. It collapses into a three-dimensional shape that turns it into a nanomachine that actually cuts DNA. The interesting thing is that if you change the sequence, you change the three-dimensional folding. You get, now, a DNA stapler, instead. These are the kind of molecular programs we want to be able to write. The problem is, we don't know the machine language of proteins or have a compiler for proteins. So I've joined a growing band of people that try to make molecular spells using DNA. We use DNA because it's cheaper, it's easier to handle, it's something we understand really well -- so well, in fact, that we think we can actually write programming languages for DNA and have molecular compilers.
oder eine meiner Fragen – war: Wie kann man x-beliebige Formen oder Muster aus DNA machen? Und ich entschied mich eine Art von DNA-Origami zu benutzen, wobei man einen langen DNA-Strang nimmt und ihn in eine beliebige Form oder Muster faltet, ganz wie man will. Hier ist so eine Form. Tatsächlich habe ich etwa ein Jahr lang zu Hause kodierend in meiner Unterwäsche verbracht, so wie Linus [Torvalds] auf einem der vorherigen Bilder. Dieses Programm bekommt eine Form und spuckt dann 250 DNA-Sequenzen aus. Diese kurzen DNA-Sequenzen dienen dazu, dass die langen Stränge sich in die Form falten, die wir wollen. Man sendet eine Email mit diesen Sequenzen an eine Firma, und die Firma überträgt sie auf einen DNA-Synthesizer. Das ist eine Maschine so ungefähr von der Größe eines Fotokopierers. Und was passiert, ist, dass sie jeden Buchstaben in dieser Email nehmen und ihn in ein Cluster aus 30 Atomen verwandeln, für jeden Buchstaben eins, A, T, C und G für die DNA. Sie binden sie in der richtigen Reihenfolge zusammen , und senden sie per Kurierdienst zurück. So bekommt man 250 kleine Röhrchen per Post. Ich mische sie zusammen, füge ein wenig Salzwasser dazu, und gebe diesen langen Strang dazu, den ich erwähnt habe, den ich von einem Virus gestohlen habe. Und dann erhitzt man das Ganze fast bis zum Sieden. Man kühlt es auf Raumtemperatur ab, und während dessen passiert Folgendes mit den kurzen Strängen: Jeder einzelne von ihnen bindet diesen langen Strang an einer Stelle und bindet mit der zweite Hälfte den langen Strang an einer weiter entfernt liegenden Stelle, so dass zwei Teile des langen Strangs aneinander schließen, sodass sie zusammenkleben. Und das Nettoergebnis dieser 250 Stränge ist, den langen Strang in die Form zu bringen, die wir wollen; er wird sich an die Form angleichen. In Wirklichkeit machen wir das in einem Reagenzglas. In jedem Wassertropfen erhält man 50 Milliarden dieser Typen. Man kann sich ihre Oberfläche mit einem Mikroskop anschauen. Und das Tolle daran ist, dass man dann, wenn man die Sequenz ändert und den Zauberspruch ändert, auch die Sequenz dieser Verbindungen ändert. Man kann ein Molekül machen, das so aussieht, und es hängt nämlich ganz gern mit seinen Kumpels herum. Und viele von denen sind wirklich ziemlich gut. Wenn man den Zauberspruch wieder ändert, ändert man wieder die Sequenz. Man bekommt schöne Dreiecke von 130 Nanometer Größe. Wenn man es wieder ändert, kriegt man x-beliebige Muster. So kann man auf einem Rechteck die Muster von Nord- und Südamerika oder die Buchstaben “DNA” malen. Das also ist DNA-Origami. Das ist nur eine von vielen Möglichkeiten,
So then, we think we can do that. One of my first questions doing this was: How can you make an arbitrary shape or pattern out of DNA? I decided to use a type of DNA origami, where you take a long strand of DNA and fold it into whatever shape or pattern you might want. So here's a shape. I actually spent about a year in my home in my underwear, coding, like Linus [Torvalds], in that picture before. This program takes a shape and spits out 250 DNA sequences. These short DNA sequences are what are going to fold the long strand into this shape that we want to make. So you send an e-mail with these sequences in it to a company, and the company pronounces them on a DNA synthesizer, a machine about the size of a photocopier. And they take your e-mail, and every letter in your e-mail, they replace with a 30-atom cluster -- one for each letter, A, T, C and G in DNA. They string them up in the right sequence, and then they send them back to you via FedEx. So you get 250 of these in the mail in little tubes. I mix them together, add a little bit of salt water, and then add this long strand I was telling you about, that I've stolen from a virus. And then what happens is, you heat this whole thing up to about boiling. You cool it down to room temperature, and as you do, those short strands do the following thing: each one of them binds that long strand in one place, and then has a second half that binds that long strand in a distant place, and brings those two parts of the long strand close together so they stick together. So the net effect of all 250 of these strands is to fold the long strand into the shape you're looking for. It'll approximate that shape. We do this for real, in the test tube. In each little drop of water, you get 50 billion of these guys. With a microscope, you can see them on a surface. The neat thing is if you change the sequence and change the spell, just change the sequence of the staples, you can make a molecule that looks like this. And, you know, he likes to hang out with his buddies. A lot of them are actually pretty good. If you change the spell again, you change the sequence again, you get really nice, 130-nanometer triangles. If you do it again, you can get arbitrary patterns. So on a rectangle, you can paint patterns of North and South America, or the words, "DNA."
mit der DNA auf der Molekularebene zu zaubern. Was wir am Ende wirklich erreichen wollen, ist zu lernen, wie wir die Selbstanordnung so programmieren, dass wir alles Mögliche formen können. Wir möchten technologische Artefakte bauen können, die für die Welt von Nutzen sein könnten. Wir möchten lernen, wie man biologische Artefakte baut, z.B. Menschen, Wale und Bäume. Und falls wir dieses Niveau der Komplexität erreichen können, wenn unsere Fähigkeit, solche Moleküle zu programmieren, wirklich so gut wird, dann ist das wirkliche Magie. Vielen Dank. (Applaus)
So that's DNA origami. That's one way. There are many ways of casting molecular spells using DNA. What we really want to do in the end is learn how to program self-assembly so we can build anything, right? We want to be able to build technological artifacts that are maybe good for the world. We want to learn how to build biological artifacts, like people and whales and trees. And if it's the case that we can reach that level of complexity, if our ability to program molecules gets to be that good, then that will truly be magic. Thank you very much.