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.
古来より広く言葉には力が宿り 呪文は存在して 正しく唱えれば 「ヒュー!」 雪崩が発生して ホビット達を一掃するんです この考えはとても魅力的です なぜなら私達は見習い魔法使いや 世界一のプログラマーの様に 怠け者ですから この考えは大きな牽引力を持っています
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.
言葉を発すると 単なる情報が 現実世界に物理作用を引き起こし 私達を助けてくれる 考えが好きなんです こういう中、プログラムで動く コンピュータやロボットが 周りにあるので おおよそ想像できますよね
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.
何人の方が私の話についてこれていますか? 右手をあげて下さい はい 何人の方がついてこれていないでしょう? 左手をあげて下さい はい そうですか すばらしい 簡単すぎたようですね 皆さんはとても不安定な コンピュータを持っています 要は、これが少し種類の異なる呪文なのです これは0と1で構成された コンピュータプログラムです コンピュータ上でこんなことができます 重要なのは それを高級言語で 書けるということです
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.
コンピュータのマジシャンなら 書くことが出来ます これが0と1へとコンパイルされ コンピュータによって発音されます 高級言語をコンパイルできる点が コンピュータの強みです 実は呪文の実現に コンピュータは不要です 事実分子レベルで情報 つまり魔法やプログラムを 分子自身としてエンコードすれば 物理現象として 実際にその情報を直接読み込み プログラムを走らせるのです
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.
そんなことがタンパク質の中で起こるんです このアミノ酸配列を原子として変換すれば この小さな文字は互いに結合します 折り畳まれて三次元の形状をとり 実際にDNAを切断する ナノマシンになるのです そして面白いことに配列を変えてみると 三次元の折り畳み構造が変化します 今回はDNAのホッチキスが出来ました これが私達の目指す分子プログラミングです しかし私達はタンパク質のマシン語は わかりませんし コンパイラもありません
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.
そこで私はDNAを使って 分子の呪文を作ろうと 挑戦している集団に加入しました DNAを使う理由は安くて 扱いが楽で よく理解されているからです DNAの知見は豊富なため 実際DNAの分子コンパイラと プログラミング言語を作れると思っています
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.
なので実現は可能だと思っています そこで私が初めに考えた課題は 「どうやって恣意的な形を DNAから生み出すのか?」でした そこで私は長いDNA鎖を折畳んで 好きな形を作れる DNA折紙のようなものを 使うことにしました これが例です 実は家で一年くらい下着のまま 前の写真のライナスみたいに コーディングしていました このプログラムは形を読み込んで 250のDNA配列を表示します この短いDNA配列が長いDNA鎖を 作りたい形へと折畳みます そこでこの配列を記載したメールを 業者に送ると 業者はDNA合成装置で 呪文を唱えてくれます それはコピー機程の大きさで 何が起こるかというと 皆さんのメールの全ての文字を読み込み DNAのA、T、CとGの一文字ごとに 30の原子からできた化合物と 置き換えます
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.
これを正しく配列し FedExで 皆さんに送り返します すると小さいチューブに こんなのが250程入ったものが得られます 私がこれを混ぜ 電解質液を少し加え 先ほどお話したウイルスから抽出した 長いDNA鎖を入れます そのあとで これを沸騰するまでくらい熱し その後 室温まで冷ますと この短いDNA鎖が 次のようなことをします それぞれが長いDNA鎖のある一カ所に結合し もう一方の離れた箇所にも結合し 長い鎖の2箇所が 結合するように近づけさせます
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.
つまり250もの短いDNA鎖は 長いDNA鎖に対して おおよそ望む形へと 折り畳める能力を持っています 私達は実際に試験管内で この作業を行います 溶液1滴中にこのような分子が 500億くらいできます 何かの表面に付着させて 顕微鏡で見ることもできます すごいのは 長いDNAの配列と呪文を変えれば 得られる形が変わる点です こんな分子を造ることも出来ます ほら彼は友達と遊びたがっているでしょ? これらは本当によく出来ています
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."
もう一度呪文と DNA配列を変更すれば 130ナノメートルの きれいな三角形が出来ます もう一度やれば 任意の形になります 長方形の上に北米、南米の形を描いたり 「DNA」とも綴れます
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.
これがDNA折紙です これは一つの方法でしかありません DNA分子で呪文を唱える方法は いくつもあります 私達の最終目標は自己会合させるプログラムを 確立することです 私達は世界に貢献できるような 技術的作品を作りたいと考えています どうやって人間、鯨、木の様な生命を 造れるのか学びたいのです そこで私達がそのような複雑性に達し 分子プログラミング能力を改善できれば 真の魔法となりうるでしょう 分子プログラミング能力を改善できれば 真の魔法となりうるでしょう
Thank you very much.
ご清聴ありがとうございました
(Applause)
(拍手)