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.
Istnieje starożytne i powszechne przekonanie, że słowa mają moc, że zaklęcia istnieją i jeżeli tylko moglibyśmy wypowiedzieć odpowiednie słowa, wówczas szuuuuu! Lawina mogłaby zejść i zmieść hobbitów, czyż nie tak? Sam pomysł jest bardzo atrakcyjny, ponieważ jesteśmy strasznie leniwi, zupełnie jak uczeń czarnoksiężnika, czy najlepszy programista świata. Pomysł ten ma wiele wspólnego z nami.
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.
Uwielbiamy przekonanie, że słowa, kiedy są wymawiane -- niosą więcej niż samą informację, że wywołują pewne fizyczne działanie w realnym świecie, które ułatwia nam pracę. Oczywiście dysponując całym mnóstwem komputerów i robotów, jest to dość łatwe do przedstawienia. Czy ktokolwiek wie, o czym teraz mówię?
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.
Podnieście prawą rękę. Ok. Ilu z was, nie ma pojęcia, o czym mówię? Podnieście lewą rękę. Ok. W porządku. Wspaniale. To było zbyt łatwe. Czyżbyście mieli kompletnie niezabezpieczone komputery? Jednakże jest to zupełnie inny rodzaj zaklęcia. Jest to program komputerowy składający się z ciągu zer i jedynek. Zaklęcie to może być wypowiadane przez komputer. A wygląda to w następujący sposób. Ważne jest, że zaklęcie możemy zapisać stosując język wysokiego poziomu,
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.
a pisze je komputer czarodziej. Następnie kod ten jest kompilowany do ciągu zero-jedynkowego -- odczytywanego przez komputer. I właśnie to czyni komputery potężnymi: możliwość kompilacji języka wysokiego poziomu. Chciałbym powiedzieć wam, że nie potrzebujemy komputera by móc wypowiedzieć zaklęcie. Faktem jest, że jeżeli na poziomie cząsteczkowym zakodujemy informację -- zakodujemy zaklęcie lub program pod postacią cząsteczek -- to fizyka odczyta tę informację i uruchomi program. Tak dzieje się właśnie w przypadku białek.
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.
Kiedy pokazana tutaj sekwencja aminokwasów zostanie odczytana jako atomy, wówczas te małe literki zostają naklejone na każdy z rozpoznanych aminokwasów. Następuje ułożenie łańcucha aminokwasów w strukturę trójwymiarową, w nanomaszynę, która rozcina nić DNA. Ciekawe jest to, że jeżeli zmienimy kolejność aminokwasów, zmienimy również trójwymiarowe upakowanie DNA. Otrzymamy spinacz DNA. Są to swego rodzaju programy cząsteczkowe, które chcielibyśmy bardzo móc tworzyć. Problem polega jednak na tym, że nie znamy języka maszynowego białek. W przypadku białek nie dysponujemy kompilatorem.
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.
Dlatego też, dołączyłem do rosnącej grupy osób próbujących uzyskać cząsteczkowe zaklęcia z wykorzystaniem nici DNA. Użyliśmy DNA, ponieważ jest tanie, łatwe w użyciu, jest czymś, co bardzo dobrze znamy. Znaliśmy je tak dobrze, że sądziliśmy iż jesteśmy w stanie napisać języki programowania z wykorzystaniem DNA, tak by stworzyć cząsteczkowy kompilator. Uważaliśmy, że możemy to zrobić. Moje pierwsze pytanie podczas pisania --
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.
a właściwie to jedno z pierwszych- brzmiało: W jaki sposób można ułożyć nić DNA w dowolny kształt lub wzór? Postanowiłem do tego celu użyć origami DNA; to metoda, w której nitkę DNA zwijamy w dowolny kształt czy wzór. A oto kształt. Właściwie to spędziłem w domu prawie rok, siedząc w bieliźnie i kodując, zupełnie jak Linus [Torvalds], na poprzednim obrazku. I tak program ten nabiera kształtu, aktualnie wyrzucając 250 krótkich sekwencji DNA. Krótkie odcinki DNA, tak zwane spinacze służą do zwijania długiej nici w dowolny kształt, taki jaki chcemy uzyskać. Po prostu wysyłamy e-maila zawierającego odpowiednie sekwencje do wykonawcy, a oto co następuje - wykonawca odczytuje je na syntezatorze DNA. Syntezator DNA to maszyna rozmiarów mniej więcej ksera. Kiedy nasz e-mail zostanie odebrany, każda zawarta w nim litera zostaje zastąpiona klasterem składającym się z 30 atomów. A, T, C czy G w cząsteczce DNA. Następnie klastery zostają ułożone w odpowiedniej kolejności
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.
odsyłane ”przesyłką kurierską” z powrotem do nas. I tak otrzymujemy 250 krótkich odcinków DNA w probówkach. Mieszamy je wszystkie razem w roztworze chlorku sodu dodając wspomnianą wcześniej długą nić DNA, skradzioną od wirusów. A oto co następuje. Najpierw całość ogrzewamy do wrzenia, a następnie chłodzimy do temperatury pokojowej. Spójrzmy, co dzieje się ze spinaczami po ochłodzeniu roztworu. Każdy taki spinacz łączy dwa oddalone od siebie odcinki długiej nici, dzięki czemu odległe fragmenty DNA zbliżają się do siebie, tak by połączyć się.
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.
W efekcie 250 takich spinaczy umożliwia ułożenie jednej długiej nici DNA w pożądany kształt. Może być to mniej więcej taki kształt. Eksperyment przeprowadzamy w probówkach. W jednej małej kropli wody mamy 50 miliardów takich „kolesi”. Możemy spojrzeć pod mikroskop i je zobaczyć. Świetne jest to, że jeżeli zmienimy kolejność i zaklęcie, zmienimy również sposób ułożenia spinaczy. Możemy zrobić cząsteczki wyglądające na przykład tak, i wiecie co? On bardzo lubi spędzać czas ze swoimi „kumplami”. Wielu z nich jest naprawdę dobrych.
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."
Jeżeli znowu zmienimy zaklęcie, ponownie zmienimy kolejność. I tak oto mamy bardzo ładny trójkąt wielkości 130 nanometrów. Jeżeli zrobimy to jeszcze raz, otrzymamy inny wzór. Na przykład na prostokącie możemy „namalować” kontynenty obu Ameryk, czy też słowo „DNA”. Na tym właśnie polega origami DNA. Jest to jedna z możliwości. Istnieje wiele innych sposobów
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.
rzucania zaklęć z użyciem cząsteczki DNA To czego chcielibyśmy się wreszcie nauczyć, to takiego sposobu programowania samoorganizujących się struktur, byśmy mogli budować właściwie wszystko. Chcielibyśmy mieć zdolność tworzenia artefaktów technologicznych, które być może byłyby użyteczne dla świata. Chcielibyśmy też nauczyć się budowania artefaktów biologicznych, takich jak: ludzie, wieloryby, czy drzewa. Pragniemy osiągnąć taki poziom zaawansowania, żeby nasze możliwości programowania cząsteczek były tak dobre, by naprawdę stały się magią. Dziękuję bardzo.
Thank you very much.
(Oklaski)
(Applause)