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.
С древности существует универсальная идея о том, что слова имеют силу, силу заклинания, что если произнести нужные слова, то тогда со свистом сойдет лавина и сметет все вокруг. Мысль весьма привлекательна: ведь каждый из нас ленив, как Ученик Чародея, или как величайший в мире программист [на фото– Линус Торвальдс] Эта мысль приобрела среди нас притягательную силу.
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.
Нам понравилось, что сказанное слово – а слова лишь немного больше, чем чистая информация – вызывает физическое действие в реальном мире и помогает нам чего-то добиться. Конечно, при обилии компьютеров и роботов, это нетрудно себе представить. Кто понимает, о чём речь – поднимите
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.
правую руку. Прекрасно. Кто не понимает, о чём речь – поднимите левую руку. Прекрасно. Очень хорошо. Это было совсем несложно. Скажу вам, что ваши компьютеры очень ненадёжны. Дело в том, что речь идёт о совершенно другом заклинании – о составленной из нулей и единиц программе. Его можно «произнести» на компьютере и оно сотворит, например, вот это. А главное – его можно записать на языке высокого уровня.
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.
Компьютерный чародей может написать заклинание, оно будет скомпилировано в нули и единицы и будет «произнесено» на компьютере. Сила компьютеров в том, что они могут компилировать языки высокого уровня Так я вам вот что скажу: чтобы делать заклинания компьютер совсем не нужен. На самом деле, информацию можно кодировать на молекулярном уровне – заклинание или программа кодируется в виде молекул – а затем физические свойства интерпретируют информацию напрямую, в результате чего запускается программа. Так работает белок.
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.
Когда эта последовательность аминокислот «произносится» в виде атомов – а эти буквы между собой склеиваются, – то последовательность сворачивается в трёхмерную форму, которая превращается нано-механизм по разрезанию ДНК. Интересно, что если изменить последовательность, то она свернётся в другую трёхмерную форму. И теперь уже превратится в механизм по скреплению ДНК. Такой тип молекулярных программ мы и хотим научиться писать. Но проблема в том, что мы не знаем машинный язык для белков, у нас нет компилятора для белков.
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.
Я присоединился к растущему сообществу тех, кто пытается создать молекулярное заклинание с помощью ДНК. Интерес к ДНК вызван тем, что она дешевле, с ней легче работать и её устройство достаточно ясно. Настолько ясно, что мы готовы создавать языки программирования для ДНК и молекулярные компиляторы. Мы считаем, что это возможно. А потому один из моих первых вопросов был:
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.
Как можно свернуть ДНК в произвольную форму или структуру? Я решил воспользоваться чем-то типа ДНК оригами: берёшь длинную нить ДНК и складываешь в какую угодно форму или структуру. Вот пример формы. Над составлением кода мне пришлось примерно год попотеть дома, в нижнем белье – точно, как Линус Торвальдс на одной из фотографий перед этим. Итак, задаётся форма и программа составляет 250 коротких последовательностей ДНК, которые в дальнейшем свернут длинную нить ДНК в требуемую форму. Есть компания, которая занимается вот чем. Посылаешь электронное письмо со своей последовательностью и они её «произносят» на синтезаторе ДНК. Этот прибор, размером с фотокопировальную машину, заменяет каждую указанную в сообщении букву, на набор из 30-и атомов, для каждой буквы свой: A, T, C, и G – как в ДНК. Выстроенные в требуемые последовательности наборы
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.
отсылаются срочной почтой FedEx. В посылке их 250 штук в пробирках. Перемешиваешь, заливаешь немного солёной воды, добавляешь ту длинную нить, о которой я говорил – я её изъял у вируса. Затем нагреваешь смесь до почти кипения, охлаждаешь до комнатной температуры и, по мере остывания, короткие нити делают вот что: каждая скрепляется с длинной нитью в определённом месте одним концом, а другим концом – с другим участком той же длинной нити, что сводит две части длинной нити вместе и они склеиваются.
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.
В результате 250 коротких нитей складывают длинную нить в соответствующий вид, и получается приближение к заданной форме. Мы реально достигаем это в пробирке. В каждой капле воды – 50 миллиардов этих штучек. Через микроскоп можно увидеть их на [фоне] поверхности. Особенно интересна возможность изменить заклинание – это изменит последовательность скрепок. Можно сделать молекулу такого вида и, оказывается, она стремится болтаться с себе подобными. Многие из них получились весьма неплохо.
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."
Снова изменишь заклинание – снова изменится последовательность и получишь прелестные треугольники длиной в 130 нанометров. Измени ещё раз – получишь произвольную форму. Можно на фоне прямоугольника нарисовать образ Северной и Южной Америки, или слова «ДНК». Вот что такое ДНК оригами. Это один из способов – а их много –
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.
делать молекулярные заклинания с помощью ДНК. На самом деле наша конечная цель – научиться программировать самосборку, что откроет возможность строить что угодно. Мы хотим строить объекты технологии – от этого будет польза всем. Хотим научиться строить объекты биологии – людей, китов, деревья. И если нам удастся достичь этого уровня сложности, если наша способность программировать молекулы будет настолько успешна, то это реально станет чародейством. Благодарю вас.
Thank you very much.
(Аплодисменты)
(Applause)