Поль Ротмунд делает заклинания с помощью ДНК

Поль Ротмунд пишет программы, выстраивающие ДНК в виде звёздочки, улыбки и пр. Трюк, несомненно, но он показывает систему самоорганизации в мельчайшем масштабе, а это раскрывает колоссальный потенциал производства в будущем.

Вы можете включить русские титры под роликом или прочитать стенограмму выступления Пола.

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. 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 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.

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.

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. 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: 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 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.

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. 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 – 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. (Аплодисменты)