Paul Rothemund zaubert mit der DNA

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 - 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, 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)