Quanto remota è tale possibilità? Alcuni passi sono stati già fatti, ma molto ancora rimane da fare. I biochimici hanno già mappato la struttura di molte proteine: con l'aiuto di macchine genetiche per scrivere sequenze di DNA, possono guidare le cellule nella costruzione di qualsiasi proteina abbiano progettato; ma ancora non sanno come progettare catene che si ripieghino a formare proteine della giusta forma e funzione. Le forze che ripiegano le proteine sono deboli, e il numero di modi plausibili in cui una proteina può ripiegarsi è astronomico; per questo progettare una grossa proteina dal nulla non è semplice.
Le forze che legano assieme le proteine per formare macchine complesse sono le stesse che ripiegano le catene proteiche. Le diverse forme e capacità di creare legami degli aminoacidi ( le "perline" molecolari che formano le catene proteiche ) fanno ripiegare ogni catena proteica in uno specifico modo, per formare un oggetto di una forma particolare. I biochimici hanno appreso leggi che suggeriscono il modo in cui può ripiegarsi una determinata catena aminoacidica, ma tali leggi sono alquanto incerte. Predire come una catena si ripiegherà è come provare a ricomporre un puzzle, ma un puzzle con nessun disegno sui pezzi per sapere quando l'incastro è giusto, e con pezzi che sembrano incastrarsi abbastanza bene (o abbastanza male) in molti modi diversi, tutti sbagliati tranne uno. Le false partenze potrebbero sprecare il tempo di molte vite, e una risposta giusta potrebbe persino non essere riconosciuta. I biochimici, pur utilizzando i migliori programmi oggi disponibili, non possono ancora predire come si ripiegherà realmente una lunga catena proteica, e alcuni di loro non sperano più di riuscire a progettare molecole proteiche a breve termine.
Eppure, la maggior parte di essi lavora come scienziati, non come ingegneri. Lavorano per predire come si conformeranno le proteine naturali, non impegnati a progettare proteine che si ripieghino in modo prevedibile. Questi compiti possono sembrare simili, ma non è così: la prima è una sfida scientifica, la seconda ingegneristica. Perché le proteine naturali dovrebbero comportarsi in un modo che gli scienziati trovino semplice da prevedere? Tutto quello che la natura richiede è che in effetti esse si comportino nel modo giusto, non nella maniera più ovvia.
Le proteine potrebbero essere progettate fin dall'inizio con lo scopo di renderne il comportamento più prevedibile. Carl Pabo, sulla rivista Nature, ha suggerito una strategia di progettazione basata su tale intuizione, e alcuni ingegneri biochimici hanno progettato e costruito delle catene corte, di una dozzina di pezzi, che si ripiegano e innestano sulla superficie di altre molecole secondo le loro previsioni. Hanno progettato dal nulla una proteina con proprietà simili a quelle della mellitina, una tossina contenuta nel veleno delle api; hanno modificato enzimi esistenti, cambiando il loro comportamento in maniera prevedibile. Grazie a questi studi, la nostra conoscenza delle proteine sta crescendo di giorno in giorno.
Nel 1959, in accordo col biologo Garret Hardin, alcuni genetisti definirono l'ingegneria genetica impossibile; oggi, al contrario, è un'industria. La biochimica e la progettazione con CAD sono attualmente campi in rapido sviluppo, e, come ha scritto Frederick Blattner su Science, "i programmi per il gioco degli scacchi hanno già raggiunto il livello dei Grandi Maestri. Forse la soluzione del problema del comportamento delle proteine è più vicino di quello che pensiamo." William Rastetter della Genentech, in Applied Biochemistry and Biotechnology si chiede "Quanto è remota la possibilità di progettare e sintetizzare dal nulla un enzima? Dieci, quindici anni?- Forse meno."
Forrest Carter del U.S. Naval Research Laboratory, Ari Aviram e Philip Seiden dell' IBM, Kevin Ulmer della Genex Corporation, e altri ricercatori universitari e laboratori industriali in tutto il mondo hanno già cominciato il lavoro teorico e la sperimentazione con lo scopo di sviluppare interruttori molecolari, dispositivi di memorizzazione, e altre strutture che potrebbero essere incorporate in un computer basato su proteine. Il U.S. Naval Research Laboratory ha tenuto due conferenze internazionali su dispositivi elettronici molecolari, e un incontro sponsorizzato dalla U.S. National Science Foundation ha raccomandato il supporto per la ricerca diretta allo sviluppo di computer molecolari. Il Giappone ha comunicato l'avvio di un programma di ricerca da molti milioni di dollari per lo sviluppo di motori e computer molecolari auto-assemblanti, e la VLSI Research Inc., di San Jose, ha comunicato che "sembra che la corsa ai bio-chips [un altro termine per indicare sistemi elettronici molecolari] sia già cominciata. NEC, Hitachi, Toshiba, Matsushita, Fujitsu, Sanyo-Denki e Sharp hanno cominciato la ricerca su grande scala su bio-chips e bio-computers".
I biochimici hanno altre ragioni per voler apprendere l'arte della progettazione delle proteine. Nuovi enzimi promettono di eseguire processi chimici costosi e inquinanti in maniera più economica e pulita, e nuove proteine offriranno una moderna gamma di utensili per la biotecnologia. Siamo già sulla strada diretta verso l'ingegneria proteica, e come fa notare Kevin Ulmer nel brano tratto da Science in testa a questo capitolo, questa strada conduce "verso una più generale capacità di ingegneria molecolare che ci permetterà di strutturare la materia atomo per atomo"