¿Es posible y útil construir una molécula de ADN, con pares de bases arbitrarios, y dejarla suelta en un medio acuoso de aminoácidos y azúcar, de modo que tenga lugar una síntesis de proteínas interesante?

Mas o menos. En lo que estás pensando es en la traducción in vitro , que permite que el ARNm suministrado por el investigador se traduzca en un sistema libre de células. El enfoque de traducción in vitro más común utiliza el lisado de reticulocitos de conejo purificado (esencialmente, sangre de conejo) para suministrar toda la maquinaria y suministros de traducción requeridos. Esto es extraordinariamente útil si estás tratando de crear una proteína que sea tóxica para las células o si deseas incorporar aminoácidos radiactivos en tu proteína de interés. Sin embargo, esencialmente requiere que sepas exactamente lo que quieres y que proporciones las especies de mRNA correspondientes.

Parece que esperas algún tipo de sistema de evolución in vitro , que es mucho, mucho más complicado que la mera traducción in vitro . No solo es necesario que sea capaz de producir proteínas, sino que también debe tener algún método para identificar proteínas interesantes y descubrir de qué secuencias de ADN / ARN provienen. El enfoque más directo para esto es establecer muchas reacciones de traducción paralelas, cada una conteniendo una especie de ARN diferente y luego seguir con la caracterización de cualquier cosa que haga su sistema: fácilmente un proyecto de uno o dos días solo para obtener proteína purificada.

Dado el tamaño del espacio de búsqueda de las secuencias de proteínas “arbitrarias” (seré amable y supondré que todas las secuencias de ácidos nucleicos son capaces de producir proteínas, por lo que tendrían 20 ^ N secuencias posibles para investigar, donde N es la longitud de la proteína que está tratando de hacer), esto probablemente le tomará toda su vida y costará miles de millones de dólares, no es un experimento particularmente bien diseñado.

¿Qué tipo de proteína interesante estás buscando? sólo asegúrese, código de bases no arbitrario para ARN y proteínas. Todo funciona en un patrón específico. Puedes jugar este juego usando una herramienta de traducción simple de Expasy (ExPASy – herramienta de traducción)
Con esta idea, un codón de detención en el ADN aleatorio puede provocar una parada en la síntesis, y un codón de inicio inicia un nuevo péptido. También debe pensar en otros elementos de ADN, como el promotor, la secuencia de kozak, etc.

Debería ser posible, pero probablemente no útil.

Para empezar: la síntesis de proteínas se produce en un entorno con un pH y concentraciones de iones muy específicos, así como con la ARN polimerasa, ARNt, proteínas plegables y, probablemente, algunos otros bits que me olvido.

Pero hacer lo que sugieres sería como simplemente teclear código al azar y esperar que salga un programa interesante. Hay una gran cantidad de estructura y patrón en las proteínas (basta con observar la ubicuidad de las hélices alfa y las hojas beta). Las posibilidades de encontrar / hacer algo interesante o útil son inmensamente pequeñas (al menos dentro de un lapso de tiempo razonable, esto podría funcionar si tuvieras un número infinito de científicos de monos golpeando una cantidad infinita de tubos de ensayo …), y solo por pura probabilidad de que las proteínas tiendan a terminar después de unos pocos cientos de residuos. Además, incluso después de que se hayan creado estas proteínas, no hay garantía de que se doblen en cualquier forma útil o interesada sin proteínas auxiliares.