《Nature Methods》盘点2015年度技术，选出了最受关注的技术成果：单粒子低温电子显微镜（cryo-EM）技术。 除此之外，也 整理出了2016年最值得关注的几项技术，分别为：细胞内蛋白标记（Protein labeling in cells）、细胞核结构 （Unraveling nuclear architecture）、动态蛋白质结构 （Protein structure through time）、精准光遗传学（Precision optogenetics）、高度多重化成像 （Highly multiplexed imaging）、深度学习（Deep learning）、蛋白定位亚细胞图谱 （Subcellular maps）和综合单细胞图谱（Integrated single-cell profiles）。

早在几个世纪之前，我们人类就开始绘制地球，海洋和天空的地图了，然而直到近几十年，我们才开始在分子水平上探索细胞的图谱奥秘。

细 胞结构严密，不只是细胞质，细胞内的各个成分均组织紧密整合。这些成分构成细胞器，具有特殊的分子组成和特性，而且它们也随着不断分子流入与流出，保持着 动态平衡。毫无疑问，细胞功能进程依赖于其结构：细胞筛选通过一系列膜结构，许多信号过程也是通过分子支架进行组织的，还有基因表达也与基因组的空间构成 有关。虽然细胞组织和蛋白定位可以通过细胞生物学解析，但是其中对蛋白分布进行系统分子绘图依然有待研究。

早期的研究工作利用细胞分馏，进 行蛋白定位生化分析，主要采用的技术是质谱（Cell 125, 187–199, 2006），而近年来科学家主要采用基于抗体的免疫细胞化学方法等技 术绘制亚细胞结构图谱，其次还有遗传编码工具，如抗坏血酸过氧化物酶，生物素连接酶，这些都可以用于基于接近感测（proximity- based methods）的生物素化分析方法，还有捕获与质谱技术，也能确定细胞内靶向位点上存在哪些蛋白。

麻省理工学院的研究人员利用显微镜成像和质谱法，标记了细胞特异区域中的蛋白质，生成了一张该区域中所有蛋白质的综合列表（Science 339, 1328–1331, 2013）。

他 们在质谱法之前先标记活细胞中的蛋白质，从而在细胞裂解之前先获得了空间信息。随后在分析过程中通过注释携带定位标记的蛋白，对这一信息进行重建。新系统 利用了一种生物素（biotin）化学标记。为了用生物素标记蛋白质，研究人员首先设计出了一种命名为“APEX”的新酶。

该酶是一种过氧 化物酶。每种过氧化物酶都具有不同的底物，生物素酚（biotin-phenol ）是APEX的一种底物。当研究人员将生物素酚添加到表达APEX的工 程细胞上时，该酶生成了生物素-苯氧自由基（phenoxyl radical）——带有不成对电子的高活性分子。这些自由基迅速抓取附近的蛋白质，用生 物素对它们进行标记。

这些方法也在不断改进中，而且也开始被应用于亚细胞结构图谱实验。如一些开发的定位程序，WoLF PSORT就是用 于蛋白质亚细胞定位预测的PSORT II程序的一个扩展。WoLF PSORT基于分选信号、氨基酸组成和功能motifs，例如DNA结合 motifs，将蛋白质氨基酸序列转换为数值定位特征。转换之后，一个简单的k最近邻居分类器被用于预测。

甚至市场上也有一些相关产品，如 Life Technologies推出了即用型的荧光蛋白载体，融合了信号肽，能将表达的荧光蛋白定位到亚细胞器中，如核、质膜、内质网、高尔基体和过 氧化物酶体等等。这种CellLight?试剂将信号肽或细胞结构蛋白与emGFP和TagRFP融合，可准确且特异地定位到亚细胞区室和结构。点击此处 了解CellLight?试剂的详细信息。

虽然蛋白定位亚细胞图谱能帮助科学家们获取前所未有的成像图片，但是蛋白只是构成细胞的几种主要元素之一，因此利用这些图谱并不能了解脂质和糖，不过对于目前的细胞研究来说，蛋白图谱依然是最先需要开始探索的一块土壤。