蛋白的化学修饰是自然界中蛋白结构和功能多样化的主要来源。这些修饰在调控蛋白的性质和活性方面发挥着重要作用,且控制着生物过程中蛋白间动态而复杂的相互作用。由于以质谱为基础的蛋白组学技术发展迅速,数百种修饰已经被鉴定出来。然而,由于缺乏原位成像方法,使得获取特定蛋白上化学修饰的时空信息,并揭示这些修饰在细胞生命过程中的实时功能困难重重。更重要的是,蛋白可同时在不同的残基上被不同的基团多样化修饰,或在相同的残基上发生竞争性或顺序性的修饰。因此,同时实现蛋白及其多种修饰的识别非常重要,但到目前为止,这还是一项极具挑战性的任务。为了解决这个问题,我们需要用探针分别标记目标蛋白和特定修饰,并设计距离依赖性的反应来报告探针间的邻近情况。本文设计了一种局域DNA分子机器,利用“编码-反编码”间依次传递信号的算法,通过在细胞表面特定蛋白上进行DNA分子逻辑计算,将同时带有2种化学修饰的特定蛋白化学修饰亚型的表达转化为荧光信号的输出。利用跨膜糖蛋白上皮细胞粘附分子作为蛋白模型。在细胞上引入了 2种类型的化学修饰:（1）在蛋白中引入高炔丙基甘氨酸以产生炔基修饰,这种修饰是蛋白骨架上氨基酸残基的直接化学修饰;（2）在蛋白的糖链末端引入叠氮修饰的唾液酸,这是一种重要且常见的蛋白翻译后修饰类型,即糖基化。蛋白自身、叠氮化的唾液酸和高炔丙基甘氨酸共同构成了分子机器分析的3个“蛋白特征”。分子机器包含3组探针,分别用于对接3个“蛋白特征”。每组探针都由反应/识别部分（作为组装模块用于“蛋白特征”上探针的特异性连接或识别）和“反编码-编码”核酸序列（作为信号模块用于计算）组成。“编码”序列连接了相应的组装部分,在计算过程中,它们代表了对应的“蛋白特征”。“反编码”序列最初“掩蔽”了相应的“编码”序列,被启动后可按预先确定的计算顺序在邻近探针的“编码”序列间传递“身份信号”,该过程主要利用了立足点介导的DNA链置换反应和限制性核酸内切酶反应。探针组装完成后,一旦加入“时间编码”序列启动该程序,分子机器将根据“如果是,则继续”的原则,在细胞表面的单个蛋白上依次进行3次逻辑运算。只有当3组探针同时组装到同一目标蛋白上时,该分子机器才可以完成计算并输出最终的荧光信号,指示出细胞表面同时带有2种修饰的目标蛋白的存在。为分子机器所设计的“反编码-编码”序列及依次传递信号的算法构成了完整的“探针工具箱”,可完成不同的成像任务:（1）简单地利用每个特征对应的“编码”序列,可研究细胞表面单个特征的整体表达情况;（2）从“探针工具箱”中选取蛋白和目标修饰所对应的“反编码-编码”序列,可识别带有单种特定修饰的蛋白;（3）使用完整的“探针工具箱”则可识别带有2种特定修饰的蛋白。由于分子机器的模块化设计,而且蛋白被用作检查2种修饰是否与之邻近的中间桥梁,才使分子机器具有这种可伸缩的特性。通过在串联中插入其他探针和逻辑层,它还可以扩展出更复杂的算法以反映蛋白的多级信息。另外,该分子机器还能原位追踪药物作用后细胞表面特定蛋白化学修饰亚型上唾液酸的动态变化。本文扩展了分子机器的应用,为利用分子机器实现蛋白翻译后修饰的原位成像提供了可能,也为翻译后修饰靶向药物的发展、筛选和药理学研究,以及揭示翻译后修饰对蛋白功能的复杂调控机制铺平了道路。