Швейцарская модель

ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ
Тип	структурной биоинформатики Инструмент
Лицензия	бесплатен для использования, исходный код недоступен
Веб-сайт	https://swissmodel.expasy.org/

SWISS-MODEL — это структурной биоинформатики, веб-сервер предназначенный для моделирования гомологии трехмерных белковых структур. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Моделирование гомологии в настоящее время является наиболее точным методом создания надежных трехмерных моделей структуры белка и обычно используется во многих практических приложениях. В методах гомологического (или сравнительного) моделирования используются экспериментальные белковые структуры («шаблоны») для построения моделей эволюционно родственных белков («мишеней»).

Сегодня SWISS-MODEL состоит из трех тесно интегрированных компонентов: (1) Конвейер SWISS-MODEL – набор программных инструментов и баз данных для автоматического моделирования структуры белков; ^{[ 1 ]} (2) Рабочее пространство SWISS-MODEL – графическая рабочая среда пользователя на базе веб-интерфейса, ^{[ 2 ]} (3) Репозиторий SWISS-MODEL – постоянно обновляемая база данных моделей гомологии для набора модельных протеомов организмов, представляющих высокий биомедицинский интерес. ^{[ 3 ]}

Трубопровод

Конвейер SWISS-MODEL включает четыре основных этапа, которые участвуют в построении модели гомологии данной структуры белка:

Идентификация структурного шаблона(ов). BLAST и HHblits используются для идентификации шаблонов. Шаблоны хранятся в библиотеке шаблонов SWISS-MODEL (SMTL), которая является производной от PDB .
Согласование целевой последовательности и структуры(й) шаблона.
Построение моделей и минимизация энергии. SWISS-MODEL реализует подход к моделированию, основанный на сборке жестких фрагментов.
Оценка качества модели с использованием QMEAN — статистического потенциала средней силы.

Рабочая область

Рабочее пространство SWISS-MODEL объединяет программы и базы данных, необходимые для моделирования структуры белков, в рабочем веб-пространстве. В зависимости от сложности задачи моделирования могут применяться разные режимы использования, в которых пользователь имеет разные уровни контроля над отдельными этапами моделирования: автоматизированный режим, режим выравнивания и режим проекта. Полностью автоматический режим используется, когда достаточно высокая идентичность последовательностей между мишенью и матрицей (>50%) вообще не допускает вмешательства человека. В этом случае в качестве входных данных требуется только последовательность или код доступа UniProt белка. Режим выравнивания позволяет пользователю вводить собственные выравнивания целевого шаблона, с чего начинается процедура моделирования (т.е. этап поиска шаблонов пропускается и редко вносятся лишь незначительные изменения в заданное выравнивание). Режим проекта используется в более сложных случаях, когда необходима ручная корректировка выравниваний целевого шаблона для улучшения качества получаемой модели. В этом режиме входными данными является файл проекта, который может быть создан с помощью инструмента визуализации и структурного анализа DeepView (Swiss Pdb Viewer). ^{[ 4 ]} чтобы позволить пользователю проверять и манипулировать выравниванием целевого шаблона в его структурном контексте. Во всех трех случаях выходными данными являются файл PDB с координатами атомов модели или файл проекта DeepView. Четыре основных этапа моделирования гомологии могут повторяться итеративно до тех пор, пока не будет получена удовлетворительная модель.

Доступ к рабочему пространству SWISS-MODEL осуществляется через веб-сервер ExPASy или его можно использовать как часть программы DeepView (Swiss Pdb-Viewer). По состоянию на сентябрь 2015 года его цитировали в научной литературе 20 000 раз. ^{[ 5 ]} что делает его одним из наиболее широко используемых инструментов для моделирования структуры белков. Инструмент бесплатен для академического использования.

Репозиторий

Репозиторий SWISS-MODEL обеспечивает доступ к актуальной коллекции аннотированных трехмерных моделей белков для ряда модельных организмов, представляющих большой общий интерес. Модельные организмы включают человека , ^{[ 6 ]} мышь , ^{[ 7 ]} C.элегантный , ^{[ 8 ]} кишечная палочка , ^{[ 9 ]} и различные патогены, включая коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2). ^{[ 10 ]} Репозиторий SWISS-MODEL интегрирован с несколькими внешними ресурсами, такими как UniProt , ^{[ 11 ]} ИнтерПро , ^{[ 12 ]} НИТЬ , ^{[ 13 ]} и Природа ПСИ СБКБ. ^{[ 14 ]}

Новые разработки экспертной системы SWISS-MODEL включают: (1) автоматизированное моделирование гомоолигомерных ансамблей ; (2) моделирование ионов незаменимых металлов и биологически значимых лигандов в белковых структурах; (3) оценки надежности локальной модели (на остаток) на основе функции локального балла QMEAN; ^{[ 15 ]} (4) сопоставление функций UniProt с моделями. (1) и (2) доступны при использовании автоматизированного режима рабочего пространства SWISS-MODEL; (3) всегда предоставляется при расчете модели гомологии с использованием рабочей области SWISS-MODEL, а (4) доступен в репозитории SWISS-MODEL.

Точность и надежность метода

В прошлом точность, стабильность и надежность серверного конвейера SWISS-MODEL проверялась с помощью эталонного проекта EVA-CM . В настоящее время серверный конвейер SWISS-MODEL участвует в проекте CAMEO3D [1] (Continious Automated Model EvaluatiOn), который непрерывно оценивает точность и надежность служб прогнозирования структуры белков в полностью автоматизированном режиме.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Шведе Т., Копп Дж., Гуекс Н., Пайч MC (2003). «SWISS-MODEL: автоматизированный сервер моделирования гомологии белков» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (13): 3381–3385. дои : 10.1093/нар/gkg520 . ПМК 168927 . ПМИД 12824332 .
^ Jump up to: ^а ^б Биазини М., Бинерт С., Уотерхаус А., Арнольд К., Студер Г., Шмидт Т., Кифер Ф., Кассарино Т.Г., Бертони М., Бордоли Л., Шведе Т. (2014). «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ: моделирование третичной и четвертичной структуры белка с использованием эволюционной информации» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (П1): 195–201. дои : 10.1093/нар/gku340 . ПМК 4086089 . ПМИД 24782522 .
^ Бьнерт С., Уотерхаус А., де Бир Т.А., Тауриелло Г., Студер Г., Бордоли Л., Шведе Т. (2017). «Репозиторий SWISS-MODEL – новые возможности и функциональность» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (Д1): Д313–Д319. дои : 10.1093/nar/gkw1132 . ПМК 5210589 . ПМИД 27899672 .
^ Гуекс Н., Пайч М.К., Шведе Т. (2009). «Автоматическое сравнительное моделирование структуры белков с помощью SWISS-MODEL и Swiss-PdbViewer: историческая перспектива». Электрофорез . 30 (Приложение 1): S162–173. дои : 10.1002/elps.200900140 . ПМИД 19517507 . S2CID 39507113 .
^ Количество результатов, полученных при поиске в Google Scholar. (Google Академик)
^ «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Человек разумный» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.
^ «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Мышцы мышц» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.
^ «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Caenorhabditis elegans» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.
^ «ШВИСС-МОДЕЛЬ | Кишечная палочка» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.
^ «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | SARS-CoV-2» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.
^ Ву Ч., Апвейлер Р., Байрох А. и др. (2006). «Универсальный ресурс белка (UniProt): расширяющаяся вселенная информации о белках» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Проблема с базой данных): D187–91. дои : 10.1093/nar/gkj161 . ПМЦ 1347523 . ПМИД 16381842 .
^ Ву Ч., Апвейлер Р., Байрох А. и др. (2007). InterPro и InterProScan: инструменты для классификации и сравнения последовательностей белков . Методы молекулярной биологии. Том. 396. стр. 59–70. дои : 10.1007/978-1-59745-515-2_5 . ISBN 978-1-934115-37-4 . ПМИД 18025686 .
^ Шкларчик Д., Франческини А., Кун М. и др. (2011). «База данных STRING в 2011 году: сети функциональных взаимодействий белков, глобально интегрированные и оцененные» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (Проблема с базой данных): D561–8. дои : 10.1093/нар/gkq973 . ПМК 3013807 . ПМИД 21045058 .
^ Габани М.Дж., Адамс П.Д., Арнольд К. и др. (2011). «База знаний по структурной биологии: портал к белковым структурам, последовательностям, функциям и методам» . Журнал структурной и функциональной геномики . 12 (2): 45–54. дои : 10.1007/s10969-011-9106-2 . ПМК 3123456 . ПМИД 21472436 .
^ Бенкерт П., Кунцли М., Шведе Т. (2009). «Сервер QMEAN для оценки качества модели белка» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (проблема с веб-сервером): W510–4. дои : 10.1093/нар/gkp322 . ПМК 2703985 . ПМИД 19429685 .

Внешние ссылки

ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ

См. также

Гомологическое моделирование
Прогнозирование структуры белка
Программное обеспечение для прогнозирования структуры белка
CASP (критическая оценка методов прогнозирования структуры белка)

[pmid12824332-1] Jump up to: ^а ^б Шведе Т., Копп Дж., Гуекс Н., Пайч MC (2003). «SWISS-MODEL: автоматизированный сервер моделирования гомологии белков» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (13): 3381–3385. дои : 10.1093/нар/gkg520 . ПМК 168927 . ПМИД 12824332 .

[pmid24782522-2] Jump up to: ^а ^б Биазини М., Бинерт С., Уотерхаус А., Арнольд К., Студер Г., Шмидт Т., Кифер Ф., Кассарино Т.Г., Бертони М., Бордоли Л., Шведе Т. (2014). «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ: моделирование третичной и четвертичной структуры белка с использованием эволюционной информации» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (П1): 195–201. дои : 10.1093/нар/gku340 . ПМК 4086089 . ПМИД 24782522 .

[pmid27899672-3] Бьнерт С., Уотерхаус А., де Бир Т.А., Тауриелло Г., Студер Г., Бордоли Л., Шведе Т. (2017). «Репозиторий SWISS-MODEL – новые возможности и функциональность» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (Д1): Д313–Д319. дои : 10.1093/nar/gkw1132 . ПМК 5210589 . ПМИД 27899672 .

[pmid19517507-4] Гуекс Н., Пайч М.К., Шведе Т. (2009). «Автоматическое сравнительное моделирование структуры белков с помощью SWISS-MODEL и Swiss-PdbViewer: историческая перспектива». Электрофорез . 30 (Приложение 1): S162–173. дои : 10.1002/elps.200900140 . ПМИД 19517507 . S2CID 39507113 .

[5] Количество результатов, полученных при поиске в Google Scholar. (Google Академик)

[6] «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Человек разумный» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.

[7] «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Мышцы мышц» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.

[8] «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | Caenorhabditis elegans» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.

[9] «ШВИСС-МОДЕЛЬ | Кишечная палочка» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.

[10] «ШВЕЙЦАРСКАЯ МОДЕЛЬ | SARS-CoV-2» . Swissmodel.expasy.org . Проверено 14 февраля 2020 г.

[pmid16381842-11] Ву Ч., Апвейлер Р., Байрох А. и др. (2006). «Универсальный ресурс белка (UniProt): расширяющаяся вселенная информации о белках» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Проблема с базой данных): D187–91. дои : 10.1093/nar/gkj161 . ПМЦ 1347523 . ПМИД 16381842 .

[pmid18025686-12] Ву Ч., Апвейлер Р., Байрох А. и др. (2007). InterPro и InterProScan: инструменты для классификации и сравнения последовательностей белков . Методы молекулярной биологии. Том. 396. стр. 59–70. дои : 10.1007/978-1-59745-515-2_5 . ISBN 978-1-934115-37-4 . ПМИД 18025686 .

[pmid21045058-13] Шкларчик Д., Франческини А., Кун М. и др. (2011). «База данных STRING в 2011 году: сети функциональных взаимодействий белков, глобально интегрированные и оцененные» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (Проблема с базой данных): D561–8. дои : 10.1093/нар/gkq973 . ПМК 3013807 . ПМИД 21045058 .

[pmid21472436-14] Габани М.Дж., Адамс П.Д., Арнольд К. и др. (2011). «База знаний по структурной биологии: портал к белковым структурам, последовательностям, функциям и методам» . Журнал структурной и функциональной геномики . 12 (2): 45–54. дои : 10.1007/s10969-011-9106-2 . ПМК 3123456 . ПМИД 21472436 .

[pmid19429685-15] Бенкерт П., Кунцли М., Шведе Т. (2009). «Сервер QMEAN для оценки качества модели белка» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (проблема с веб-сервером): W510–4. дои : 10.1093/нар/gkp322 . ПМК 2703985 . ПМИД 19429685 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]