النموذج السويسري

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

Swiss-model (يُكتب اختصارًا SWISS-MODEL ) هو خادم ويب متخصص في المعلوماتية الحيوية الهيكلية ، ويُعنى بنمذجة التماثل لهياكل البروتينات ثلاثية الأبعاد. [ 1 ] [ 2 ] قبل ظهور AlphaFold ، كانت نمذجة التماثل الطريقة الأكثر دقة لإنشاء نماذج موثوقة لهياكل البروتينات ثلاثية الأبعاد. وحتى يومنا هذا، لا تزال تُستخدم في العديد من التطبيقات العملية التي تعجز فيها تقنيات التعلم العميق عن تحقيق النتائج المرجوة نظرًا لاعتمادها على البيانات . تستخدم طرق نمذجة التماثل (أو المقارنة) هياكل البروتينات التجريبية (القوالب) لبناء نماذج للبروتينات ذات الصلة التطورية (الأهداف).

يتألف برنامج Swiss-model اليوم من ثلاثة مكونات متكاملة بإحكام: (1) خط أنابيب Swiss-model – مجموعة من أدوات البرمجيات وقواعد البيانات لنمذجة بنية البروتين آليًا، [ 1 ] (2) مساحة عمل Swiss-model – بيئة عمل بواجهة مستخدم رسومية عبر الإنترنت ، [ 2 ] (3) مستودع Swiss-model – قاعدة بيانات يتم تحديثها باستمرار لنماذج التماثل لمجموعة من بروتينات الكائنات الحية النموذجية ذات الأهمية الطبية الحيوية العالية. [ 3 ]

خط الأنابيب

تتألف عملية بناء نموذج سويسري من أربع خطوات رئيسية تتضمن بناء نموذج تماثلي لبنية بروتين معينة:

  1. تحديد القوالب الهيكلية. تُستخدم أدوات BLAST و HHblits لتحديد القوالب. يتم تخزين هذه القوالب في مكتبة قوالب Swiss-model (SMTL)، المشتقة من بنك بيانات البروتين (PDB).
  2. قم بمحاذاة التسلسل المستهدف وبنية القالب (البنى).
  3. قم ببناء النموذج وتقليل استهلاك الطاقة. يطبق برنامج Swiss-model أسلوب تجميع الأجزاء الصلبة في عملية النمذجة.
  4. قم بتقييم جودة النموذج باستخدام QMEAN، وهو جهد إحصائي لمتوسط ​​القوة.

مساحة العمل

تُدمج بيئة العمل السويسرية البرامج وقواعد البيانات اللازمة لتوقع بنية البروتين ونمذجتها في بيئة عمل عبر الإنترنت. وبحسب تعقيد مهمة النمذجة، يمكن تطبيق أنماط استخدام مختلفة، حيث يتمتع المستخدم بمستويات متفاوتة من التحكم في خطوات النمذجة الفردية: النمط الآلي، ونمط المحاذاة، ونمط المشروع. يُستخدم النمط الآلي بالكامل عندما تسمح نسبة تطابق عالية كافية بين التسلسل المستهدف والقالب (>50%) بعدم الحاجة إلى أي تدخل بشري. في هذه الحالة، يُطلب فقط تسلسل البروتين أو رمز الوصول إليه في قاعدة بيانات UniProt كمدخل. يُمكّن نمط المحاذاة المستخدم من إدخال محاذاة التسلسل المستهدف مع القالب، والتي تبدأ منها عملية النمذجة (أي يتم تخطي خطوة البحث عن القوالب، ونادرًا ما تُجرى تغييرات طفيفة فقط على المحاذاة المُقدمة). يُستخدم نمط المشروع في الحالات الأكثر تعقيدًا، عندما تكون هناك حاجة إلى تصحيحات يدوية لمحاذاة التسلسل المستهدف مع القالب لتحسين جودة النموذج الناتج. في هذا الوضع، يكون المُدخل ملف مشروع يُمكن إنشاؤه بواسطة أداة DeepView (Swiss Pdb Viewer) للتصور والتحليل البنيوي، [ 4 ] مما يسمح للمستخدم بفحص ومعالجة محاذاة الهدف مع القالب في سياقها البنيوي. في جميع الحالات الثلاث، يكون المُخرج ملف pdb يحتوي على إحداثيات ذرات النموذج أو ملف مشروع DeepView. يُمكن تكرار الخطوات الأربع الرئيسية لنمذجة التماثل بشكل متكرر حتى يتم الحصول على نموذج مُرضٍ.

يمكن الوصول إلى بيئة العمل السويسرية عبر خادم الويب ExPASy ، أو استخدامها كجزء من برنامج DeepView (عارض قواعد البيانات السويسرية). وحتى سبتمبر 2015، تم الاستشهاد بها 20000 مرة في الأدبيات العلمية، [ 5 ] مما يجعلها واحدة من أكثر الأدوات استخدامًا في نمذجة بنية البروتين. الأداة مجانية للاستخدام الأكاديمي.

مستودع

يُتيح مستودع النماذج السويسرية الوصول إلى مجموعة مُحدَّثة من نماذج البروتينات ثلاثية الأبعاد المُعَلَّمة لمجموعة من الكائنات النموذجية ذات الأهمية العامة الكبيرة. تشمل هذه الكائنات الإنسان [ 6 ] ، والفأر [ 7 ] ، والديدان الأسطوانية [ 8 ] ، والإشريكية القولونية [ 9 ] ، والعديد من مسببات الأمراض، بما في ذلك فيروس كورونا 2 المسبب لمتلازمة الالتهاب التنفسي الحاد الوخيم (SARS-CoV-2) [ 10 ] . يتكامل مستودع النماذج السويسرية مع العديد من الموارد الخارجية، مثل UniProt [ 11 ] ، وInterPro [ 12 ] ، و STRING [ 13 ] ، ومبادرة بنية البروتين الطبيعية (PSI) SBKB [ 14 ] .

تتضمن التطورات الجديدة لنظام الخبير Swiss-model ما يلي: (1) النمذجة الآلية للتجمعات المتجانسة قليلة الوحدات ؛ (2) نمذجة أيونات المعادن الأساسية والروابط ذات الأهمية البيولوجية في بنى البروتينات؛ (3) تقديرات موثوقية النموذج المحلية (لكل بقايا) استنادًا إلى دالة التقييم المحلية QMEAN؛ [ 15 ] (4) ربط خصائص UniProt بالنماذج. يتوفر الخياران (1) و(2) عند استخدام الوضع الآلي في مساحة عمل Swiss-model؛ بينما يتوفر الخيار (3) دائمًا عند حساب نموذج التماثل باستخدام مساحة عمل Swiss-model، أما الخيار (4) فهو متاح في مستودع Swiss-model.

دقة وموثوقية الطريقة

في الماضي، تم التحقق من دقة واستقرار وموثوقية خط أنابيب الخادم ذي النموذج السويسري من خلال مشروع EVA-CM المعياري. اعتبارًا من عام 2024تشارك منصة خادم Swiss-model في مشروع التقييم الآلي المستمر للنماذج ( CAMEO3D )، الذي يقيم باستمرار دقة وموثوقية خدمات التنبؤ ببنية البروتين عبر وسائل آلية بالكامل. [ 16 ]

مراجع

  1. 1 2 شويدي تي، كوب جيه، غويكس إن، بيتش إم سي (2003). "Swiss-model: خادم آلي لنمذجة تماثل البروتين" . أبحاث الأحماض النووية . 31 (13): 3381-3385 . doi : 10.1093/nar/gkg520 . PMC 168927. PMID 12824332 .  
  2. 1 2 بياسيني م، بينيرت س، ووترهاوس أ، أرنولد ك، ستودر ج، شميدت ت، كيفر ف، كاسارينو ت ج، بيرتوني م، بوردولي ل، شويدي ت (2014). "النموذج السويسري: نمذجة البنية الثالثية والرابعية للبروتين باستخدام المعلومات التطورية" . أبحاث الأحماض النووية . 42 (W1): 195-201 . doi : 10.1093/nar/gku340 . PMC 4086089. PMID 24782522 .  
  3. ↑ بينيرت إس، ووترهاوس إيه، دي بير تي إيه، تاورييلو جي، ستودر جي، بوردولي إل، شويدي تي (2017). " مستودع النموذج السويسري - ميزات ووظائف جديدة" . أبحاث الأحماض النووية . 45 (D1): D313– D319. doi : 10.1093/nar/gkw1132 . PMC 5210589. PMID 27899672 .  
  4. ↑ Guex N, Peitsch MC, Schwede T (2009). "نمذجة بنية البروتين المقارنة الآلية باستخدام Swiss-model وSwiss-PdbViewer: منظور تاريخي". Electrophoresis . 30 ( ملحق 1): S162–173. doi : 10.1002/elps.200900140 . PMID 19517507. S2CID 39507113 .  
  5. ↑ عدد النتائج التي تم الحصول عليها من البحث في جوجل سكولار. (جوجل سكولار)
  6. ↑ "النموذج السويسري - الإنسان العاقل" . swissmodel.expasy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2020 .
  7. ↑ "Swiss-model – Mus musculus" . swissmodel.expasy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2020 .
  8. ↑ "النموذج السويسري - Caenorhabditis elegans" . swissmodel.expasy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2020 .
  9. ↑ "النموذج السويسري - الإشريكية القولونية" . swissmodel.expasy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2020 .
  10. ↑ "النموذج السويسري – فيروس سارس-كوف-2" . swissmodel.expasy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2020 .
  11. ↑ وو سي إتش، أبوايلر آر، بايروش إيه، وآخرون (2006). "مورد البروتين العالمي (UniProt): عالم متوسع من معلومات البروتين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 34 (عدد قواعد البيانات): D187–91. doi : 10.1093/nar/gkj161 . PMC 1347523. PMID 16381842 .   
  12. ↑ وو سي إتش، أبوايلر آر، بايروش إيه، وآخرون (2007). "InterPro و InterProScan". علم الجينوم المقارن . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 396. الصفحات 59-70 . doi : 10.1007/978-1-59745-515-2_5 . ISBN    978-1-934115-37-4PMID 18025686​​ 
  13. ↑ Szklarczyk D, Franceschini A, Kuhn M, et al. (2011). "قاعدة بيانات STRING في عام 2011: شبكات التفاعل الوظيفي للبروتينات، متكاملة ومصنفة عالميًا" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 39 (عدد قواعد البيانات): D561–8. doi : 10.1093/nar/ gkq973 . PMC 3013807. PMID 21045058 .   
  14. ↑ غاباني إم جيه، آدامز بي دي، أرنولد كيه، وآخرون (2011). "قاعدة معارف البيولوجيا التركيبية: بوابة لبنى البروتينات وتسلسلاتها ووظائفها وأساليبها" . مجلة علم الجينوم التركيبي والوظيفي . 12 (2): 45-54 . doi : 10.1007/s10969-011-9106-2 . PMC 3123456. PMID 21472436 .   
  15. ↑ بنكرت، ب.، كونزلي ، م.، وشويد، ت. (2009). "خادم QMEAN لتقدير جودة نموذج البروتين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 37 (عدد خوادم الويب): W510–4. doi : 10.1093/nar/gkp322 . PMC 2703985. PMID 19429685 .  
  16. ↑ "CAMEO: التقييم الآلي المستمر للنماذج" . CAMEO3d.org .

انظر أيضاً