Modelo suizo

Swiss-model (estilizado como SWISS-MODEL ) es un servidor web de bioinformática estructural dedicado al modelado por homología de estructuras proteicas 3D. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Antes de AlphaFold , el modelado por homología era el método más preciso para generar modelos fiables de estructuras proteicas tridimensionales. A día de hoy, se sigue utilizando en muchas aplicaciones prácticas donde las técnicas de aprendizaje profundo resultan insuficientes debido a su enfoque basado en datos . Los métodos de modelado por homología (o comparativo) utilizan estructuras proteicas experimentales (plantillas) para construir modelos de proteínas relacionadas evolutivamente (objetivos).

Actualmente, Swiss-model consta de tres componentes estrechamente integrados: (1) La plataforma Swiss-model: un conjunto de herramientas de software y bases de datos para el modelado automatizado de estructuras proteicas, ^{[ 1 ]} (2) El espacio de trabajo Swiss-model: un entorno de trabajo con interfaz gráfica de usuario basada en la web , ^{[ 2 ]} (3) El repositorio Swiss-model: una base de datos actualizada continuamente de modelos de homología para un conjunto de proteomas de organismos modelo de gran interés biomédico. ^{[ 3 ]}

El proceso Swiss-model comprende los cuatro pasos principales que intervienen en la construcción de un modelo de homología de una estructura proteica determinada:

1. Identificar plantillas estructurales. Se utilizan BLAST y HHblits para identificar las plantillas. Estas se almacenan en la Biblioteca de Plantillas Modelo Suiza (SMTL), que se deriva del Banco de Datos de Proteínas (PDB).
2. Alinear la secuencia objetivo y la(s) estructura(s) de la plantilla.
3. Construye el modelo y minimiza el consumo de energía. Swiss-model implementa un enfoque de ensamblaje de fragmentos rígidos en el modelado.
4. Evalúe la calidad del modelo utilizando QMEAN, un potencial estadístico de fuerza media.

El espacio de trabajo Swiss-model integra los programas y bases de datos necesarios para la predicción y el modelado de la estructura de proteínas en un entorno web. Según la complejidad de la tarea de modelado, se pueden aplicar diferentes modos de uso, en los que el usuario tiene distintos niveles de control sobre los pasos individuales del modelado: modo automático, modo de alineación y modo de proyecto. El modo totalmente automático se utiliza cuando una identidad de secuencia suficientemente alta entre la secuencia objetivo y la plantilla (>50 %) permite prescindir de toda intervención humana. En este caso, solo se requiere como entrada la secuencia o el código de acceso UniProt de la proteína. El modo de alineación permite al usuario introducir sus propias alineaciones objetivo-plantilla a partir de las cuales se inicia el procedimiento de modelado (es decir, se omite el paso de búsqueda de plantillas y rara vez se realizan cambios menores en la alineación proporcionada). El modo de proyecto se utiliza en casos más complejos, cuando se necesitan correcciones manuales de las alineaciones objetivo-plantilla para mejorar la calidad del modelo resultante. En este modo, la entrada es un archivo de proyecto que puede generarse con la herramienta de visualización y análisis estructural DeepView (Swiss Pdb Viewer) ^{[ 4 ]} , lo que permite al usuario examinar y manipular la alineación objetivo-plantilla en su contexto estructural. En los tres casos, la salida es un archivo pdb con las coordenadas atómicas del modelo o un archivo de proyecto de DeepView. Los cuatro pasos principales del modelado por homología pueden repetirse iterativamente hasta obtener un modelo satisfactorio.

El espacio de trabajo Swiss-model es accesible a través del servidor web ExPASy o puede utilizarse como parte del programa DeepView (Swiss Pdb-Viewer). A septiembre de 2015, había sido citado 20 000 veces en la literatura científica, ^{[ 5 ]} lo que lo convierte en una de las herramientas más utilizadas para el modelado de estructuras proteicas. La herramienta es gratuita para uso académico.

El Repositorio Swiss-model proporciona acceso a una colección actualizada de modelos de proteínas tridimensionales anotados para un conjunto de organismos modelo de gran interés general. Los organismos modelo incluyen humanos , ^{[ 6 ]} ratones , ^{[ 7 ]} C. elegans , ^{[ 8 ]} E. coli , ^{[ 9 ]} y varios patógenos, incluido el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV-2). ^{[ 10 ]} El Repositorio Swiss-model está integrado con varios recursos externos, como UniProt , ^{[ 11 ]} InterPro , ^{[ 12 ]} STRING , ^{[ 13 ]} y Nature Protein Structure Initiative (PSI) SBKB. ^{[ 14 ]}

Las nuevas funcionalidades del sistema experto Swiss-model incluyen: (1) modelado automatizado de ensamblajes homo-oligoméricos ; (2) modelado de iones metálicos esenciales y ligandos biológicamente relevantes en estructuras proteicas; (3) estimaciones de fiabilidad del modelo local (por residuo) basadas en la función de puntuación local QMEAN; ^{[ 15 ]} (4) mapeo de características UniProt a modelos. (1) y (2) están disponibles al usar el modo automatizado del espacio de trabajo Swiss-model; (3) siempre se proporciona al calcular un modelo de homología usando el espacio de trabajo Swiss-model, y (4) está disponible en el repositorio Swiss-model.

En el pasado, la precisión, estabilidad y confiabilidad de la arquitectura de servidores de modelo suizo fueron validadas por el proyecto de referencia EVA-CM . A partir de 2024, el pipeline del servidor Swiss-model participa en el proyecto Continuous Automated Model EvaluatiOn ( CAMEO3D ), que evalúa continuamente la precisión y confiabilidad de los servicios de predicción de la estructura de proteínas mediante medios totalmente automatizados. ^{[ 16 ]}

• Sitio web oficial

• Modelado por homología
• Predicción de la estructura de proteínas
• Software de predicción de la estructura de proteínas
• CASP (Evaluación Crítica de Técnicas para la Predicción de la Estructura de Proteínas)