New Cellularand Molecular Biotechnology Journal

other ارزیابی پایگاه های داده بیوانفورماتیکی پیش بینی کننده‌ی جهش های موثر در پایداری پروتئین های نوترکیب Evaluation of Bioinformatics Servers for Predicting Mutations Affecting Recombinant Protein Stability میکروبیولوژی Microbiology مقاله مروری Review Article <div style="border-right: 1.5pt solid rgb(0, 32, 96); padding: 0cm 1pt 0cm 0cm; text-align: justify;">زمینه و هدف: ابزارهای بیوانفورماتیکی نقشِ کلیدی در غربالگری و بهینه‌سازیِ جهش‌های آمینواسیدی در پروتئین‌های نوترکیب دارند. با توجه به عدم‌وجودِ مقالۀ جامعِ فارسی در زمینۀ ابزارهای پیش‌بینی‌کنندۀ اثرِ جهش بر پایداریِ پروتئین، پژوهشِ حاضر با هدفِ بررسی و معرفیِ این ابزارها انجام شد.</div> <div style="border-width: medium 1.5pt 1.5pt medium; border-style: none solid solid none; border-color: currentcolor rgb(0, 32, 96) rgb(0, 36, 101) currentcolor; padding: 0cm 1pt 1pt 0cm; text-align: justify;">مواد و روش‌ها: در این مطالعه، جهتِ یافتنِ مقالاتِ مرتبط در بازۀ زمانیِ ۱۹۷۱ تا ۲۰۲۳، پایگاه‌های گوگل اسکالر، پاب‌مد و اسکوپوس جست‌وجو شدند. واژگانِ کلیدی شامل «روش‌های بیوانفورماتیک»، «پایداری»، «جهش» و «پایگاه‌های پیش‌بینی‌کننده» بودند. همچنین ابزارهای پیش‌بینیِ پایداری (مانند PoP MuSiC، Hot MuSiC، DUET، SDM، mCSM، CUPSAT، DDGun، STRUM و I-Mutant) و پایگاه‌های دادۀ اعتبارسنجیِ ساختارِ سومِ پروتئین (شامل I-TASSER، QMEAN، Phyre2، PROCHECK، ProSA و ERRAT) مورد تجزیه، تحلیل و مقایسه قرار گرفتند. نتایج: ابزارهای پیش‌بینی با آنالیزِ توالی، بررسیِ انعطاف‌پذیریِ دینامیکی و ارزیابیِ تغییرهای آنتروپی و انرژیِ آزاد (ΔΔG)، تأثیرِ جهش‌های اسیدآمینه‌ای بر ساختار و دمای ذوب (Tm) پروتئین را پیش‌بینی می‌کنند. پس از مدل‌سازی نیز، سرورهای اعتبارسنجی نیز با سنجشِ کیفیتِ استریوشیمیایی و دقت مدل‌ها، فرایندِ انتخابِ پایدارترین مدلِ سه‌بُعدی را تسهیل می‌کنند؛ مدلِ نهایی می‌تواند به‌عنوانِ ساختارِ مرجع برای طراحیِ سازۀ ژنی و آزمایش‌های تجربی استفاده شود. نتیجه‌گیری: ابزارهای بیوانفورماتیکی در مهندسیِ پروتئین، با کاهشِ چشمگیرِ هزینه‌ و زمانِ آزمایشگاهی، امکانِ طراحیِ هوشمندانۀ پروتئین‌های نوترکیب با پایداریِ بهینه را فراهم کرده و گامی مؤثر در توسعۀ بیوتکنولوژیِ کاربردی هستند.</div> Extended Abstract Background and Aim: Recombinant protein production frequently encounters limitations due to structural instability and misfolding. The rational design of amino acid mutations via computational screening offers a potent alternative to empirical trial-and-error approaches. Despite the growing global reliance on computational biology, a comprehensive Persian summarizing these analytical servers remains unavailable. Therefore, this study aimed to evaluate, and categorize advanced bioinformatics tools tailored for predicting mutation impacts on protein stability and validating the resulting three-dimensional structures. Materials and Methods: In this study, Google Scholar, PubMed, and Scopus databases were searched to retrieve relevant articles published between 1971 and 2023. The search strategy utilized keywords including "bioinformatics methods", "stability", "mutation", and "predictive databases". Furthermore, protein stability prediction tools (such as PoPMuSiC, HotMuSiC, DUET, SDM, mCSM, CUPSAT, DDGun, STRUM, and I-Mutant) and 3D structure validation servers (including I-TASSER, QMEAN, Phyre2, PROCHECK, ProSA, and ERRAT) were analyzed and compared regarding their algorithms, functions, and features. Results: The comparative screening revealed that mutation-based stability tools accurately quantify changes in melting temperature (ΔTm) and free energy of stability (ΔΔG). Following modeling, validation servers facilitate the selection of the most stable 3D model by evaluating stereochemical quality, model accuracy, and structural errors. The finalized model can serve as a reference structure for gene construct design and experimental validation. Conclusion: Utilizing in silico bioinformatics toolkits in structural biology drastically minimizes wet-lab screening times and experimental costs. By providing accurate mathematical modeling of structural thermodynamics, these predictive servers facilitate the design of highly stable recombinant proteins, establishing a robust foundation for targeted advancements in industrial and medical biotechnology. ساختار پروتئین جهش مهندسی پروتئین ترمودینامیک پایداری پروتئین پایگاه‌های داده پروتئینی Protein Conformation, Mutation, Protein Engineering, Thermodynamics, Protein Stability, Databases, Protein 18 37 http://ncmbjpiau.ir/browse.php?a_code=A-10-1381-5&slc_lang=other&sid=1 Shabnam Khamoushi شبنم خاموشی 100319475328460016412 100319475328460016412 No Department of Biology, Shk.C., Islamic Azad University, Shahrekord, Iran گروه زیست شناسی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران Maryam Peymani مریم پیمانی 100319475328460016413 100319475328460016413 Yes Department of Biology, Shk.C., Islamic Azad University, Shahrekord, Iran گروه زیست شناسی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران Kheirollah Yari خیراله یاری 100319475328460016414 100319475328460016414 No Medical Biology Research Center, Health Technology Institute, Kermanshah University of Medical Sciences, Kermanshah, Iran. مرکز تحقیقات بیولوژی پزشکی، پژوهشکده فناوری های سلامت، دانشگاه علوم پزشکی،کرمانشاه، ایران Jafar Amani جعفر امانی 100319475328460016415 100319475328460016415 No Applied Microbiology Research Center, Biomedicine Technologies Institute, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran مرکز تحقیقات میکروبیولوژی کاربردی، پژوهشکده فناوری های زیست پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران Abbas Doosti عباس دوستی 100319475328460016416 100319475328460016416 No Biotechnology Research Center, Shk.C., Islamic Azad University, Shahrekord, Iran. مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران