Desarrollo de algoritmos de procesamiento de imagen para Crio-microscopía Electrónica

• Autores: Maria Estrella Fernández Giménez
• Directores de la Tesis: Carlos Óscar Sánchez Sorzano (dir. tes.), Maria Carazo Jose (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 81
• Títulos paralelos:
  • Development of image processing algorithms for cryo-electron microscopy
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La presente tesis, estructurada como un compendio de artículos, se centra en el desarrollo de algoritmos para el procesamiento de imágenes de crio-microscopía electrónica (cryo-EM, por sus siglas en inglés), prin¬cipalmente en la modalidad de Análisis de Partículas Individuales (SPA, por sus siglas en inglés), pero también con algunas contribuciones a las modalidades de tomografía y promedio de subtomogramas (STA, por sus siglas en inglés).

    La microscopía electrónica es un campo emergente que se está posi¬cionando como una de las herramientas más importantes para desvelar la estructura tridimensional a resolución casi atómica y atómica de macromoléculas y complejos biológicos, contribuyendo considerablemente a la investigación de enfermedades como el cáncer, infecciones víricos, condi¬ciones neurodegenerativas y al desarrollo de fármacos. Para lograr estas metas, el campo de la cryo-EM utiliza la tecnología más avanzada tanto en hardware como en software. En particular, los algoritmos de procesa¬miento de imágenes son una de las partes clave de este campo.

    La principal contribución de esta tesis es el desarrollo e implementación de algoritmos de sustracción de señales tanto para reconstrucciones tridimensionales (sustracción de volúmenes) como de partículas bidimen-sionales (sustracción de proyecciones). Además, esta tesis contribuye a la validación y robustez del campo con un análisis profundo sobre el refinamiento del desenfoque local. Finalmente, se han realizado otros desarrollos para necesidades específicas del grupo y para contribuir a Xmipp y Scipion en general, dos de los softwares más utilizados en el sector.

    Todo el código desarrollado en esta tesis es código abierto y está dis¬ponible en los repositorios de Xmipp y Scipion en GitHub. El software desarrollado está completamente disponible y usable en Xmipp y Scipion

  • English

    The present thesis, structured as a compendium of articles, is focused on the development of algorithms for image processing of cryo-electron microscopy (cryo-EM), mainly in the modality of Single Particle Analysis (SPA), but also with some smaller contributions to Tomography and Subtomogram Averaging (STA) modalities.

    Cryo-EM is an emergent feld that is positioning itself as one of the most important tools for revealing the three-dimensional structure at nearatomic and atomic resolution of biological macromolecules and complexes, contributing considerably to diseases research such as cancer, viral infections, neuro-degenerative conditions, and drugs development. To achieve these goals, the cryo-EM feld uses the most advanced technology both in hardware and software. In particular, image processing algorithms are one of the key parts of this feld.

    The main contribution of this thesis is the development and implementation of signal subtraction algorithms both for three-dimensional reconstructions (volume subtraction) and two-dimensional particles (projection subtraction). Besides, the thesis contributes to the validation and robustness of the feld with a deep analysis of local defocus refnement. Finally, other developments have been made for specifc needs of the group and for the contribution to Xmipp and Scipion in general, two of the most used software in the sector.

    All the code developed in this thesis is open source and available at Xmipp and Scipion repositories on GitHub. The software developed is fully available and usable through Xmipp and Scipion