|
|
Segmentation of biological samples in cryo-electron microscopy images using machine learning methods
Sokol, Norbert ; Vičar, Tomáš (referee) ; Chmelík, Jiří (advisor)
Zobrazovanie pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie má svoje nezastúpiteľné miesto v analýze viacerých biologických štruktúr. Lokalizácia buniek kultivovaných na mriežke a ich segmentácia voči pozadiu alebo kontaminácii je základom. Spolu s vývojom viacerých metód hlbokého učenia sa podstatne zvýšila úspešnosť úloh sémantickej segmentácie. V tejto práci vyvinieme hlbokú konvolučnú neurónovú sieť pre úlohu sémantickej segmentácie buniek kultivovaných na mriežke. Dátový súbor pre túto prácu bol vytvorený pomocou dual-beam kryo-elektónového mikroskopu vyvinutého spoločnosťou Thermo Fisher Scientific Brno.
|
|
|
Isolation and determination of the structure of hexamerin of Tribolium castaneum and TmpH protein of phi812 phage.
Valentová, Lucie ; Řezáčová,, Pavlína (referee) ; Plevka,, Pavel (advisor)
Tato práce se zabývá strukturní studií dvou proteinů: proteinu Tail morphogenetic protein H (TmpH) bakteriofága 812, který napadá Zlatého stafylokoka (Staphylococcus aureus) a hexamerinu z potemníka (Tribolium castaneum). S. aureus je jedním z nejvíce rezistentních patogenů způsobující onemocnění s vysokou morbiditou a mortalitou. Bakteriofág 812 je schopen infikovat a lyzovat 95 % kmenů S. aureus a má potenciální využití ve fágové terapii. Protein TmpH je součástí virionu tohoto fága. V rámci této práce bylo připraveno několik plazmidů nesoucích gen TmpH, které byly použity pro rekombinantní expresi proteinu v buňkách E. coli BL21(DE3). Protein byl vyčištěn afinitní a gelovou chromatografií. Pro čistý protein byly optimalizovány krystalizační podmínky. Hexamerin je nejhojnějším proteinem larev a kukel hmyzu s dokonalou proměnou. V průběhu metamorfózy hexamerin slouží jako zdroj aminokyselin. V rámci této práce byl hexamerin izolován z kukel potemníka T. castaneum. Pro stanovení struktury hexamerinu byly použity dvě metody: rentgenová krystalografie a kryo-elektronová mikroskopie. Byly optimalizovány podmínky pro růst krystalů a vypěstovány krystaly vhodné pro sběr difrakčních dat. Nicméně struktura hexamerinu byla rychleji vyřešena kryo-elektronovou mikroskopií s rozlišením 3.2 . Znalost struktury hexamerinu umožní pochopení jeho funkce v regulaci vývoje hmyzu s dokonalou proměnou.
|
|
|
Registration of ion and electron images from DualBeam microscope
Oreničová, Jaroslava ; Harabiš, Vratislav (referee) ; Králík, Martin (advisor)
V posledných rokoch sa v zobrazovaní materiálov a biologických vzoriek rožšírila elektrónová mikroskopia. Táto práca sa zaoberá vzájomnou registráciou obrazu v tzv. DualBeam elektrónovom mikroskope. Hlavným cieľom tejto práce je nájsť vhodný algoritmus pre registráciu elektrónového a iontového obrazu porovnaním rôznych algoritmov. Ide o detektory a deskriptory SIFT, SURF a AKAZE, vytvorené v programovacom jazyku Python za použitia knižnice OpenCV. Sú testované pri rôznych podmienkach snímania obrazu nebiologických, zväša kovových materiálov ale aj biologických vzoriek a to pri rôznej rotácii, natočení a použitými vzorkami. Vstupné parametre týchto algoritmov sú vzájomné porovnávané k dosiahnutiu optimálnych vstupných nastavení pre jednotlivé skupiny testovaných dát. Každý z detektorov je špecifický pri použitý na rôzne druhy vzoriek. Je tak potrebné zvoliť kompromis pri aplikácii jednotlivých detektorov a dekriptorov vzhľadom na aplikáciu a zvolený typ vzoriek. Na základe testovania je využitie jednotlivých detektorov a deskriptorov nasledujúce: SURF pri kovových vzorkách vo vzájomnom uhle 0° pri zobrazovaní pomocou elektrónového a iontového zväzku a pri párovaní biologických vzoriek. AKAZE funguje najlepšie pri párovaní vzájomne naklonených kovových vzoriek. Pri párovaní obrazov zobrazovaných jedným zväzkom funguje najlepšie SIFT.
|
|
|
Regularization methods for discrete inverse problems in single particle analysis
Havelková, Eva ; Hnětynková, Iveta (advisor) ; Plešinger, Martin (referee)
The aim of this thesis is to investigate applicability of regulariza- tion by Krylov subspace methods to discrete inverse problems arising in single particle analysis (SPA). We start with a smooth model formulation and describe its discretization, yielding an ill-posed inverse problem Ax ≈ b, where A is a lin- ear operator and b represents the measured noisy data. We provide theoretical background and overview of selected methods for the solution of general linear inverse problems. Then we focus on specific properties of inverse problems from SPA, and provide experimental analysis based on synthetically generated SPA datasets (experiments are performed in the Matlab enviroment). Turning to the solution of our inverse problem, we investigate in particular an approach based on iterative Hybrid LSQR with inner Tikhonov regularization. A reliable stopping criterion for the iterative part as well as parameter-choice method for the inner regularization are discussed. Providing a complete implementation of the proposed solver (in Matlab and in C++), its performance is evaluated on various SPA model datasets, considering high levels of noise and realistic distri- bution of orientations of scanning angles. Comparison to other regularization methods, including the ART method traditionally used in SPA,...
|
|
|
Regularization methods for discrete inverse problems in single particle analysis
Havelková, Eva ; Hnětynková, Iveta (advisor)
The aim of this thesis is to investigate applicability of regulariza- tion by Krylov subspace methods to discrete inverse problems arising in single particle analysis (SPA). We start with a smooth model formulation and describe its discretization, yielding an ill-posed inverse problem Ax ≈ b, where A is a lin- ear operator and b represents the measured noisy data. We provide theoretical background and overview of selected methods for the solution of general linear inverse problems. Then we focus on specific properties of inverse problems from SPA, and provide experimental analysis based on synthetically generated SPA datasets (experiments are performed in the Matlab enviroment). Turning to the solution of our inverse problem, we investigate in particular an approach based on iterative Hybrid LSQR with inner Tikhonov regularization. A reliable stopping criterion for the iterative part as well as parameter-choice method for the inner regularization are discussed. Providing a complete implementation of the proposed solver (in Matlab and in C++), its performance is evaluated on various SPA model datasets, considering high levels of noise and realistic distri- bution of orientations of scanning angles. Comparison to other regularization methods, including the ART method traditionally used in SPA,...
|
|
|
Segmentation of biological samples in cryo-electron microscopy images using machine learning methods
Sokol, Norbert ; Vičar, Tomáš (referee) ; Chmelík, Jiří (advisor)
Zobrazovanie pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie má svoje nezastúpiteľné miesto v analýze viacerých biologických štruktúr. Lokalizácia buniek kultivovaných na mriežke a ich segmentácia voči pozadiu alebo kontaminácii je základom. Spolu s vývojom viacerých metód hlbokého učenia sa podstatne zvýšila úspešnosť úloh sémantickej segmentácie. V tejto práci vyvinieme hlbokú konvolučnú neurónovú sieť pre úlohu sémantickej segmentácie buniek kultivovaných na mriežke. Dátový súbor pre túto prácu bol vytvorený pomocou dual-beam kryo-elektónového mikroskopu vyvinutého spoločnosťou Thermo Fisher Scientific Brno.
|
|
|
Isolation and determination of the structure of hexamerin of Tribolium castaneum and TmpH protein of phi812 phage.
Valentová, Lucie ; Řezáčová,, Pavlína (referee) ; Plevka,, Pavel (advisor)
Tato práce se zabývá strukturní studií dvou proteinů: proteinu Tail morphogenetic protein H (TmpH) bakteriofága 812, který napadá Zlatého stafylokoka (Staphylococcus aureus) a hexamerinu z potemníka (Tribolium castaneum). S. aureus je jedním z nejvíce rezistentních patogenů způsobující onemocnění s vysokou morbiditou a mortalitou. Bakteriofág 812 je schopen infikovat a lyzovat 95 % kmenů S. aureus a má potenciální využití ve fágové terapii. Protein TmpH je součástí virionu tohoto fága. V rámci této práce bylo připraveno několik plazmidů nesoucích gen TmpH, které byly použity pro rekombinantní expresi proteinu v buňkách E. coli BL21(DE3). Protein byl vyčištěn afinitní a gelovou chromatografií. Pro čistý protein byly optimalizovány krystalizační podmínky. Hexamerin je nejhojnějším proteinem larev a kukel hmyzu s dokonalou proměnou. V průběhu metamorfózy hexamerin slouží jako zdroj aminokyselin. V rámci této práce byl hexamerin izolován z kukel potemníka T. castaneum. Pro stanovení struktury hexamerinu byly použity dvě metody: rentgenová krystalografie a kryo-elektronová mikroskopie. Byly optimalizovány podmínky pro růst krystalů a vypěstovány krystaly vhodné pro sběr difrakčních dat. Nicméně struktura hexamerinu byla rychleji vyřešena kryo-elektronovou mikroskopií s rozlišením 3.2 . Znalost struktury hexamerinu umožní pochopení jeho funkce v regulaci vývoje hmyzu s dokonalou proměnou.
|
|
|
Regularization methods for discrete inverse problems in single particle analysis
Havelková, Eva ; Hnětynková, Iveta (advisor) ; Plešinger, Martin (referee)
The aim of this thesis is to investigate applicability of regulariza- tion by Krylov subspace methods to discrete inverse problems arising in single particle analysis (SPA). We start with a smooth model formulation and describe its discretization, yielding an ill-posed inverse problem Ax ≈ b, where A is a lin- ear operator and b represents the measured noisy data. We provide theoretical background and overview of selected methods for the solution of general linear inverse problems. Then we focus on specific properties of inverse problems from SPA, and provide experimental analysis based on synthetically generated SPA datasets (experiments are performed in the Matlab enviroment). Turning to the solution of our inverse problem, we investigate in particular an approach based on iterative Hybrid LSQR with inner Tikhonov regularization. A reliable stopping criterion for the iterative part as well as parameter-choice method for the inner regularization are discussed. Providing a complete implementation of the proposed solver (in Matlab and in C++), its performance is evaluated on various SPA model datasets, considering high levels of noise and realistic distri- bution of orientations of scanning angles. Comparison to other regularization methods, including the ART method traditionally used in SPA,...
|
guest ::
