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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-9010-0707
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Title: Métodos Computacionais para Análise e Caracterização de Imagens de Embriões da Drosophila melanogaster
Alternate title (s): Computational Methods for Analysis and Characterization of Drosophila melanogaster Embryos Images
Author: Pereira, Daniela Justiniano de Sousa
First Advisor: Travençolo, Bruno Augusto Nassif
First coorientator: Lopes, Francisco José Pereira
First member of the Committee: Backes, André Ricardo
Second member of the Committee: Beletti, Marcelo Emílio
Third member of the Committee: Neves, Leandro Alves
Fourth member of the Committee: Bianchi, Andrea Gomes Campos
Summary: No presente trabalho é proposto uma metodologia computacional para o processamento e análise de imagens relativas a embriões da Drosophila melanogaster. Investigações básicas sobre a expressão gênica desse organismo possibilitam conhecimentos fundamentais sobre processos biológicos importantes, como o desenvolvimento e a diferenciação celular. A metodologia apresentada é constituída por seis módulos computacionais desenvolvidos a partir de técnicas de Processamento Digital de Imagens que podem ser aplicados sequencialmente ou individualmente, a saber: (1) Isolamento do embrião, (2) Padronização, (3) Segmentação dos núcleos, (4) Representação dos dados nucleares, (5) Representação dos dados do citoplasma e (6) Quantificação da expressão. Os módulos incluem soluções para padronização dos dados, segmentação de imagens, representação dos dados de expressão gênica e extração de dados quantitativos – sendo útil para análises biológicas que vão desde a identificação do embrião principal na imagem até a visualização dos padrões de expressão gênica. Em conjunto, é oferecido uma solução genérica para o tratamento da complexidade dos dados desse tipo de imagem. Para validação da proposta, foram usadas imagens da superfície dos embriões e das seções sagital e transversa. Essas imagens foram obtidas de bases de imagens públicas (BDGP e FlyEx) e também de bases próprias. Os resultados comprovam que a metodologia proposta é flexível e robusta, uma vez que é capaz de tratar uma ampla variedade de imagens desse domínio. Parte dos métodos propostos tiveram desempenho superiores aos encontrados na literatura. Também são apresentadas interpretações biológicas realizadas a partir dos dados obtidos com a aplicação da metodologia.
Abstract: In this thesis, it is proposed a computational methodology for processing and analysis of Drosophila melanogaster embryos images. Basic investigations of the gene expression in this organism provide fundamental knowledge about important biological processes, such as cell development and differentiation. The methodology consists of six computational modules developed from Digital Image Processing techniques that can be applied sequentially or individually, namely: (1) Embryo isolation, (2) Standardization, (3) Nuclear segmentation, (4) Representation of nuclear data, (5) Representation of cytoplasm data and (6) Expression quantification. The modules include solutions for data standardization, image segmentation, representation of gene expression data and extraction of quantitative gene expression data – being useful for biological analysis ranging from the identification of the main embryo in the image to the visualization of the gene expression patterns. Together, it is offered a generic solution for the treatment of the data complexity of this image type. The proposal was validaded using embryo surface images and sagittal and transverse sections. These images were obtained from public image databases (BDGP and FlyEx) and also from our own databases. The results show that the proposed methodology is flexible and robust, as it handles a wide variety of images in this domain. Part of the proposed methods performed better than those found in the literature. In addition, it is presented the biological interpretations made from the data obtained with the application of the methodology.
Keywords: Processamento de imagens
Image processing
Análise de Imagens
Image analysis
Núcleos celulares
Cell nuclei
Expressão gênica
Gene expression
Segmentação de imagens
Images segmentation
Microscopia confocal
Confocal microscopy
Drosophila melanogaster
Drosophila melanogaster
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: PEREIRA, Daniela Justiniano de Sousa. Métodos Computacionais para Análise e Caracterização de Imagens de Embriões da Drosophila melanogaster. 2020. 133 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.1.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.1
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31136
Date of defense: 15-Dec-2020
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