El funcionamiento e interacción de las biomoléculas es fundamental para comprender las enfermedades, desarrollar nuevos fármacos
y la administración de tratamientos médicos.
La microscopía electrónica criogénica (cryo-EM) es un método de obtención de imágenes que permite la observación directa de las proteínas en estado nativo o casi nativo sin tintes ni fijadores, lo que permite a los investigadores estudiar las estructuras celulares, los virus y los complejos proteicos con detalle molecular.
Esta reconstrucción de estructuras tridimensionales y de resolución casi atómica de biomoléculas suele requerir miles de imágenes y una compleja computación, lo que dificulta la obtención de estructuras de alta resolución.
La crioelectrónica puede ayudar a superar este reto. Su éxito dependerá de una mayor adopción, del aumento del tamaño de los datos, de la maduración del mercado y del auge del deep learning.
CONJUNTOS DE DATOS MASIVOS
El alcance y la complejidad de los datos de cryo-EM han aumentado enormemente con los avances en la automatización y la tecnología visual.
Las cámaras con mayor sensibilidad capturan imágenes a velocidades de cuadro más rápidas. Con la mejora de la preparación de las muestras, la automatización de la adquisición de datos y los tiempos de funcionamiento de los instrumentos, los requisitos para el procesamiento de datos y la computación siguen aumentando.
Por ejemplo, en un experimento típico, a menudo se necesitan entre 1.000 y 8.000 imágenes, capturadas a partir de 4 a 8 terabytes (TB) de datos de imágenes sin procesar, para generar mapas de alta resolución de una sola partícula.
En los últimos años, casi todos los pasos de los flujos de trabajo de una sola partícula que requieren un gran esfuerzo informático de trabajo de una sola partícula se han adaptado para aprovechar los procesadores de la GPU, que acortan drásticamente los tiempos de procesamiento. Para seguir el ritmo del aumento del tamaño de los datos, las aplicaciones de crioelectrónica deben optimizarse para las GPU de gama alta.
LA MADURACIÓN DEL MERCADO
Tradicionalmente, el procesamiento de los datos de las imágenes criogénicas para descubrir las estructuras de las proteínas y crear
mapas 3D de alta resolución requiere la intervención de expertos, conocimientos estructurales previos y semanas de cálculos en costosos clusters informáticos.
A medida que se generaliza, la crioelectrónica está fomentando la demanda de software comercial, de grado comercial y no experto. Estas soluciones de software implican el uso de algoritmos para automatizar tareas especializadas y que requieren mucho tiempo.