Méthodes modernes d'analyse de données en biophysique analytique : résolution des problèmes inverses en RMN DOSY et SM

New methods of data analysis in analytical biophysics : solving the inverse ill-posed problems in DOSY NMR and MS

• Auteur / Autrice : Afef Cherni
• Direction : Marc-André Delsuc, Emilie Chouzenoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 20/09/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Van der Rest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Chaux, Vincent Mazet, Christian Rolando, Laurent Duval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Van der Rest, Charles Soussen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse spectrale

Analyse des données

Spectroscopie -- Déconvolution

Problème inverse de diffusion

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Protéomique

Mots clés libres

Problème inverse

DOSY

RMN

Régularisation hybride

Entropie de Shannon

Parcimonie

Approche proximale

PALMA

SM

Déconvolution

Analyse protéomique

Massifs Isotopiques

Approche par dictionnaire

SPOQ

Inverse problem

DOSY

NMR

Hybrid regularization

Shannon Entropy

Sparsity

Proximal approach

PALMA

MS

Deconvolution

Proteomic analysis

Isotopic distribution

Dictionary-based approach

SPOQ

Résumé

Cette thèse s’intéresse à la création de nouvelles approches algorithmiques pour la résolution du problème inverse en biophysiques. Dans un premier temps, on vise l’application RMN de type DOSY: une nouvelle approche de régularisation hybride a été proposée avec un nouvel algorithme PALMA (http://palma.labo.igbmc.fr/). Cet algorithme permet d’analyser des données réelles DOSY avec une précision importante quelque soit leur type. Dans un deuxième temps, notre intérêt s’est tourné vers l’application de spectrométrie de masse. Nous avons proposé une nouvelle approche par dictionnaire dédiée à l’analyse protéomique en utilisant le modèle averagine et une stratégie de minimisation sous contraintes d'une pénalité de parcimonie. Afin d’améliorer la précision de l’information obtenue, nous avons proposé une nouvelle méthode SPOQ, basée sur une nouvelle fonction de pénalisation, résolue par un nouvel algorithme Forward-Backward à métrique variable localement ajustée. Tous nos algorithmes bénéficient de garanties théoriques de convergence, et ont été validés expérimentalement sur des spectres synthétisés et des données réelles

This thesis aims at proposing new approaches to solve the inverse problem in biophysics. Firstly, we study the DOSY NMR experiment: a new hybrid regularization approach has been proposed with a novel PALMA algorithm (http://palma.labo.igbmc.fr/). This algorithm ensures the efficient analysis of real DOSY data with a high precision for all different type. In a second time, we study the mass spectrometry application. We have proposed a new dictionary based approach dedicated to proteomic analysis using the averagine model and the constrained minimization approach associated with a sparsity inducing penalty. In order to improve the accuracy of the information, we proposed a new SPOQ method based on a new penalization, solved with a new Forward-Backward algorithm with a variable metric locally adjusted. All our algorithms benefit from sounded convergence guarantees, and have been validated experimentally on synthetics and real data.