Nace en El Sabinar (Murcia) en 1980. En 2001 obtiene la diplomatura en óptica y optometría por la Universidad de Murcia consiguiendo el premio final de carrera y en 2006 el título de ingeniero de telecomunicación por la Universidad Politécnica de Cartagena. Durante 2007 a 2009 trabaja en el sector privado donde alcanza una posición estable como tecnólogo. A continuación cursa el Master en Técnicas Informáticas Avanzadas en la Universidad de Almería obteniendo el título en el año 2010. Entre 2009 y 2013 desarrolló su proyecto de Tesis Doctoral gracias a la obtención de una beca FPI del Ministerio de Ciencia e Innovación en el departamento Arquitectura de Computadores y Electrónica de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Almería, bajo la dirección del Prof. Dr. Inmaculada García y el Dr. Jose Jesús Fernandez, obteniendo el grado de Doctor en 2013 por la Universidad de Almería. Mientras desarrolló la tesis doctoral realizó estancias investigadoras en la Universidad de Málaga y el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC. Tras obtener el doctorado le es concedida una beca postodoctoral de la Max Planck Society. A comienzos del año 2014 obtuvo una beca de la Fundación Séneca para realizar una estancia posdoctoral investigado acerca de la aplicación de métodos computacionales en crio-tomografía electronica para el estudio de la function sináptica en el Max Planck Institute of Biochemistry de Munich (Alemania) con el Prof. Dr. Wolfgang Baumeister, actualmente tiene un contrato como investigador en éste laboratorio para continuar su trabajo sobre el desarrollo de métodos computacionales para expandir la aplicaciónes de la crio-tomografía electrónica. Posee comunicaciones en congresos internacionales, así como publicaciones científicas en revistas de carácter internacional y domina la lengua inglesa.
La crio-tomografía electrónica (cryo-ET, acrónimo en inglés) es la única técnica que permite la visualización en tres dimensiones (3D) de los complejos macromoleculares en su entorno celular nativo, lo cual la convierte en el método de análisis más potente en biología estructural. No obstante, su interpretación es difícil debido a varios factores inherentes a esta técnica: la baja relación señal/ruido, el bajo contraste, los artefactos debidos a la cantidad limitada de vistas del espécimen, la apabullante complejidad de las estructuras biológicas y su variabilidad. En este contexto, la aplicación de métodos computacionales para el análisis de los tomogramas en cryo-ET se erige como la línea de avance más prometedora para superar las limitaciones de esta tecnología.
En sinapsis neuronales excitatorias la densidad post-sináptica (PSD, acrónimo en inglés) es un gran complejo proteico asociado a membrana especializado en el la transducción y procesado de las señales post-sinápticas. Mucho se sabe de su composición, pero su organización molecular aún está por determinar. En este proyecto se propone desarrollar métodos computacionales que a partir de tomogramas de cryo-ET determinen la arquitectura supramolecular de la PSD, además de su interacción estructural con las moléculas de adhesión sináptica y el citoesqueleto de actina. Este proyecto se centrará en el aprovechamiento de los métodos de procesado de imagen actuales, así como el desarrollo de nuevos y específicos, trabajando con cryo-tomogramas tanto de neuronas intactas como de fracciones de éstas.
El estudio de la maquinaria de la PSD es crucial para entender la transmisión y la plasticidad sinápticas, procesos que se supone están detrás de las funciones cognitivas de alto nivel como el aprendizaje y la memoria. Asimismo, el desarrollo de futuros tratamientos terapéuticos de enfermedades neuropsiquiátricas necesitará de un profundo entendimiento de la arquitectura supramolecular de la PSD.
Matemáticas, computación, informática, electrónica y comunicaciones
Max Planck Institute of Biochemistry
Es un grupo muy heterogéneo en donde físicos, químicos, biólogos e ingenieros colaboran. Cada uno es experto en una área muy concreta pero son capaces de tener una visión global de los problemas.
17/02/2014 - 16/02/2016
La mayor parte del tiempo de trabajo se ha invertido en el desarrollo de un nuevo método computacional, capaz de detectar las diferentes estructuras (con formas muy diversas), asociarles una métrica relacionada con su relevancia (para poder eliminar artefactos generados por el ruido) y expresar las relaciones de conectividad mediante un grafo (para realizar tareas de post-procesado y análisis global).
Este nuevo método, se ha aplicado a tomogramas CET que contienen sinapsis excitatorias del cerebro de ratas, de tal modo que ha sido posible identificar diferentes estructuras proteicas según su relación con las dos membranas (pre- y post-) que intervienen en una sinapsis. Por ejemplo, si pertenecen a la hendidura sináptica (espacio extra-celular entre las dos membranas), si están el citoplasma de la neurona receptora (PSD) o de la transmisora (AZ), si están directamente adheridas a la membrana o incluso si son estructuras trans-membrana.
En CET el criterio usual para identificar una proteína especifica es identificar su estructura si ésta es lo suficientemente grande, estable y además es conocida, o al menos se repite en una cantidad considerable en los tomogramas. En principio, se planteó que los receptores AMPAR y NMDAR podrían cumplir estas condiciones, sin embargo, pase a que el método detecta grandes complejos adheridos a la membrana post-sináptica asociados a estructuras en la PSD, que potencialmente deberían estar relacionados con los complejos AMPAR o NMDAR, su estructura no se presenta homogénea. Es por esto, que el promediado de subvolúmenes, con intención de incrementar la resolución nominal, y la clasificación para poder identificar complejos específicos, se propone como una líneas de trabajo futuras.
Martinez-Sanchez, A., Garcia, I., Asano, S., Lucic, V. and Fernandez, J.J. (2014): Robust membrane detection based on tensor voting for electron tomography. Accepted in: Journal of Structural Biology. http://dx.doi.org/10.1016/j.jsb.2014.02.015
Martinez-Sanchez, A., Garcia, I. and Fernandez, J.J. (2013): A ridge-based framework for segmentation of 3D electron microscopy datasets. Journal of Structural Biology. 181(1): 61-70.
Martinez-Sanchez, A., Garcia, I. and Fernandez, J.J. (2012): A generic model for ridges: a new framework to characterise biological planar structures. In IEEE Proceedings of the International Symposium on Biomedical Imaging. (May 2012) pp. 1675–1678.
Martinez-Sanchez, A., Garcia, I. and Fernandez, J.J. (2011): A differential structure approach to membrane segmentation in electron tomography. Journal of Structural Biology. 175(3): 372–383.
Martinez-Sanchez, A., Fernandez, C., Navarro, P.J. and Iborra, I (2011): A Novel Method to Increase LinLog CMOS Sensorsʼ Performance in High Dynamic Range Scenarios. Sensors. 11(9): 8412–8429.
Durante la primera fase de la estancia he desarrollado un software capaz de detectar todos los detalles presentes en un tomograma independientemente de su geometría, éste es un aspecto importante porque no existe un conocimiento a priori de las estructuras de las que componen la PSD, además se presupone que muchas son pleomórficas. Otro aspecto importante es su capacidad de determinar cómo las estructuras están conectadas entre si, su distribución global, así como topología global.
Mediante datos sintéticos he medido la robustez del software frente al ruido y he comprobado que es capaz de trabajar con los niveles de ruido presentes en los datos de crio-tomografía electrónica. Posteriormente, estos métodos computacionales han sido validados también con datos experimentales y se han aplicado a los datos obtenidos sobre las sinápsis. Con esta metodología se ha conseguido estudiar de forma cuantitativa la arquitectura supramolecular de las sinapsis con una resolución sin precedentes, lo que esta proporcionando nueva información sobre su organización.
Además la generalidad de método ha permitido que se aplique en otros proyectos para la localización y estudio de proteínas adheridas a membranas, además del análisis de redes complejas de filamentos.
Aplicación de métodos de procesado de imagen en crio-tomografía electrónica para el estudio de la estructura supramolcular y la función de la sinápsis neuronales.
La jornada laboral es bastante flexible ya que en parte depende del acceso a recursos compartidos como son los microscopios, además son frecuentes las semiarios de jovenes investigadores, investigadores eméritos e incluso empresas. El grueso de mi trabajo consiste en el desarrollo de modelos matemáticos y su implementación software.
Este artículo publicado el 2014 resuelva uno de los problemas tecnológicos planteados en este proyecto, en este caso la deteción de membranas, y puede servir como introductorio a los problemas que surgen en el análisis de datos en crio-tomografía electrónica.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1047847714000495
Una de las más enrriquezedoras de mi vida. Desde el punto de vista científico me permite comprobar como las herramientas matemáticas empleadas en el tratamiento de información tienen una aplicación real y ayudan al desarrollo de las Ciencias Naturales. Desde el punto de vista personal es una oportunidad para conocer gente interesante de todas partes del mundo.
Una referencia mundial en biología molecular en donde los nuevos métodos de procesado de imagen y bioinformática actualmente juegan un papel muy importante.
Porque es una referencia mundial en la tecnología de crio-tomografía electrónica lo que me permitirá el acceso a datos tanto en cantidad como en calidad suficiente para poder realizar estudios basados en técnicas de procesado de imagén completamente novedosos sobre la estructura y función sináptica.
Varios microscopios electrónicos, incluyendo 2 del modelo más avanzado actualmente para tratar con muestras biológica. Un clúster propio de computación compuesto por 532 CPUs, además de acceso al clúster de la Max Planck Society equipado con 9792 cores y 40TB de memoria operando de a 200 Teraflops/seg. Varios laboratorios de bioquímica y biología celular para la preparación de muestras.
Munich es una ciudad grande pero muy tranquila, su centro historico es muy conocido y está muy cerca de los Alpes. Es la capital del Estado de Baviera y la sede de grandes multinacionales automovilísticas, tecnológicas y farmaceúticas. Situada al sur de Alemnia tiene uno de los climas más suaves de este pais. Hay vuelos directos desde el aereopuerto de Alicante.
En el centro hay muchas zonas de ocio así como centros culturales. Por otro lado, la cercanía de los Alpes ofrece un entorno natural incomparable. Suelo visitar estos lugares en compañia de otros miembros del laboratorio, la mayoría somos de fuera de Munich así que las ralaciones entre nosotros se han extendido fuera del ámbito laboral.
Mis primeras publicaciones sobre métodos de sementación en tomografía electrónica llamaron la antención del Dr. Vladan Lucic y del Prof. Dr. Wofgang Baumeister, miembros del centro. Así que a través de ellos solicité una estancia breve durante mi doctorado, tras volver a España seguí trabajando en estrecha colaboración con ellos.
Uno de los mayores factores limitantes en la interpretación de las estructuras biológicas a nivel macromolecular a partir tomogramas obtenidos por Cryo-ET es la aplicación de métodos computaciones de tratamiento de imágenes, por lo que necesitaban a un Doctor formado en el ámbito teórico de este campo. Yo tengo experiencia en el desarrollo de métodos de procesado de imagen, además algunos de los métodos que he desarrollado ya estaban siendo utilizados con éxito por el centro de acogida, ésta fue mi principal carta de presentación. Los trámites fueron sencillos porque yo ya tenía contacto previo con el centro de acogida.
Líder mundial en el desarrollo tecnológico y la aplicación de la Cryo-ET a la biología estructural.
Adquirir cierta relevancia internacional y expecialización en algún campo relacionado con las investigaciones que lleva a cabo el centro.
Las infraestructuras y conocimientos del centro me permitirán dar un salto de calidad en mi investigación.
Desarrollo metodos computacionales para extraer la estructura 3D de las sinápsis neuronales a resolución macromolecular. La complejidad y tamaño de los tomogramas (imágenes 3D), junto a su excepcional nivel de ruido y distorsiones, obligan a extender el estado del arte actual en procesado de imagen.
El desarrollo del software para el análsis de los datos se ha realizado según se planifico en un principio, no obstante, la obtención de los datos experimentales así como la interpretación de los resultados añanden un nivel de complejidad adicional al proyecto. Por tanto, su disponibilidad me permitará en un mismo proyecto resolver un problema tecnológico y avanzar en el campo de la neurobiología.
Estamos viviendo el paso a la era de la información. En este contexto el conocimiento se ha convertido en la principal materia prima, sin embargo su aprovechamiento exige una inversión más decidida.
