[ca] Gràcies als avenços en el camp de les tecnologies de seqüenciació, en els darrers anys la recerca biomèdica ha viscut una revolució, que ha tingut com un dels resultats l'explosió del volum de dades genòmiques generades arreu del món. La mida típica de les dades de seqüenciació generades en experiments d'escala mitjana acostuma a situar-se en un rang entre deu i cent gigabytes, que s'emmagatzemen en diversos arxius en diferents formats produïts en cada experiment. Els formats estàndards actuals de facto de representació de dades genòmiques són en format textual. Per raons pràctiques, les dades necessiten ser emmagatzemades en format comprimit. En la majoria dels casos, aquests mètodes de compressió es basen en compressors de text de caràcter general, com ara gzip. Amb tot, no permeten explotar els models d'informació especifícs de dades de seqüenciació. És per això que proporcionen funcionalitats limitades i estalvi insuficient d'espai d'emmagatzematge. Això explica per què operacions relativament bàsiques, com ara el processament, l'emmagatzematge i la transferència de dades genòmiques, s'han convertit en un dels principals obstacles de processos actuals d'anàlisi. Per tot això, aquesta tesi se centra en mètodes d'emmagatzematge i compressió eficients de dades generades en experiments de sequenciació. En primer lloc, proposem un compressor innovador d'arxius FASTQ de propòsit general. A diferència de gzip, aquest compressor permet reduir de manera significativa la mida de l'arxiu resultant del procés de compressió. A més a més, aquesta eina permet processar les dades a una velocitat alta. A continuació, presentem mètodes de compressió que fan ús de l'alta redundància de seqüències present en les dades de seqüenciació. Aquests mètodes obtenen la millor ratio de compressió d'entre els compressors FASTQ del marc teòric actual, sense fer ús de cap referència externa. També mostrem aproximacions de compressió amb pèrdua per emmagatzemar dades de seqüenciació auxiliars, que permeten reduir encara més la mida de les dades. En últim lloc, aportem un sistema flexible de compressió i un format de dades. Aquest sistema fa possible generar de manera semi-automàtica solucions de compressió que no estan lligades a cap mena de format específic d'arxius de dades genòmiques. Per tal de facilitar la gestió complexa de dades, diversos conjunts de dades amb formats heterogenis poden ser emmagatzemats en contenidors configurables amb l'opció de dur a terme consultes personalitzades sobre les dades emmagatzemades. A més a més, exposem que les solucions simples basades en el nostre sistema poden obtenir resultats comparables als compressors de format específic de l'estat de l'art. En resum, les solucions desenvolupades i descrites en aquesta tesi poden ser incorporades amb facilitat en processos d'anàlisi de dades genòmiques. Si prenem aquestes solucions conjuntament, aporten una base sòlida per al desenvolupament d'aproximacions completes encaminades a l'emmagatzematge i gestió eficient de dades genòmiques.

[en] Thanks to advances in sequencing technologies, biomedical research has experienced a revolution over recent years, resulting in an explosion in the amount of genomic data being generated worldwide. The typical space requirement for storing sequencing data produced by a medium-scale experiment lies in the range of tens to hundreds of gigabytes, with multiple files in different formats being produced by each experiment. The current de facto standard file formats used to represent genomic data are text-based. For practical reasons, these are stored in compressed form. In most cases, such storage methods rely on general-purpose text compressors, such as gzip. Unfortunately, however, these methods are unable to exploit the information models specific to sequencing data, and as a result they usually provide limited functionality and insufficient savings in storage space. This explains why relatively basic operations such as processing, storage, and transfer of genomic data have become a typical bottleneck of current analysis setups. Therefore, this thesis focuses on methods to efficiently store and compress the data generated from sequencing experiments. First, we propose a novel general purpose FASTQ files compressor. Compared to gzip, it achieves a significant reduction in the size of the resulting archive, while also offering high data processing speed. Next, we present compression methods that exploit the high sequence redundancy present in sequencing data. These methods achieve the best compression ratio among current state-of-the-art FASTQ compressors, without using any external reference sequence. We also demonstrate different lossy compression approaches to store auxiliary sequencing data, which allow for further reductions in size. Finally, we propose a flexible framework and data format, which allows one to semi-automatically generate compression solutions which are not tied to any specific genomic file format. To facilitate data management needed by complex pipelines, multiple genomic datasets having heterogeneous formats can be stored together in configurable containers, with an option to perform custom queries over the stored data. Moreover, we show that simple solutions based on our framework can achieve results comparable to those of state-of-the-art format-specific compressors. Overall, the solutions developed and described in this thesis can easily be incorporated into current pipelines for the analysis of genomic data. Taken together, they provide grounds for the development of integrated approaches towards efficient storage and management of such data.