Les liens entre structure des odorants et perception olfactive révélés par l'intelligence artificielle
Publié par Adrien le 04/06/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Peut-on décrire verbalement un composé odorant uniquement en regardant sa structure chimique ? Cet exercice reste un défi pour les scientifiques et un fantasme pour l'industrie des arômes et parfums. Ce travail, publié dans Plos Computational Biology, a combiné des approches novatrices de fouille de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) à des calculs de propriétés chimiques pour établir de telles règles. Un premier jalon sur la voie de la conception rationnelle de composés parfumants.


Figure: Espace perceptif des qualités olfactives à relier avec la chimie des odorants.
© Carmen Licon, Marylou Mantel & Moustafa Bensafi

Un des problèmes majeurs à résoudre aujourd'hui pour les chercheurs en olfaction de toutes disciplines est celui de la relation entre la structure chimique des molécules odorantes et les propriétés perceptives qui leur sont associées, que l'on nomme également problème du "stimulus-percept". Il a été résolu de longue date pour la vision et l'audition (L'audition est le fruit d'un mécanisme complexe assuré principalement par les deux oreilles (pour permettre la perception binaurale stéréophonie)et les voies centrales avec notamment un rétro-contrôle...) et reste encore à élucider en olfaction. Certains modèles permettent aujourd'hui de prédire de manière plus ou moins précise le caractère plaisant ou déplaisant d'une odeur, son intensité et même certaines qualités olfactives comme leur caractère fruité ou boisé. Cependant, la relation entre la chimie d'une odeur et sa perception est très complexe et encore mal comprise: il peut en effet y avoir plus d'une règle chimique caractérisant une qualité olfactive, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme deux molécules très similaires dans leur structure peuvent évoquer des qualités différentes.

Afin de mieux comprendre ces mécanismes complexes, les chercheurs ont mis en place une collaboration interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) associant sciences cognitives, informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) et chimie afin de développer un modèle computationnel prenant en compte les caractéristiques chimiques et les qualités olfactives de plus de 1500 molécules odorantes. Grâce à une approche originale de fouille de données, ils ont développé un algorithme qui a extrait les meilleures règles ou combinaisons de règles chimiques décrivant 74 qualités olfactives. Ainsi, loin d'une correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt...) simple entre une caractéristique structurelle d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés...) et une qualité olfactive précise, deux tiers des qualités étudiées se révèlent associés à plus de 3 règles chimiques. En comparant les règles ainsi extraites avec d'autres bases de données existantes, les chercheurs ont pu également retrouver ces correspondances pour plusieurs descripteurs tels que "fruité", "boisé" ou "camphré".

Ce modèle descriptif, calculé à partir de méthodes de datamining, a pour objectif de permettre aux chercheurs de construire, puis de tester de nouvelles hypothèses sur le lien entre les caractéristiques chimiques des molécules et les perceptions qu'elles évoquent, et ainsi avancer dans la compréhension du problème du "stimulus-percept". Les résultats issus de ces recherches peuvent également faire l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale....) d'applications dans les domaines de l'alimentation, de la parfumerie ou encore du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec...) chimique.

Pour en savoir plus

Chemical features mining provides new descriptive structure-odor relationships.
Licon CC, Bosc G, Sabri M, Mantel M, Fournel A, Bushdid C, Golebiowski J, Robardet C, Plantevit M, Kaytoue M, Bensafi M.
PLoS Comput Biol. 2019 Apr 25;15(4):e1006945. doi: 10.1371/journal.pcbi.1006945. eCollection 2019 Apr.
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