Predecir cómo huelen las moléculas

Predecir cómo huelen las moléculas
  • Una investigación de IBM, coordinada por el mexicano Pablo Meyer Rojas y publicada en la revista Science, demuestra por primera vez que es posible predecir el olor de las estructuras moleculares.
  • Los modelos predictivos que se han podido generar a partir de estos resultados, podrían guiar el diseño de nuevas moléculas para los campos de perfumería, ciencia de los sabores u otras aplicaciones industriales.

Al día de hoy podemos decir que de nuestros cinco sentidos el olfato es el menos comprendido. Si bien lo usamos todos los días, la ciencia no ha llegado a comprender por completo cómo las moléculas producen un olor o cómo determinar cómo huelen sin olerlas. Sabemos desde hace décadas, en el caso de la vista, que para ver se necesitan longitudes de onda de luz y en cuanto al sonido sabemos que la audición ocurre a través de frecuencias tonales, pero el “código olfativo” se había mantenido indescifrable… hasta ahora.

Como organizador del Desafío de Predicción Olfativa (Olfaction Prediction Challenge), DREAM, IBM publica los resultados de su investigación en la prestigiada revista Science, demostrando por primera vez que es posible predecir el olor de las estructuras moleculares. En esta publicación, el equipo de investigadores coordinado por el mexicano Pablo Meyer Rojas, del Centro de Biología Computacional de IBM en Yorktown Heights, de Nueva York, explica la capacidad de construir un modelo para predecir las cualidades odoríferas de una determinada molécula, tan sólo utilizando su estructura. Este modelo proporcionará conocimientos fundamentales sobre cómo el cerebro percibe los olores. Más allá de esta comprensión biológica fundamental, la capacidad de hacer una ingeniería inversa de los olores diseñando moléculas es un avance tecnológico de suma importancia para los sectores que trabajan con perfumes y sabores.

Más de 20 equipos globales del sector académico y otras organizaciones de investigación corporativa aceptaron el desafío y trabajaron para entender cómo predecir los olores. Para comenzar, los participantes del desafío utilizaron el dataset psicofísico olfativo más grande del mundo basado en Rockeller University. Estos datos se extrajeron de 49 personas que olieron 476 moléculas puras y debieron clasificar su olor junto con 21 características olfativas diferentes, como intensidad, placentero, dulce, olor a ajo, a pescado, a flores, etc., para producir una “clasificación perceptual”. El conjunto de moléculas era diverso adrede, pues estuvo diseñado para cubrir una gama amplia de olores. Antes de este desafío, el factor limitante en la investigación de los olores era la escasa disponibilidad de datos; no había modelos porque no había datos suficientes. El último estudio comparable se recopiló hace 30 años y contenía 20 veces menos datos.

Además del conjunto de datos perceptuales humanos, los participantes del desafío recibieron una lista completa de más de cuatro mil “características quimioinformáticas” que describen las propiedades físicas y químicas de las 476 moléculas olidas por las personas. La informática química es una nueva disciplina que cruza la ciencia de la computación con la química para extraer, en distintas escalas, las características más informativas de la estructura de una molécula.

Durante varios meses, los equipos desarrollaron algoritmos y modelos para predecir la correspondencia entre la calificación perceptual de cada voluntario y una molécula dada y los resultados iniciales mostraron que se puede predecir no solo cómo sería percibido el olor de una molécula en todo el grupo de individuos, sino también a qué olería la molécula según cada persona específica.

Estos resultados representan un paso gigante para resolver el gran reto de comprender el olfato. No solo es un hito importante en la neurobiología del olfato, además, los modelos predictivos podrían guiar el diseño de nuevas moléculas para los campos de perfumería, ciencia de los sabores u otras aplicaciones industriales.

Según un informe de Research and Markets, se estima que el mercado global de Sabores y Fragancias crecerá a un ritmo de 7% en la próxima década y que alcanzará $57,400 millones de dólares en 2025. Si bien los sabores y las fragancias solo representan del 1% al 5% del costo de un producto terminado, son uno de los diferenciadores clave en la elección de productos que hacen los consumidores. El olfato es el sentido más fuerte vinculado con la memoria y la emoción, con una línea directa a la corteza cerebral. La combinación de aromas únicos con experiencias de productos construye recuerdos más profundos y conexiones con la marca, promoviendo la fidelidad a largo plazo y las ventas.

Más allá de los aromas de productos individuales, los olores ambientales en un entorno de compras también demostraron influir en el comportamiento de los consumidores. Según un estudio en la publicación Journal of Marketing, está demostrado que la “temperatura” de los aromas en una tienda tiene un efecto potente en qué y cuánto compran los consumidores. Los clientes que olieron fragancias “cálidas” (como canela) tenían más probabilidad de comprar artículos que consideraban que elevaban su status personal. En comparación con los que olieron aromas “fríos” o no olieron ningún aroma, los que olieron aromas “cálidos” en total compraron más artículos.

Los vínculos emocionales con los olores no son el único factor diferenciador. La especialización requerida para ser Químico de Sabores (flavorist) es extensa, y requiere estudios de grado en ciencia de los alimentos o química. Para ser miembro de la Sociedad de Químicos de Sabores se debe completar un período de práctica profesional y aprobar una evaluación del comité de admisión de miembros. Sin estar limitado al desarrollo de sabores de alimentos, el mismo enfoque se adopta para la creación de nuevos sabores y olores en productos de consumo, como productos de limpieza y de higiene personal. Y ni qué hablar de enólogos, baristas y perfumistas, quienes probablemente necesiten el sentido del olfato más exquisito para calificar vinos, elegir granos de café o desarrollar nuevas fragancias. Al aplicar un enfoque predictivo claro, podríamos acortar el tiempo que lleva crear olores nuevos o a medida. Comprender el olor a nivel molecular nos podría permitir tener un “dial de aromas”, para graduar olores o sus componentes, según preferencias personales.

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