by: Pierre-Alexandre Ho, Parcours «In Silico Drug Design», Strasbourg-Milan-Paris, 2023
L’objectif de la chémoinformatique est d’utiliser l’informations chimique pour prédire le comportement des composés. Largement utilisée dans la recherche pharmaceutique, son champ d’application s’étend à d’autres domaines, notamment l’industrie alimentaire. Par exemple, les ingrédients aromatiques ou flaveurisants, qui sont utilisés pour de nombreuses applications (par exemple pour améliorer le goût), peuvent parfois présenter une toxicité, au contraire d’autres pour lesquels on peut trouver des bénéfices sur la santé. Naturellement, cela pose la question de prédire les propriétés de ces molécules. L’objectif de cet article de blog est de fournir des exemples d’applications chémoinformatique dans l’industrie alimentaire.
Dans les matières alimentaires, il existe une catégorie appelée « GRAS » (Generally Recognized As Safe) pour les composés ne présentant aucun risque pour l’homme. De nombreux tests sont effectués pour obtenir cette qualification, mais la littérature suggère de remplacer / combiner certains d’entre eux avec les techniques QSAR (Quantitative Structure Activity Relationship) pour déduire les activités biologiques des composés chimiques à partir de leurs structures chimique. D’autre part, le profil biologique des composés aromatiques peut être évaluée par la comparaison entre les arômes GRAS, les arômes naturels et les médicaments [1]. L’analyse de l’espace chimique a été utilisée dans le but d’identifier, par exemple, les similitudes entre les arômes GRAS et les médicaments antidépresseurs approuvés.
Les bases biomoléculaires de la perception des flaveurs sont également explorées à l’aide de la simulation par dynamique moléculaire. Par exemple, cette méthode a été utilisée pour analyser l’interaction entre des peptides et les récepteurs gustatifs, ce qui a permis de découvrir de nouveaux composés aromatiques. Elle a également été utilisée pour explorer le comportement des composés aromatiques en interaction avec les emballages en plastique et dans l’environnement fortement alcoolisé de spiritueux tels que le whisky écossais [2].
Actuellement, l’intelligence artificielle est utilisée pour caractériser et identifier les composés flavorisants. Ces techniques sont couplées à des techniques de chimie analytique à haute résolution. L’objectif est de compléter, de réduire les risques et de rendre plus objectif le travail des panélistes humains dans l’identification des odeurs (3). Actuellement, de tels outils sont développés pour l’industrie de l’ingénierie des arômes afin de concevoir de nouveaux arômes (4).
Pour résumé, le chémoinformatique s’annonce comme une boîte à outil vestaile (Figure 1) pour la charactérisation, l’identification et la prédiction des futurs composés flavorisants.
Note de traduction: ici, le terme "flaveur" désigne l’ensemble des perceptions olfactives, gustatives et tactiles au niveau de la dégustation. Un "flavorisant" est un agent - chimique - à l’origine d’une flaveur.
Figure 1: Chemoinformatics use for flavors compounds discovery (4).
References
1. Medina-Franco JL, Martínez-Mayorga K, Peppard TL, Del Rio A. Chemoinformatic Analysis of GRAS (Generally Recognized as Safe) Flavor Chemicals and Natural Products. Taylor P, editor. PLoS ONE. 2012;7(11):e50798. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0050798
2. Shuttleworth EE, Apóstolo RFG, Camp PJ, Conner JM, Harrison B, Jack F, et al. Molecular dynamics simulations of flavour molecules in Scotch whisky. J Mol Liq. 2023, 383:122152. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.122152
3. Shang L, Liu C, Tang F, Chen B, Liu L, Hayashi K. Artificial intelligence-based gas chromatography-olfactometry for sensory evaluation of key compounds in food ingredients. 2022 Apr 22 [cited 2023 Oct 23]; Available from: http://biorxiv.org/lookup/doi/10.1101/2022.04.20.488977
4. Kou X, Shi P, Gao C, Ma P, Xing H, Ke Q, et al. Data-Driven Elucidation of Flavor Chemistry. J Agric Food Chem. 2023;71(18):6789–6802. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c00909