Classification of tastants: A deep learning based approach

计算机科学 人工智能 深度学习 化学信息学 认知科学 数据科学 心理学 生物信息学 生物
作者
Prantar Dutta,Deepak Jain,Rakesh Gupta,Beena Rai
出处
期刊:Molecular Informatics [Wiley]
卷期号:42 (12) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/minf.202300146
摘要

Abstract Predicting the taste of molecules is of critical importance in the food and beverages, flavor, and pharmaceutical industries for the design and screening of new tastants. In this work, we have built deep learning models to classify sweet, bitter, and umami molecules– the three basic tastes whose sensation is mediated by G protein‐coupled receptors. An extensive dataset containing 1466 bitter, 1764 sweet, and 238 umami tastants was curated from existing literature. We analyzed the chemical characteristics of the molecules, with special focus on the presence of different functional groups. A deep neural network model based on molecular descriptors and a graph neural network model were trained for taste prediction. The class imbalance due to fewer umami molecules was tackled using special sampling techniques. Both models show comparable performance during evaluation, but the graph‐based model can learn task‐specific representations from the molecular structure without requiring handcrafted features. We further explain the deep neural network predictions using Shapley additive explanations. Finally, we demonstrated the applicability of the models by screening bitter, sweet, and umami molecules from a large food database. This study develops an in‐silico approach to classify molecules based on their taste by leveraging the recent progress in deep learning, which can serve as a powerful tool for tastant design.
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