L’olfatto, uno dei nostri sensi più primitivi e complessi, ha sempre rappresentato una sfida per gli scienziati. Anche se le molecole responsabili degli odori sono conosciute, il modo in cui queste si traducono in esperienze sensoriali resta infatti un mistero. Tuttavia, i recenti progressi nell’intelligenza artificiale (IA) offrono nuove opportunità per risolvere questo enigma. Combinando la biologia strutturale con tecnologie all’avanguardia, i ricercatori stanno cominciando a svelare il complesso codice che sta alla base della nostra percezione degli odori
La scoperta della Molecola 533: decifrare i misteri dell’olfatto
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Lo statunitense Alex Wiltschko, fondatore della startup Osmo, supportata da Google Research, ha scoperto una nuova molecola, chiamata “533”, che emana un profumo di anguria estiva. Questo esempio mette in evidenza uno dei problemi più complessi nello studio dell’olfatto: la struttura chimica di un composto non permette di prevederne con precisione il profumo. Molecole con strutture simili possono avere odori completamente diversi, mentre composti dal profumo simile possono avere strutture chimiche molto differenti. A complicare ulteriormente la situazione, gli odori che percepiamo sono spesso una miscela complessa di numerose particelle odorose. Cosa che rende ancora più difficile comprendere come la chimica si traduca in un’esperienza olfattiva.
I parametri dell’olfatto
Joel Mainland, del Monell Chemical Senses Center di Philadelphia, sottolinea un altro aspetto che rende l’olfatto così sfuggente. A differenza della vista, dove i colori sono definiti da lunghezze d’onda specifiche, o dell’udito, che si basa sulle frequenze sonore, non esistono parametri altrettanto chiari per gli odori. Questo rende estremamente complicato prevedere con esattezza l’odore di un composto solo basandosi sulla sua composizione chimica.
Gli esseri umani, così come molti animali, possiedono una straordinaria capacità di rilevare e distinguere una vasta gamma di sostanze odorose. Nel naso umano, ci sono circa 400 recettori olfattivi che lavorano insieme per decodificare trilioni di possibili combinazioni chimiche, ma la scienza non ha ancora del tutto svelato il funzionamento preciso di questo processo. Oggi però arriva una novità, grazie all’intelligenza artificiale.
Utilizzando tecnologie avanzate e modelli predittivi, i ricercatori sperano di decifrare finalmente come le particelle odorose si traducano in percezioni sensoriali.
L’IA per decodificare e decifrare i misteri
Un team di ricerca guidato da Wiltschko ha collaborato con Monell per sviluppare una mappa olfattiva basata su IA. Questo modello è stato addestrato con migliaia di descrizioni di molecole di odore e ha dimostrato di essere più preciso nel prevedere gli odori rispetto agli “annusatori” umani.
Tuttavia, l’IA da sola non può ancora sostituire l’esperienza e la creatività dei chimici umani, ma può offrire preziose intuizioni e accelerare il processo di scoperta.
Un’altra area di avanzamento riguarda la struttura dei recettori olfattivi. Gli scienziati stanno finalmente decifrando le strutture di alcune di queste proteine importanti. Ad esempio, è stata recentemente pubblicata la struttura di un recettore olfattivo umano, OR51E2, che risponde al propionato, una molecola dall’odore pungente di formaggio. Questi progressi sono fondamentali per comprendere come i recettori riconoscano diverse molecole e come questo processo si traduca nella percezione degli odori.
Campi di applicazione
Le potenziali applicazioni delle scoperte sull’olfatto e sull’intelligenza artificiale sono estremamente ampie e potrebbero trasformare molti settori. Uno degli sviluppi più promettenti è la digitalizzazione degli odori, un processo che permetterebbe di analizzare, replicare e persino trasmettere gli odori come dati digitali. Questo potrebbe avere un impatto significativo in vari ambiti.
Diagnosi delle malattie: alcune malattie, come il diabete o il Parkinson, possono alterare l’odore corporeo o il respiro dei pazienti. Strumenti avanzati basati sull’IA e sui cosiddetti “nasi elettronici” potrebbero rilevare queste alterazioni in modo rapido e non invasivo, permettendo diagnosi precoci. Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati in ambito clinico per identificare segnali di malattie attraverso l’analisi chimica dei composti presenti nell’aria espirata o nel sudore;
Creazione di nuovi aromi: l’industria alimentare e della profumeria trarrebbe vantaggio dallo sviluppo di nuove fragranze e sapori attraverso l’uso di tecnologie AI, in grado di combinare molecole aromatiche in modi innovativi e sicuri. Grazie alla comprensione più dettagliata delle proprietà olfattive delle molecole, sarebbe possibile creare aromi e profumi personalizzati o migliorare quelli già esistenti, rendendoli più sostenibili e accessibili.
E ancora…
La tecnologia olfattiva potrebbe anche essere impiegata per migliorare la sicurezza in settori come la prevenzione di esplosivi o sostanze pericolose. Nasi elettronici potrebbero essere programmati per identificare sostanze chimiche pericolose in modo più accurato di quanto possano fare i sensori tradizionali.
Start-up come Osmo stanno già utilizzando l’intelligenza artificiale per sviluppare tecnologie in grado di creare repellenti per insetti più efficaci e sicuri, e molecole aromatiche che possano sostituire quelle attuali con vari benefici in termini di sicurezza e impatto ambientale. Questi progressi puntano a migliorare prodotti di uso quotidiano in modo sostenibile e innovativo;
Infine, i nasi elettronici, dispositivi già in uso per rilevare odori in ambienti come la produzione alimentare o il monitoraggio delle acque reflue, stanno emergendo come strumenti promettenti anche in campo medico. Questi dispositivi potrebbero diventare preziosi strumenti diagnostici, utilizzati per individuare malattie attraverso l’analisi chimica degli odori prodotti dal corpo umano.
In conclusione, benché l’olfatto sia ancora un campo di ricerca ricco di sfide, i progressi attuali guidati dall’intelligenza artificiale e dalle scoperte biologiche stanno finalmente permettendo di decifrare il linguaggio degli odori.
Con il tempo, questa conoscenza potrebbe portare a soluzioni che rivoluzioneranno settori come la sanità, l’industria alimentare e la sicurezza.
Insomma, nuove possibilità per sfruttare il senso dell’olfatto in modi che finora erano inimmaginabili.
Fonti
Nature