Insight into the Structure–Odor Relationship of Molecules: A Computational Study Based on Deep Learning

气味 人工智能 模式识别(心理学) 计算机科学 生物系统 卷积神经网络 分子描述符 多层感知器 机器学习 化学 数量结构-活动关系 人工神经网络 生物 有机化学
作者
Weichen Bo,Yuandong Yu,Ran He,Dongya Qin,Xin Xiao Zheng,Yue Wang,Botian Ding,Guizhao Liang
出处
期刊:Foods [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (14): 2033-2033
标识
DOI:10.3390/foods11142033
摘要

Molecules with pleasant odors, unacceptable odors, and even serious toxicity are closely related to human social life. It is impractical to identify the odors of molecules in large quantities (particularly hazardous odors) using experimental methods. Computer-aided methods have currently attracted increasing attention for the prediction of molecular odors. Here, through models based on multilayer perceptron (MLP) and physicochemical descriptors (MLP-Des), MLP and molecular fingerprint, and convolutional neural network (CNN), we conduct the two-class prediction of odor/no odor, fruity/no odor, floral/no odor, and woody/no odor, and the multi-class prediction of fruity/flowery/woody/no odor on our newly refined molecular odor datasets. We show that three kinds of predictors can robustly predict molecular odors. The MLP-Des model not only exhibits the best prediction results (the AUC values are 0.99 and 0.86 for the two- and multi-classification models, respectively) but can also well reflect the characteristics of the structure–odor relationship of molecules. The CNN model takes 2D molecular images as input and can automatically extract the structural features related to molecular odors. The proposed models are of great help for the prediction of molecular odorants, understanding the underlying relationship between chemical structure and odor perception, and the discovery of new odorous and/or hazardous molecules.

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