Zašto je šećer sladak? Kad kažem „šećer“ ne mislim samo na obični, trskin ili repin šećer, na saharozu, nego na svaki šećer, na glukozu, fruktozu, laktozu, arabinozu, ribozu, ksilozu, galaktozu, manozu, alozu i talozu... Mislim na disaharide i monosaharide, na ketoze i aldoze, na tetroze, pentoze i heksoze. No, da ne duljim i ne ubijam čitatelja u pojam imenima (a tek formulama!) reći ću, jednostavno, da unatoč velikoj strukturnoj raznolikosti, svim je šećerima zajedničko to što su s kemijskog stanovišta polivalentni alkoholi. To znači da imaju više alkoholnih (-OH) skupina. Još važnije, te se skupine nalaze na susjednim atomima, što znači da molekula svakog šećera sadrži jedan ili više segmenata -CH(OH)-CH(OH)-. Upravo zbog tog segmenta, zbog tog -CH(OH)-CH(OH)-, svi su šećeri slatki.

Sladak je i glicerol, HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH, premda nije šećer, a i otrovni etilen-glikol, HO-CH₂-CH₂-OH, glavni sastojak antifriza, što se vidi već iz njihovih imena koja potječu od grčke riječi glykys, sladak. Iz toga bismo mogli zaključiti da se iz formule kemijskog spoja lako vidi kakvog je okusa. No nije tako. Sladak je i olovni acetat, (CH₃COO)₂Pb, premda se u njegovoj molekuli ne nalazi spomenuti segment. I on je otrovan, kao što su otrovne također slatke berilijeve soli: „Pod medom se čemer krije, a ugodno što je udi“, mudro kaže naš Ivan Gundulić.

Može li nam kemija unaprijed reći što će imati kakav okus ili – da postavimo pitanje znanstveno ispravnije – koji će od pet osnovnih okusa – slatko, gorko, slasno (umami), slano i oštro  – imati kemijski spoj koji je kemičarima poznat samo po formuli?

Toga su se zahtjevnog posla prihvatili, među mnogim drugima, i indijski znanstvenici. U radu „Classification of tastants: A deep learning based approach“ za to su –  što se već iz naslova vidi –  upotrijebili metode strojnog učenja ili, popularno rečeno, umjetnu inteligenciju (AI).

Da bi pojednostavili problem autori spomenutog rada pozabavili su se samo prvim trima osnovnim okusima (slatko, gorko, slasno), zato što njih percipira ista skupina receptora na okusnim pupoljcima. Za istraživanje su se poslužili svojstvima 1466 gorkih, 1764 slatkih i 238 slasnih kemijskih spojeva. I kakve su rezultate dobili?

Pokušaji da se okusi povežu s jednostavnim svojstvima kemijskih spojeva neslavno su propali. Uspoređivanje hidrofobnosti (prema logaritmu koeficijenta razdjeljenja između oktanola i vode, log P) pokazalo je da se po tom kriteriju jedva mogu razlikovati slasni spojevi od svih ostalih. Iz analize zastupljenosti funkcijskih skupina se vidjelo da među gorkim spojevima prevladavaju eteri i derivati benzena, među slatkim (opet!) eteri, dok među slasnim spojevima ima najviše sekundarnih amina – i ništa više od toga. Čak ni metoda analize glavnih komponenata (principal component analysis, PCA), koja je uzela u obzir 41 fizičko, kemijsko i strukturno svojstvo istraživanih spojeva nije se pokazala uspješnom: prva glavna komponenta uspjela je objasniti 22 %, a druga samo 14 % varijance.

Sva svojstva kemijskog spoja proizlaze iz strukture njegovih molekula, iz njegove kemijske formule. To je učenje na kojem počiva čitava kemija. Nije moguće da ono ne vrijedi za osjet okusa.

Ono što nije uspjelo drugim metodama, uspjelo je metodama umjetne inteligencije, naime metodama duboke neuronske mreže (deep neural network, DNN) i grafne neuronske mreže (graph neural network, GNN) koje su primijenili autori spomenutog rada. Prvom su metodom uspjeli predvidjeti okus 85 % gorkih, 86 % slatkih i 92 % slasnih molekula. Druga se metoda pokazala nešto slabijom, budući da je F₁ (mjera uspješnosti predviđanja) za gorke molekule iznosio 0,82, za slatke 0,85, a za slasne 0,86. Daleko je to od savršenstva, ali ipak mnogo bolje od svega drugog.

Poboljšanja možemo očekivati u razvoju oba modela, a još više u njihovoj kombinaciji – no još nismo odgovorili na pitanje zašto je predviđanje okusa tako težak problem za kemičare (i druge znanstvenike). Razlog je u tome što je osjet okusa razvijen za prepoznavanje onoga što je dobro za jelo, a to su (slatki) ugljikohidrati, (slasni) proteini i (slana) sol (NaCl), dok su drugi, nekorisni i štetni sastojci hrane gorki ili oštri (kiseli, ljuti). Sintetske tvari koje nam nudi farmaceutska i prehrambena industrija ne sliče tvarima koje nalazimo u prirodi, a ponajmanje ugljikohidratima i proteinima. Stoga se one vežu za receptore okusa na specifičan, samo sebi svojstven način – koji je, razumije se, teško razjasniti.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 14 znanstveno-popularnih knjiga, među njima i knjigu o  mineralnim tvarima u živim bićima  - "Metali života - metali smrti".