Как получилось, что оплодотворенные куриные яйца сопротивляются разрушению снаружи и в то же время достаточно слабы, чтобы разбиться изнутри во время вылупления цыплят? Все дело в наноструктуре яичной скорлупы, согласно новому исследованию, проведенному учеными Университета Макгилла.
Выводы, опубликованные сегодня в журнале Science Advances, могут иметь важные последствия для безопасности пищевых продуктов в агропромышленности.
Птицы извлекли выгоду из миллионов лет эволюции, чтобы создать идеальную яичную скорлупу, тонкую, защитную биоминерализованную камеру для эмбрионального роста, которая содержит все питательные вещества, необходимые для роста цыпленка. Скорлупа, будучи не слишком прочной, но и не слишком слабой (она могла бы сказать «в самый раз», как сказала бы Златовласка), устойчива к разрушению до тех пор, пока не придет время вылупления.
Но что именно придает скорлупе птичьих яиц такие уникальные свойства?
Чтобы выяснить это, исследовательская группа Марка Макки на факультете стоматологии Макгилла вместе с группой инженеров Ричарда Хромика и другими коллегами использовали новые методы подготовки образцов, чтобы обнажить внутреннюю часть яичной скорлупы для изучения ее молекулярной наноструктуры и механических свойств. свойства.
«Известно, что яичную скорлупу трудно изучать традиционными методами, потому что она легко ломается, когда мы пытаемся сделать тонкий срез для визуализации с помощью электронной микроскопии», - говорит Макки, который также является профессором кафедры анатомии и клеток McGill. Биология.
«Благодаря новой системе секционирования сфокусированного ионного пучка, недавно полученной Центром исследований электронной микроскопии Макгилла, мы смогли точно и тонко разрезать образец и получить изображение внутренней части скорлупы».
Яичная скорлупа состоит как из неорганических, так и из органических веществ, содержащих кальций и большое количество белков. Аспирант Димитра Атанасиаду, первый автор исследования, обнаружила, что фактором, определяющим прочность скорлупы, является присутствие наноструктурированного минерала, связанного с остеопонтином, белком яичной скорлупы, который также содержится в композитных биологических материалах, таких как кости.
Краткий обзор биологии яйца
Результаты также дают представление о биологии и развитии куриных эмбрионов в оплодотворенных и инкубированных яйцах. Яйца достаточно твердые при кладке и во время насиживания, чтобы защитить их от разрушения. Поскольку цыпленок растет внутри яичной скорлупы, ему нужен кальций для формирования костей. Во время инкубации яйца внутренняя часть скорлупы растворяется, чтобы обеспечить поступление минеральных ионов, в то же время ослабляя скорлупу настолько, чтобы вылупившийся цыпленок мог ее разбить. Используя атомно-силовую микроскопию, методы электронной и рентгеновской визуализации, группа сотрудников профессора Макки обнаружила, что эта двойная функция возможна благодаря мельчайшим изменениям в наноструктуре скорлупы, которые происходят во время инкубации яиц.
В параллельных экспериментах исследователи также смогли воссоздать наноструктуру, подобную той, которую они обнаружили в скорлупе, добавив остеопонтин к минеральным кристаллам, выращенным в лаборатории. Профессор Макки считает, что более глубокое понимание роли белков в событиях кальцификации, которые определяют затвердевание и прочность яичной скорлупы посредством биоминерализации, может иметь важные последствия для безопасности пищевых продуктов.
«Около 10-20% куриных яиц разбиваются или трескаются, что увеличивает риск отравления сальмонеллой», - говорит Макки. «Понимание того, как минеральная наноструктура влияет на прочность скорлупы, позволит отобрать генетические признаки у кур-несушек, чтобы производить постоянно более крепкие яйца для повышения пищевой безопасности».
Видео о наноструктуре яичной скорлупы: