Розгадайте таємниці яєчної шкаралупи
Як курячі яйця можуть бути стійкими до зовнішніх впливів, залишаючись при цьому досить крихкими зсередини, щоб пташеня могло вилупитися? Вся справа в наноструктурі оболонки, нове дослідження вчених Університету Макгілла.
Це відкриття, опубліковане сьогодні в журналі Science Advances, може мати важливі наслідки для безпеки харчових продуктів в агробізнесі.
Птахи отримали користь від мільйонів років еволюції, щоб створити ідеальну яєчну шкаралупу - захисну камеру, утворену з тонкої біомінералізованої оболонки, яка захищає ембріональний ріст і містить поживні речовини, необхідні для розвитку пташеняти. Шкаралупа, ні занадто крихка, ні занадто міцна, здатна протистояти руйнуванню до моменту вилуплення.
Але що надає шкаралупі пташиних яєць унікальних властивостей? ?
Щоб спробувати це з’ясувати, дослідницька група Марка Маккі, професора стоматологічного факультету Університету Макгілла, у співпраці з групою Річарда Хроміка з Департаменту техніки та іншими колегами застосувала нові методи підготовки зразків, щоб викрити всередині яєчної шкаралупи для вивчення її молекулярної наноструктури та механічних властивостей.
"Як відомо, шкаралупу яєць важко вивчати за допомогою стандартних методів, оскільки вони, як правило, легко ламаються, намагаючись отримати тонкий зріз, щоб заглянути під електронний мікроскоп", - говорить Марк Маккі, який також є професором кафедри анатомії та клітин Біологія в Університеті Макгілла. "Використовуючи новий пристрій, який точно розрізає зразок за допомогою сфокусованого іонного пучка, нещодавно придбаного лабораторією електронної мікроскопії Макгілл, ми змогли отримати тонкий шматочок яєчної шкаралупи і, таким чином, спостерігати її внутрішню структуру".
Шкаралупа яєць складається з органічного та неорганічного матеріалу, який є високою концентрацією білка та мінералів, що містять кальцій. Дімітра Афанасіаду, аспірант і провідний автор дослідження, виявив, що міцність оболонки, зокрема, залежить від присутності наноструктурованого мінералу, асоційованого з остеопонтином, регуляторним білком мінералізації, який міститься також у композитних біологічних матеріалах, таких як кістка.
Огляд біології яєць
Результати дослідження також проливають світло на біологію та розвиток курячих ембріонів у запліднених, а потім інкубованих яйцях. На час кладки та розмноження яйце досить міцне, щоб протистояти розбиванню. Коли він росте всередині яйця, курячий ембріон потребує кальцію для формування його кісток. Під час інкубаційного періоду внутрішня поверхня шкаралупи розчиняється, забезпечуючи ембріон цим мінеральним іоном, який одночасно має ефект послаблення шкаралупи настільки, що дозволяє пташеню розбити її під час спалаху. Використовуючи атомно-силову мікроскопію, електронні та рентгенологічні методи візуалізації, команда співробітників професора Маккі виявила, що цей біфункціональний взаємозв'язок залежить від мінімальних змін наноструктури оболонки, які відбуваються під час інкубації.
Паралельно проведені дослідження, дослідникам вдалося відтворити наноструктуру, подібну до тієї, яку вони виявили в яєчній шкаралупі, додавши остеопонтин до мінеральних кристалів, отриманих в лабораторії. Професор Маккі вважає, що краще розуміння ролі білків у кальцифікаційних механізмах, що сприяють затвердінню та міцності яєчної шкаралупи, може мати важливі наслідки для безпеки харчових продуктів.
"Десять-двадцять відсотків курячих яєць розщеплюються або ламаються, що збільшує ризик сальмонельозу", - говорить професор Маккі. "Розуміння механізму, за допомогою якого мінеральна наноструктура допомагає затвердіти оболонці, дозволить нам виділити генетичні ознаки у курей-несучок, які, як правило, виробляють більш стійкі яйця і, таким чином, посилюють продовольчу безпеку".
Ця робота в основному фінансувалася за рахунок грантів Ради природничих та технічних досліджень Канади та Канадських інститутів досліджень охорони здоров’я.
Стаття "Наноструктура, остеопонтин і механічні властивості пташиних кальцитових яєчних шкаралуп" Д. Атанасіаду та ін. Була опублікована в журналі Science Advances.