Cum poate un ou de pui fertilizat să reziste la ruperea din exterior și, în același timp, să fie suficient de slab pentru a se rupe din interior atunci când clocesc găinile? Potrivit unui nou studiu condus de oamenii de știință de la Universitatea McGill, acest lucru se datorează nanostructurii cojilor de ouă.
Descoperirile publicate în Science Advances ar putea avea implicații importante pentru siguranța alimentelor în industria agricolă.
Păsările au beneficiat de milioane de ani de dezvoltare pentru a crea coaja de ou perfectă, o cameră de creștere a embrionilor biomineralizată subțire, de protecție, care conține toți nutrienții necesari pentru creșterea tinerilor. O coajă care nu este prea groasă, dar nu prea slabă, este rezistentă la rupere până când este timp să clocească.
Dar ce anume oferă unei coajă de pasăre aceste proprietăți unice?
Pentru a afla, echipa de cercetare a lui Marc McKee de la Facultatea de Medicină Dentară de la Universitatea McGill, împreună cu grupul lui Richard Chromik și alți colegi, au folosit noi metode pentru a prepara probe pentru a dezvălui interiorul cojilor de ouă pentru a studia nanostructura moleculară și proprietățile mecanice ale acestora.
„Ouăle sunt de obicei dificil de studiat în moduri tradiționale, deoarece se rup ușor atunci când încercăm să creăm felii subțiri pentru imagistica prin microscopie electronică”, spune McKee, care este, de asemenea, profesor la Departamentul de Anatomie și Biologie Celulară de la Universitatea McGill.
„Datorită unui nou sistem de separare a fasciculelor de ioni focalizați recent achiziționat de Universitatea McGill pentru departamentul său de cercetare în microscopie electronică, am reușit să tăiem proba cu precizie și subțire și să vedem interiorul învelișului.”
Ouăle sunt făcute atât din materie anorganică, cât și din materie organică, care este un mineral bogat în calciu, bogat în proteine. Suplimentul Dimitra Athanasiadou, primul autor al studiului, a constatat că factorul care determină rezistența cojii este prezența unui mineral nanostructurat asociat cu osteopontina, o proteină din ou care se găsește și în materiale biologice compozite precum osul.
O scurtă privire asupra biologiei ouălor
Rezultatele oferă, de asemenea, o imagine de ansamblu asupra biologiei și dezvoltării embrionilor de pui în ouă fertilizate și incubate. Ouăle sunt suficient de tari când sunt depuse și chiar în timpul pulpării pentru a le proteja de spargere. Pe măsură ce un pui crește în interiorul unui ou, are nevoie de calciu pentru a construi os. În timpul incubației ouălor, partea interioară a mantalei se dizolvă pentru a furniza o cantitate de ioni minerali, în același timp slăbind coaja, astfel încât să poată fi spartă de tineri. Folosind microscopia de forță atomică și imagistica electronică și cu raze X, echipa profesorului McKee a descoperit că această relație bifuncțională este posibilă datorită schimbărilor scurte în nanostructura cochiliei care apar în timpul incubației ouălor.
În experimente paralele, cercetătorii au reușit să recreeze o nanostructură similară cu cea găsită în manta adăugând osteopontină la cristalele minerale cultivate în laborator. Profesorul McKee consideră că o mai bună înțelegere a rolului proteinelor în evenimentele de calcificare care cauzează întărirea și puterea ouălor prin biomineralizare ar putea avea implicații importante pentru siguranța alimentelor.
„Aproximativ 10-20% din ouăle de pui se destramă sau se sparg, ceea ce crește riscul de otrăvire cu salmonella”, spune McKee. „Înțelegerea modului în care nanostructurile minerale contribuie la rezistența cojii va permite selectarea trăsăturilor genetice la găinile ouătoare pentru a produce ouă în mod constant mai groase și pentru a crește siguranța alimentelor.