Záhada škrupiny vajíčka

Ako sa oplodnenému kuraciemu vajíčku podarí odolávať rozbitiu zvonku a zároveň byť dostatočne slabé na to, aby sa mohlo prelomiť zvnútra pri vyliahnutí kureniec? Podľa novej štúdie vedenej vedcami McGill University, je to spôsobené nanoštruktúrou vaječných škrupín.

Zistenia, ktoré publikovali v magazíne Science Advances, by mohli mať dôležité dôsledky pre bezpečnosť potravín v poľnohospodárskom priemysle.

Vtáky profitovali z miliónov rokov vývoja, aby vytvorili dokonalú škrupinu vajec, tenkú, ochrannú biomineralizovanú komoru na rast embryí, ktorá obsahuje všetky živiny potrebné na rast mláďat. Škrupina, ktorá nie je príliš silná, ale nie je príliš slabá, je odolná proti nalomeniam, kým nie je čas na vyliahnutie.

Ale čo presne dáva vtáčej škrupine tieto jedinečné vlastnosti?

Aby to zistili, výskumný tím Marca McKeeho z Faculty of Dentistry McGill University spolu so skupinou Richarda Chromika a inými kolegami použili nové metódy na prípravu vzoriek na odhalenie vnútorného priestoru vaječných škrupín na štúdium ich molekulárnej nanoštruktúry a mechanických vlastností.

"Vajcia je zvyčajne ťažké študovať tradičnými spôsobmi, lebo sa ľahko zlomia, keď sa pokúsime vytvoriť tenké plátky pre zobrazovanie pomocou elektrónovej mikroskopie," hovorí McKee, ktorý je tiež profesorom v oddelení Anatómie a bunkovej biológie na McGill University.
 

"Vďaka novému systému na oddeľovanie zaostrených íonových zväzkov nedávno získanému McGillovou Unverzitou pre jej oddelenie pre výskum elektrónovou mikroskopiou sme dokázali presne a tenko odrezať vzorku a zobraziť si vnútro škrupiny."

Vajíčka sú vyrobené z anorganickej aj organickej hmoty, čo je minerál obsahujúci vápnik bohatý na proteíny. Doplomantka Dimitra Athanasiadou, prvá autorka štúdie, zistila, že faktorom určujúcim pevnosť škrupiny je prítomnosť nanoštrukturovaného minerálu spojeného s osteopontínom, čo je bielkovina z vajec, ktorá sa nachádza aj v kompozitných biologických materiáloch, ako sú kosti.
 

Krátky pohľad na biológiu vajec

Výsledky tiež poskytujú prehľad o biológii a vývoji kuracích embryí v oplodnených a inkubovaných vajciach. Vajcia sú dostatočne tvrdé, keď sú znesené a aj potom počas rozvlákňovania, aby boli chránené pred rozbitím. Ako kuriatko rastie vo vnútri vajíčka, potrebuje vápnik na vytvorenie kostí. Počas inkubácie vajec sa vnútorná časť plášťa rozpúšťa, aby poskytla prívod minerálnych iónov, zatiaľ čo súčasne oslabuje škrupinu tak, aby bola mláďaťom rozlámateľná. Pomocou mikroskopie atomárnych síl a metódou zobrazovania pomocou elektrónov a röntgenových lúčov spolupracovníci tímu spolupracovníkov profesora McKeeho zistili, že tento dvojfunkčný vzťah je možný vďaka krátkym zmenám nanostruktúry škrupiny, ku ktorej dochádza počas inkubácie vajec.

V paralelných experimentoch boli vedci schopní znovu vytvoriť podobnú nanostruktúru, akú objavili v plášti pridaním osteopontínu k minerálnym kryštálom pestovaným v laboratóriu. Profesor McKee sa domnieva, že lepšie pochopenie úlohy bielkovín pri kalcifikačných udalostiach, ktoré spôsobujú tvrdnutie vajec a silu prostredníctvom biomineralizácie, by mohli mať dôležité dôsledky pre bezpečnosť potravín.

"Približne 10-20% kuracích vajec sa rozpadne alebo praskne, čo zvyšuje riziko otravy salmonelou," hovorí McKee. "Pochopenie spôsobu, akým minerálna nanostruktúra prispieva k pevnosti škrupiny, umožní výber genetických znakov u nosníc na výrobu konzistentne silnejších vajec a na zvýšenie bezpečnosti potravín."

Zdroj: mcgill.ca