Hogyan képes a megtermékenyített tyúktojás ellenállni a kívülről történő törésnek, és ugyanakkor elég gyenge ahhoz, hogy belülről megtörjön a csirkék kikelésénél? A McGill Egyetem tudósai által vezetett új tanulmány szerint ez a tojáshéjak nanostruktúrájának köszönhető.
A Science Advances folyóiratban közzétett megállapítások fontos következményekkel járhatnak a mezőgazdasági ipar élelmiszer-biztonsága szempontjából.
A madarak több millió éves fejlődéssel részesültek abban, hogy létrehozzák a tökéletes tojáshéjat, egy vékony, védő biomineralizált embrió növekedési kamrát, amely tartalmazza a fiatalok növekedéséhez szükséges összes tápanyagot. A nem túl vastag, de nem túl gyenge héj ellenáll a törésnek, amíg nincs idő a kikelésre.
De mi adja a madárhéjnak ezeket az egyedülálló tulajdonságokat?
Ennek megismerése érdekében Marc McKee, a McGill Egyetem Fogorvostudományi Karának kutatócsoportja, Richard Chromik csoportjával és más kollégáival együtt új módszerekkel készített mintákat a tojáshéjak belsejének feltárására molekuláris nanostruktúrájuk és mechanikai tulajdonságaik tanulmányozása céljából.
"A tojásokat általában nehéz a hagyományos módszerekkel tanulmányozni, mert könnyen elszakadnak, amikor vékony szeleteket próbálunk létrehozni az elektronmikroszkópos képalkotáshoz" - mondja McKee, aki a McGill Egyetem anatómiai és sejtbiológiai tanszékének professzora is.
"A fókuszált ionnyalábok elválasztásának új rendszerének köszönhetően, amelyet a közelmúltban vásárolt a McGill Egyetem elektronmikroszkópos kutatási részlege számára, pontosan és vékonyan vághattuk a mintát, és megtekinthettük a héj belsejét."
A tojásokat szervetlen és szerves anyagból egyaránt készítik, amely fehérjékben gazdag kalciumban gazdag ásványi anyag. Dimitra Athanasiadou, a tanulmány első szerzője kiegészítette azt a megállapítást, hogy a héj szilárdságát meghatározó tényező az osteopontinnal társult nanostrukturált ásványi anyag jelenléte, egy tojásfehérje, amely összetett biológiai anyagokban, például csontokban is megtalálható.
Rövid áttekintés a tojásbiológiáról
Az eredmények áttekintést nyújtanak a megtermékenyített és inkubált petékben lévő csirke embriók biológiájáról és fejlődéséről is. A petesejtek és a pépelés során is elég kemények ahhoz, hogy megvédjék a töréstől. Ahogy a csirke nő a tojás belsejében, kalciumra van szüksége a csont felépítéséhez. A peték inkubálása során a köpeny belső része feloldódik, és ásványi ionokkal látja el az anyagot, ugyanakkor gyengíti a héjat, hogy a fiatalok megtörhessék. Atomi erő mikroszkópia, valamint elektron és röntgen képalkotás segítségével McKee professzor csapata megállapította, hogy ez a bifunkcionális kapcsolat a tojás inkubációja során bekövetkező rövid változások miatt lehetséges a héj nanostruktúrájában.
Párhuzamos kísérletek során a kutatók képesek voltak létrehozni a köpenyben találhatóhoz hasonló nanostruktúrát azáltal, hogy az oszteopontint hozzáadták a laboratóriumban termesztett ásványi kristályokhoz. McKee professzor úgy véli, hogy a fehérjék szerepének jobb megértése a meszesedési eseményekben, amelyek a petesejt megkeményedését és erősségét okozzák a biomineralizáció révén, fontos következményekkel járhatnak az élelmiszer-biztonság szempontjából.
"A tyúktojások körülbelül 10-20% -a szétesik vagy megreped, ami növeli a szalmonella-mérgezés kockázatát" - mondja McKee. "Annak megértése, hogy az ásványi nanostruktúrák hogyan járulnak hozzá a héj szilárdságához, lehetővé teszi a tojótyúkok genetikai tulajdonságainak kiválasztását, hogy folyamatosan vastagabb tojásokat termeljenek és növeljék az élelmiszerbiztonságot."