Percer les mystères de la coquille d'œuf
Publié par Isabelle le 03/04/2018 à 12:00
Source: Université McGill

©McGill
Comment les œufs de poules peuvent-ils être résistants aux chocs extérieurs tout en étant suffisamment cassants de l'intérieur pour permettre l'éclosion du poussin? Selon une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) McGill, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) est dans la nanostructure de la coquille.

Cette découverte, publiée aujourd'hui dans la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) Advances, pourrait avoir d'importantes retombées en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) de sécurité alimentaire au sein de l'agro-industrie.

Les oiseaux ont bénéficié de millions d'années d'évolution pour fabriquer une coquille d'œuf parfaite, soit une chambre protectrice formée d'une fine membrane biominéralisée protégeant la croissance embryonnaire et contenant les nutriments nécessaires au développement du poussin. La coquille, ni trop fragile, ni trop solide, est capable de résister à la cassure (En minéralogie, la cassure désigne l'aspect de la surface d'un minéral qui, après avoir été soumis à une contrainte, se brise en présentant des surfaces de fractures...) jusqu'au moment de l'éclosion.

Mais qu'est-ce qui procure à la coquille des œufs d'oiseaux ses propriétés uniques ?

Pour tenter de le découvrir, l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) de Marc McKee, professeur à la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et...) dentaire de l'Université McGill, en collaboration avec le groupe de Richard Chromik, du Département de génie, et d'autres collègues, a utilisé de nouvelles techniques de préparation d'échantillons pour exposer l'intérieur de la coquille d'œuf afin d'en étudier la nanostructure moléculaire et les propriétés mécaniques.

"Les coquilles d'œuf sont reconnues pour être difficiles à étudier à l'aide des techniques habituelles, car elles ont tendance à briser facilement lorsqu'on tente d'en obtenir une fine tranche à examiner au microscope électronique", mentionne Marc McKee, qui est également professeur au Département d'anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe...) et de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) cellulaire de l'Université McGill. "Grâce à un nouvel appareil qui sectionne avec précision l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés récemment acquis par le Laboratoire de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) électronique de McGill, nous avons été en mesure d'obtenir une tranche fine d'une coquille d'œuf et ainsi d'en observer la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon...)."

Les coquilles d'œuf sont composées de matières organiques et inorganiques, soit une forte concentration de protéines et des minéraux contenant du calcium. Dimitra Athanasiadou, étudiante aux cycles supérieurs et auteure principale de l'étude, a découvert que la solidité de la coquille repose notamment sur la présence d'un minéral nanostructuré associé à de l'ostéopontine, une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par...) régulatrice de la minéralisation qu'on trouve également dans des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) biologiques composites tels que l'os.

Aperçu de la biologie de l'œuf

Les résultats de l'étude nous éclairent également sur la biologie et le développement des embryons de poulet (Un poulet est une jeune volaille, mâle ou femelle, de la sous-espèce Gallus gallus domesticus, élevé pour sa chair.) dans des œufs fécondés, puis incubés. Au moment de la ponte et de la couvaison, l'œuf est suffisamment solide pour résister à la cassure. Au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure qu'il croît à l'intérieur de l'œuf, l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote jusqu’au stade où les principaux...) de poulet a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois...) de calcium pour la formation de ses os. Durant la période d'incubation (L'incubation est la période pendant laquelle les ovules sont couvés, de manière à les maintenir au chaud et à permettre le développement de l'embryon.), la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) interne de la coquille se dissout pour approvisionner l'embryon en cet ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui...) minéral, ce qui, du même coup, a pour effet d'affaiblir suffisamment la coquille pour permettre au poussin de la briser lors de l'éclosion. À l'aide de la microscopie à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) atomique et de techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) électronique et radiographique, l'équipe de collaborateurs du professeur McKee a découvert que cette relation bifonctionnelle est tributaire d'infimes modifications de la nanostructure de la coquille qui surviennent au cours de l'incubation.

Dans le cadre d'études parallèles, les chercheurs sont parvenus à reproduire une nanostructure semblable à celle qu'ils avaient découverte dans la coquille d'œuf, par l'ajout d'ostéopontine à des cristaux minéraux obtenus en laboratoire. Le professeur McKee croit qu'une meilleure compréhension du rôle des protéines dans les mécanismes de calcification (La quasi-totalité du calcium de l'organisme est située dans le tissu osseux et dans les dents. De façon pathologique, des dépôts calcaires anormaux peuvent se...) qui contribuent au durcissement et à la solidité de la coquille d'œuf pourrait avoir d'importantes retombées en matière de sécurité alimentaire.

"De dix à vingt pour cent des œufs de poules se fendent ou se brisent, ce qui accroît le risque de salmonellose (La salmonellose est une infection bactérienne due aux entérobactéries de type Salmonella à l'exception des Salmonella Typhi et paratyphi. La plupart des personnes infectées par les Salmonella développent de...)", affirme le professeur McKee. "La compréhension du mécanisme par lequel la nanostructure minérale contribue à solidifier la coquille nous permettra d'isoler les traits génétiques chez les poules pondeuses qui ont tendance à produire des œufs plus résistants et ainsi de renforcer la sécurité alimentaire."

Ces travaux ont été principalement financés par des subventions du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et par les Instituts de recherche en santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) du Canada.

L'article "Nanostructure, Osteopontin and Mechanical Properties of Avian Calcitic Eggshell", par D. Athanasiadou et coll., a été publié dans la revue Science Advances.


Contact chercheur:
Marc McKee, Faculté de médecine dentaire de l'Université McGill
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