Už více než dva tisíce let se vědci snaží porozumět tomu, jak se z jediné buňky vyvine složitý organismus. U ptačích embryí byl tento výzkum vždy komplikován neprůhlednou vápenatou skořápkou. Aristoteles musel vejce rozbíjet v různých fázích vývoje, aby mohl popsat jednotlivé vývojové etapy. Moderní věda sice má k dispozici rentgen či ultrazvuk, ale přímé pozorování bylo dosud nemožné.
„Hlavní překážkou ve vývojové biologii ptáků byla vždy přítomnost neprůhledné skořápky, která chrání vyvíjející se embrya,“ vysvětluje Katsuya Obara z Univerzity Tsukuba. Jeho tým nyní přišel s elegantním řešením – nahradili skořápku průhlednou plastovou fólií.
Nový systém využívá speciální průhlednou PMP fólii (polymethylpenten) o tloušťce pouhých 10 mikrometrů, která je vytvarována do tvaru „houpací sítě“. Ta je umístěna v průhledném plastovém kelímku s otvorem pro přívod vzduchu. Důležitou součástí je i rotační třepačka, která zajišťuje, že se embryo pravidelně otáčí – podobně jako když kvočna obrací vejce při sezení.
„Náš systém umožňuje poprvé v historii sledovat vývoj kuřecího embrya od samého počátku až do vylíhnutí, a to ze všech úhlů,“ říká Obara.
Tanec na hraně života
Vývoj embrya v umělém prostředí je však velmi citlivý proces. Tým musel vyřešit řadu technických problémů. Klíčové bylo najít správnou rychlost otáčení – při 6 otáčkách za minutu se embryo nevyvíjelo správně, při 28 otáčkách zase docházelo k poškození. Optimální se ukázalo být tempo 10 otáček za minutu.
Důležitou roli hraje i tenká vrstva bílku, která musí pokrývat zárodečný terčík (první buňky budoucího kuřete). V přírodě tento proces zajišťuje konstrukce vejce a gravitace. V umělém systému museli vědci přidat i ruční třepání, aby dosáhli správného rozložení živin.
První pokusy přinesly velmi nízkou úspěšnost – pouze 13,3 % embryí přežilo do třetího dne. Po vyladění všech parametrů se však podařilo dosáhnout až 89,5% přežití do třetího dne a 10,5% úspěšnosti vylíhnutí. To sice není ideální ve srovnání s přírodním procesem, ale znamená to obrovský pokrok.
„Jedna ze slepic, které se v našem systému vylíhly, dosáhla pohlavní dospělosti a po umělém oplodnění snesla normální vejce,“ uvádí studie. To dokazuje, že kuřata z umělých vajec jsou životaschopná a mohou se dál množit.
Testování účinků látek v reálném čase
Nová metoda otevírá fascinující možnosti pro vědecký výzkum. „Tento systém bude sloužit jako účinný nástroj v různých oborech, jako je toxikologie, výzkum kmenových buněk, biozobrazování a regenerativní medicína,“ vysvětluje Obara.
Průhledné „vejce“ umožňuje sledovat účinky různých látek na vývoj embrya v reálném čase. Vědci mohou testovat nové léky, studovat vliv toxinů nebo zkoumat, jak funguje regenerace tkání. To vše bez nutnosti přerušovat vývoj embrya pro pozorování.
Systém by mohl najít využití i při záchraně ohrožených druhů ptáků. Při umělém odchovu by bylo možné průběžně kontrolovat zdravý vývoj embryí a včas zasáhnout v případě problémů.
Přestože je současná úspěšnost líhnutí pouze kolem 10 %, představuje tento výzkum významný průlom. Vědci už identifikovali několik směrů pro další vylepšení. Klíčovou roli hraje správné načasování dodávky kyslíku a optimalizace tvaru umělého vejce.
„Budoucí studie by měly vyhodnotit optimální podmínky plynů pro zvýšení úspěšnosti líhnutí v našem systému,“ naznačuje směr dalšího výzkumu Obara. Pokud se podaří tyto parametry vyladit, mohla by se metoda stát standardním nástrojem pro výzkum ptačího vývoje.