# L'oeuf aux trésors

Joël Gautron

## ► To cite this version:

Joël Gautron. L'oeuf aux trésors. Master. Action de développement professionnel (Le cycle de formation de l'oeuf, la formation de la coquille, la blanc, la coquille et leurs propriétés, Orientation des recherches en cours et enjeux de ses constituants.), 2016. hal-02800088

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# Le Cycle de formation de l'œuf

Joël Gautron

INRA, UR83 Recherches

Avicoles

37380 Nouzilly
# L'œuf de poule

## L'Œuf, un produit de base pour l'alimentation humaine

### Au niveau mondial en 2012

- ☐ 66,4 millions de tonnes par an (>1200 milliards d'œufs)

- ☐ Accroissement du marché de 2.2 %

- ☐ Premier producteur est la Chine (24,5 MT – 37 % de la production mondiale)

- ☐ Union européenne second producteur mondial (6 MT- 9 % de la production mondiale)

### Filière française en 2013

- ☐ 15,2 milliards d'œufs

(47 millions de poules pondeuses)

- ☐ 1.37 milliards d'Euros

- ☐ 4 % de la valeur des productions animales

- ☐ 1.7 % de la valeur des productions agricoles

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### Consommation

- ☐ 145 œufs par an et par habitant dans le monde

- ☐ 216 œufs par an et par personne en France

- ☐ 60% sous forme d'œufs en coquille

- ☐ 40% sous forme d'ovoproduits

Source ITAVI
L'Œuf, un pro-
Chambre iso-

Les oise-

Fécondation sexuée e
Mais développement d

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Agressions
physiques

Microbes

Doit contenir la totalité des composants nécessaires au développement
embryonnaire

► Éléments nutritionnels parfaitement équilibrés

► Nombreux composés avec un large spectre d'activités biologiques

► Systèmes de protection (défenses naturelles)

Défense physique (coquille principalement)

Défense chimique (activité antimicrobienne des protéines de l'œuf)
# Une composition adaptée au développement du poussin

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Un jaune d'œuf à la composition adaptée (atelier 1)

- Le gamète féminin (Disque clair de 3,5 mm)

- Des réserves nutritionnelles (lipides, protéines) et de défenses (anticorps)

- Entouré d'une membrane vitelline fine et translucide
Les membranes vitellines

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<figure><img src="image_9.png" /></figure>

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<figure><img src="image_12.png" /></figure>
# Une composition adaptée au développement du poussin

## Un blanc d'œuf riche en eau (88%), protéines et glucides

- Différentes textures de blanc

- Molécules antimicrobiennes

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

## Un jaune d'œuf à la composition adaptée

- Le gamète féminin (Disque clair de 3,5 mm)

- Des réserves nutritionnelles (lipides, protéines) et de défenses (anticorps)

- Entouré d'une membrane vitelline fine et translucide
# Les molécules antimicrobiennes

## Composition globale d'un œuf (sans coquille)

- 75 % Eau

- 12,5 % de protéines

- 11 % de lipides

- 0,7% de glucides

- 0,9 % de minéraux

→ **Activités biologiques essentielles**

Biologie du développement

→ **Activités de protection dont antimicrobiens**

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

De très nombreux programmes de recherches pour identifier et caractériser les fonctions des protéines dans l'œuf
# Identification des protéines de l'œuf

## Les techniques classiques

* Biochimie (Fractionnement des composés de l'œuf par chromatographie, électrophorèses...) et biologie moléculaire

☐ 2006, environ 50 protéines de l'œuf (10 dans la coquille)

## Les développements récents

* 2004, Publication de la séquence génomique de la poulie

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

* ✓ Genome-wide non redundant catalog of 33 838 different genes

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Mise à disposition des techniques « omics » et des outils de data mining pour identifier de nouvelles protéines de l'œuf

* ✓ cDNA and ESTs libraries (Identification of 600 434 functional genes in chickens)

<figure><img src="image_17.png" /></figure>
# Identification des protéines de l'œuf

ser les outils à haut débit pour identifier les gènes et protéines impliqués dans la formation de l'œuf

>3500 protéines identifiées dans les différents compartiments de l'œuf
Plein de redondance, pas d'annotations sur les fonctions

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

Data mining et outils bioinformatiques

>1200 protéines non redondantes dans l'œuf

Répartition dans les compartiments de l'œuf

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Protéines communes, partagées et spécifiques
# Les molécules antimicrobiennes

Environ 200 protéines de l'œuf sont potentiellement antimicrobiennes

<figure><img src="image_21.png" /></figure>
# Les molécules antimicrobiennes

## Lysozyme

*Hydrolyze bacterial peptidoglycan*

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

- Conservateur alimentaire (E1105)
(Fromage, vin...)

- Comprimés pour les douleurs et
inflammations de la gorge

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

## Protéines de liaison à l'héparine

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

✓15 protéines identifiées

✓5 candidats
antibactériens

Rehault-Godbert, S. et al. (2011). Patent "Fraction of proteins and peptides derived from egg white and protein derived from egg white and use thereof as antilisteria agents." WO 2011/151407 A1.
# Une composition adaptée au développement du poussin

Un blanc d'œuf riche en eau (88%), protéines et glucides

- Différentes textures de blanc

- Molécules antimicrobiennes

Des chalazes qui maintiennent le jaune en suspension

Protection du jaune contre les chocs.

Rôle d'amortisseur

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Une coquille minérale

- Assure la protection physique

- Assure la protection thermique

- Assure les échanges gazeux (atelier 2)

- Source de calcium pour l'embryon

Un jaune d'œuf à la composition adaptée

- Le gamète féminin (Disque clair de 3,5 mm)

- Des réserves nutritionnelles (lipides, protéines) et de défenses (anticorps)

- Entouré d'une membrane vitelline fine et translucide
# La formation de l'œuf

## Quels sont les organes impliqués dans la formation de l'œuf ?

- L'ovaire

- L'oviducte gauche

- Le foie

## Quand se forme l'œuf ?

- Tous les jours (presque)

- Après la maturité sexuelle, mais initiée avant.

## Quelles en sont les principales étapes ?

- Tout commence sur l'ovaire

- Le foie entre en jeu

- Le jaune est ovulé dans l'oviducte

- Les membranes vitellines sont achevées

- Le blanc d'œuf vient s'accumuler

- Les membranes coquillières sont déposées

- L'œuf est minéralisé

- Il est expulsé via le vagin (oviposition)
# L'appareil reproducteur de la femelle adulte

Seul l'appareil reproducteur gauche se développe lors de la maturité sexuelle

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# L'appareil reproducteur de la femelle adulte

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# L'appareil reproducteur de la femelle adulte

<figure><img src="image_28.png" /></figure>
# Tout commence sur l'ovaire

## La gamétogénèse

* ✓ Oogénèse débute au jour 7 de la vie embryonnaire de la future poule □ oocytes primaires

* ✓ Oocytes ne sont PAS renouvelés pendant la vie de la poule et constituent donc le stock final.

* ✓ 12000 oocytes sont présents sur l'ovaire à l'éclosion du poussin

* ✓ Déterminisme sexuel porté par la femelle (à l'opposé des hins)

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Girl

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Boy

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Girl

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Boy

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<figure><img src="image_39.png" /></figure>

<figure><img src="image_40.png" /></figure>
# Tout continue sur l'ovaire

## La maturité sexuelle

* 12000 oocytes produits durant l'embryogénèse

* Moins de 2000 formeront un jaune d'œuf après maturité sexuelle

* Début de la maturité sexuelle (12-13 semaines, 3 mois environ)

* Premier œuf pondu à 18 semaines environ

* Pic de ponte vers 22 semaines (6 mois environ)
# Tout continue sur l'ovaire

## Le développement folliculaire

* 12000 oocytes produits durant l'embryogénèse

* Moins de 2000 formeront un jaune d'oeuf

* Les oocytes se transforment en follicule à la maturité sexuelle

* Mise en place d'une hiérarchie folliculaire

* Le foie apporte les constituants du jaune

<figure><img src="image_41.png" /></figure>
# L'OVULATION

* Se produit 24-25 heures avant la ponte de l'œuf et dépendante de la photopériode

* Sous contrôle hormonal (LH) au niveau de l'hypothalamus et dépendante de la maturation folliculaire

* A 14 heures de lumière par jour, la poule pond de 0 à 6 heures après l'allumage avec un décalage quotidien

<table><thead><tr><td>Jour</td><td>Heure de ponte</td></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>07:15</td></tr><tr><td>2</td><td>07:30</td></tr><tr><td>3</td><td>08:05</td></tr><tr><td>4</td><td>08:30</td></tr><tr><td>....</td><td>....</td></tr><tr><td>n</td><td>11:30</td></tr><tr><td>n+1</td><td>13:00</td></tr><tr><td>n+2</td><td></td></tr><tr><td>N+3</td><td>07:15</td></tr></tbody></table>

Série de ponte

Pause

Nouvelle Série de ponte
# L'OVULATION

* Se produit 24-25 heures avant la ponte de l'œuf et dépendante de la photopériode

* Sous contrôle hormonal (LH) au niveau de l'hypothalamus et dépendante de la maturation folliculaire

* A 14 heures de lumière par jour, la poule pond de 0 à 6 heures après l'allumage avec un décalage quotidien

<table><thead><tr><td>Jour</td><td>Heure de ponte</td></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>07:15</td></tr><tr><td>2</td><td>07:30</td></tr><tr><td>3</td><td>08:05</td></tr><tr><td>4</td><td>08:30</td></tr><tr><td>....</td><td>....</td></tr><tr><td>n</td><td>11:30</td></tr><tr><td>n+1</td><td>13:00</td></tr><tr><td>n+2</td><td></td></tr><tr><td>N+3</td><td>07:15</td></tr></tbody></table>

Série de ponte

Pause

Nouvelle Série de ponte
# La formation de l'œuf dans l'oviducte

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

## infundibulum

Membranes vitellines

(< 1 h)

## Magnum

blanc

(1h – 4h30)

## Isthme

Membranes coquillières

(4h30-6h)

## Utérus

Calcification de la coquill

(6h – 24 h)

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

<figure><img src="image_44.png" /></figure>
<figure><img src="image_45.png" /></figure>
# La coquille : une barrière physique contre la pénétration bactérienne

L'intégrité de la coquille est cruciale pour la sécurité alimentaire du consommateur

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

Comprendre les mécanismes de fabrication de la coquille et déterminer l'origine de ses faiblesses

Développer de nouveaux outils pour la sélection
La coquille (défense physique)

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

Gallus gallus x 72

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Cygnus x 53
La coquille (défense physique)

<figure><img src="image_49.png" /></figure>
# La coquille (défense physique)

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

Quelle est la composition de la coquille ?

- 95 % de minéral (carbonate de calcium)

- 3,5 % de matière organique (protéines et sucres complexes)

-1,5 % d'eau
# Le minéral de la coquille

Le minéral de la coquille est du carbonate de calcium.

Le **carbonate de calcium** (CaCO3) est composé d'un ion carbonate (CO32-) et d'un ion calcium (Ca2+). Cette substance blanche a une masse molaire de 100,1 g/mol.

$$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3$$

Le carbonate de calcium est le composé majeur des calcaires comme la craie, mais également du marbre. C'est aussi le constituant principal des coquilles d'animaux marins, du corail et des escargots.

Le carbonate de calcium cristallise naturellement avec deux formes cristallines principales : l'aragonite et la calcite. Les deux autres formes cristallines sont plus rares : la vatérite & un hexahydrate, formes intermédiaires peu stables qui évoluent

La forme de carbonate de calcium présente dans la coquille des œufs est la calcite

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# La formation de la coquille

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

## Premier évènements de nucléation

## Time 1 (5-6 h Post ovulation):

### Particules d'ACC se déposent de manière massive sur la totalité des membranes coquillières
# La formation de la coquille

## Role of amorphous calcium carbonate (ACC)

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

Calcite formation

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

Time 2 (6-7 h post ovulation):

Transformation directe de l'ACC en aggégats de calcite sur les noyaux mammillaires
# La formation de la coquille

## La phase initiale

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

Peu à peu les noyaux mamillaires sont recouverts de calcite
# La formation de la coquille

## La phase initiale

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

La couche calcifiée est étroitement liée aux fibres de la membrane de la coquille
# La formation de la coquille

## La phase initiale

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

Les noyaux mamillaires recouverts de carbonate de calcium (calcite) forment des cônes qui fusionnent au fur et à mesure que la
# La formation de la coquille

## La phase de croissance

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

Les noyaux mamillaires recouverts de carbonate de calcium (calcite) forment des cônes qui fusionnent au fur et à mesure que la calcification se poursuit
# La formation de la couille

## La phase de croissance

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Surface de la couche calcifiée avec
apparition d'un pore obtenu en absence de
fusion des pores
# La formation de la coquille

## La phase terminale

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

En surface de la couche calcifiée apparaît une couche monocristalline de calcite (Couche des cristaux verticaux)
# La formation de la coquille

## La phase terminale

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

La minéralisation s'arrête. Une fine couche de matière organique vient se déposer en surface (cuticule)
# La formation de la coquille

## La phase terminale

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

La cuticule recouvre la totalité de l'œuf. En séchant, elle se fissure pour permettre les échanges gazeux via les pores
La formation de la coquille

<figure><img src="image_71.png" /></figure>
# Similitude des coquilles d'œufs

<figure><img src="image_72.png" /><figcaption>Gallus gallus</figcaption></figure>

<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>coturnix japonica</figcaption></figure>

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Meleagris gallopavo</figcaption></figure>

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>Anas platyrhynchos</figcaption></figure>

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

<figure><img src="image_77.png" /></figure>
# Similitude des coquilles d'œufs

☐ PROCESSUS DE BIOMINERALISATION UNIVERSEL

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>Gallus gallus</figcaption></figure>

<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>Numida meleagris</figcaption></figure>

<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>Struthio</figcaption></figure>

<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Sankofa pyrenaica</figcaption></figure>

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>
# Propriétés biomécaniques des coquilles d'œufs

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

<figure><img src="image_87.png" /></figure>

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Caille</figcaption></figure>

<caption>Pintade</caption>

<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Dinde</figcaption></figure>

<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Moineau</figcaption></figure>

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Merle noir</figcaption></figure>

<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Canard</figcaption></figure>

<figure><img src="image_95.png" /><figcaption>Poule</figcaption></figure>
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

* Dépôts de minéraux sous conditions physiologiques dans un organisme vivant qui aboutit à la formation de structures très diversifiées avec des formes, des tailles et des couleurs différentes

1) Biominéralisation cellulaire
   Os, dents....

<figure><img src="image_96.png" /></figure>

<figure><img src="image_97.png" /></figure>
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

* Dépôts de minéraux sous conditions physiologiques dans un organisme vivant qui aboutit à la formation de structures très diversifiées avec des formes, des tailles et des couleurs différentes.

### 2) Biominéralisation acellulaire dite contrôlée

<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Perle</figcaption></figure>

<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Coccolithes</figcaption></figure>

<figure><img src="image_100.png" /></figure>

<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>Coquilles de mollusques</figcaption></figure>

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Corail</figcaption></figure>

<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Coquilles d'oiseaux</figcaption></figure>

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>gastéropodes</figcaption></figure>

<figure><img src="image_106.png" /></figure>
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

Malgré la diversité de formes et de fonctions, les structures biominérales se forment toujours selon les mêmes principes

<figure><img src="image_107.png" /></figure>
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

Malgré la diversité de formes et de fonctions, les structures biominérales se forment toujours selon les mêmes principes

## ☐ 95% de carbonate de calcium sous forme de calcite

<figure><img src="image_108.png" /></figure>

## ☐ 3,5% de matière organique (matrice organique)

Protéines et protéoglycanes
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

Malgré la diversité de formes et de fonctions, les structures biominérales se forment toujours selon les mêmes principes

### Définir un espace biologiquement compartimenté

☐ Lieu ou le biominéral se formera

☐ Espace pouvant être:

* Cellulaire (cas des êtres unicellulaires type bactéries magnétiques)

* Fusion cellulaire pour former une vacuole unique (épine de l'oursin formée dans une vacuole allant jusqu'à 25 cm)

* Extra cellulaire (utérus pour la coquille d'oiseaux)

C'est dans cet espace que les entrées ioniques et organiques sont contrôlées pour atteindre les conditions physico-chimiques précises
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

Malgré la diversité de formes et de fonctions, les structures biominérales se forment toujours selon les mêmes principes

Une hypersaturation du milieu

☐ Les ions constitutifs du minéral doivent se trouver en conditions saturantes

<figure><img src="image_109.png" /></figure>

☐ Le sel CA formé est en équilibre entre 2 formes

<figure><img src="image_110.png" /></figure>

Si le produit de solubilité de CA est atteint, la forme solide est favorisée et le sel précipite dans le milieu.

Le milieu est dit « hypersaturé »
# La Biominéralisation

## ☐ PROCESSUS UNIVERSEL ET CONSERVE SUR TERRE

Malgré la diversité de formes et de fonctions, les structures biominérales se forment toujours selon les mêmes principes

### La nucléation et la croissance du minéral

☐ Les conditions d'hypersaturation ne sont pas suffisantes à elles seules pour précipiter un sel.

☐ L'initiation de la cristallisation se fait à partir de sites se trouvant dans le milieu (nucléation)

La matrice organique joue souvent ce rôle dans les biominéraux

<figure><img src="image_111.png" /></figure>
# La formation de la coquille des oiseaux, un processus de biominéralisation

Minéralisation de la coquille se produit dans l'utérus qui constitue un espace compartimenté

Les cellules de l'utérus sécrètent un fluide acellulaire (liquide utérin) dans lequel se produit la minéralisation

L'ensemble des constituants minéraux et organiques nécessaires à la formation de la coquille sont présents dans ce milieu

Le carbonate de calcium précipite à partir du calcium et des bicarbonates du fluide utérin

Le calcium et les carbonates se trouvent à des concentrations élevées

Le produit de solubilité est dépassé de 100 fois environ
# La matrice organique

<figure><img src="image_112.png" /></figure>

## Joue un rôle clef

*détermine la texture de la coquille et ses propriétés mécaniques*

<figure><img src="image_113.png" /></figure>

Calcium carbonate
NUCLEUS
(calcite) ← → Matrice organique

*Orientation et stabilisation des formes
de carbonate de calcium*
*Détermine la morphologie des
cristaux de calcite*

<figure><img src="image_114.png" /></figure>

Interaction

<figure><img src="image_115.png" /></figure>
# La matrice organique

## Détermine la microstructure du biomatériau

* La coquille des oiseaux est une biocéramique complexe et fortement structurée

* Croissance cristalline par compétition

* Les protéines qui se lient au minéral guident la croissance cristalline (contrôle par la matrice).

<figure><img src="image_116.png" /></figure>

Rodriguez-Navarro et al., 2000; Nys et al., (2004)

<figure><img src="image_117.png" /></figure>

Images: J.M. Garcia-Ruiz, Granada
# Protéines de la matrice et minéralisation de la coquille

<figure><img src="image_118.png" /></figure>

Initial

<figure><img src="image_119.png" /></figure>

Croissance

<figure><img src="image_120.png" /></figure>

Fluide utérin

Terminal

<figure><img src="image_121.png" /></figure>

Composition variable du fluide utérin au cours du processus de calcification

<figure><img src="image_122.png" /></figure>

Adaptation du contenu organique selon le stade de minéralisation
# Identification des protéines de l'œuf

## Les techniques classiques

* Biochimie (Fractionnement des composés de l'œuf par chromatographie, électrophorèses...) et biologie moléculaire

☐ 2006, environ 50 protéines de l'œuf (10 dans la coquille)

## Les développements récents

* 2004, Publication de la séquence génomique de la poulpe

<figure><img src="image_123.png" /></figure>

* ✓ Genome-wide non redundant catalog of 33 838 different genes

<figure><img src="image_124.png" /></figure>

Mise à disposition des techniques « omics » et des outils de data mining pour identifier de nouvelles protéines de l'œuf

* ✓ cDNA and ESTs libraries (Identification of 600 434 functional genes in chickens)

<figure><img src="image_125.png" /></figure>

Plus de 700 protéines identifiées dans la coquille
# Eggshell proteins and physical defence

## calcification process

* ✓ Proteins involved in the **biomineralization** of shell

* OC-17

* OC-116

* Ovotransferrin

* OCX-32

* Osteopontin

* Lysozyme

Ovotransferrin is a Matrix Protein of the Hen Eggshell Membranes and Basal Calcified Layer

J. GAUTRONª, M.T. HINCKEᵇ, M. PANHELEUXª, J.M. GARCIA-RUIZᶜ, T. BOLDICKEᵈ and Y. NYSª,⁺

<figure><img src="image_126.png" /></figure>

Proteins interact with minerals to influence the morphology of crystals
# Eggshell proteins and physical defence

## calcification process

* ✓ Proteins involved in the **biomineralization** of shell

* OC-17

* OC-116

* Ovotransferrin

* OCX-32

* Osteopontin

* Lysozyme

Angewandte
International Edition Chemie

DOI: 10.1002/anie.201000679

**Biomineralization**

**Structural Control of Crystal Nuclei by an Eggshell Protein**

Colin L. Freeman, John H. Harding, David Quigley, and P. Mark Rodger*

<figure><img src="image_127.png" /></figure>

**Figure 1.** Ovocleidin-17 bound to an amorphous (a) and a crystallized (b) calcium carbonate nanoparticle containing 192 formula units. The
# Eggshell proteins and physical defence

## calcification process

* ✓ Proteins involved in the **biomineralization** of shell

* OC-17

* OC-116

* Ovotransferrin

* OCX-32

* Osteopontin

* Lysozyme

* ✓ **Calcium binding proteins (CaBPs)** to interact with calcium to favour crystal nucleation or drive the morphology of crystals

Identification of numerous novel CaBPs

* A total of 23 proteins with EF-hand and EGF-like calcium binding domains are present in the shell

<figure><img src="image_128.png" /></figure>
# Eggshell proteins and physical defence

## calcification process

* Proteins involved in the **proper folding of the eggshell matrix**

An appropriate conformation of proteins is required to ensure calcium and mineral interactions and to ensure template to the mineralized structure

- Molecular chaperone

- Protein assisting folding

- Proteins with interactive properties related to proteoglycans

* **Regulation of the activity of proteins** related to the shell deposit

Shell mineralisation occurs in a non cellular milieu

In situ by direct action of proteins to inhibit or activate the molecular actors present in the milieu.

- Molecular chaperone which can interact with proteins might be involved in this regulation process.

- Proteases and proteases inhibitors (specific and controlled role during calcification process, either by degrading proteins or regulating processing of proteins into their mature forms)
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Questions ?

A quoi n'avons nous pas répondu ?
# Orientation des recherches et enjeux

## ✓ Socio-économie

- Perception des consommateurs et conséquences sur les schémas de production

- Systèmes avicoles innovants et durables

## ✓ Alimentation poule pondeuse et systèmes d'élevage

- Formulation alimentaire (matière première)

- Alternatives au soja

- Effet de différentes sources alimentaires sur la composition en acides gras (œufs enrichis)

- Allongement de la période de production d'œufs

## ✓ Qualité de l'œuf

- Les nutriments de l'œuf au bénéfice de la santé de l'homme

- Substances bioactives issues de l'œuf et leur utilisation comme moyen de prophylaxie des maladies de civilisation

- Qualité des œufs bio, du point de vue du consommateur et du scientifique
# Orientation des recherches et enjeux

* Sécurité alimentaire (microbiologie et sécurité)

* Contrôle des contaminations bactériennes (selon systèmes de productions, lors de la transformation, lors de la commercialisation, lors de l'utilisation)

* Les campylobacter, les salmonelles, comment s'en protéger ?

* Améliorer les défenses naturelles des œufs.

* Sélection et génétique

* Sélectionner des animaux adaptables pour le bio, pour les pays chauds, pour ???

* Comprendre le génome de la poule

* Propriétés technologiques des œufs et des produits d'œufs

* Les ovoproduits

* Utilisation des Anticorps du jaune

* Utilisation non alimentaire des produits d'œufs

* Valorisation des membranes coquillières
# Orientation des recherches et enjeux

## Video 1, La chimie de l'oeuf

## Video 2 FRPO
# Equipe « Fonction et régulation des protéines de l'œuf »

Coordinateurs: Y. Nys puis J. Gautron

## Caractérisation des défenses naturelles de l'œuf

### I. Analyse exhaustive des protéines de l'œuf

Analyse des constituants moléculaires responsables de la formation et des grandes fonctions biologiques de l'œuf

(Transcriptomique, protéomique, analyse bioinformatique)
J. Gautron, S. Réhault-Godbert, A. Brionne, Y. Nys

### II. Caractérisation fonctionnelle des molécules de l'œuf

* ✓ Défense physique (Biominéralisation) J. Gautron, Y. Nys, A. Brionne

* ✓ Défense physicochimique N. Guyot, Y. Nys, S. Réhault-Godbert

* ✓ Défense moléculaire S. Réhault-Godbert, N. Guyot, J.C. Poirier, M. Chessé

* ✓ Autres activités biologiques S. Réhault-Godbert, N. Guyot, J.C. Poirier, M. Mills

### III. Variabilité des défenses de l'œuf

* ✓ Génétique Y. Nys, J. Gautron

* ✓ Par l'environnement de la poule et de l'œuf N. Guyot, Y. Nys, M. Chessé

* ✓ Au cours du développement embryonnaire S. Réhault-Godbert, M. Mills

Valoriser les molécules issues de l'œuf ou dérivés
Garantir et renforcer la qualité sanitaire des œufs
## II. Caractérisation fonctionnelle des molécules de l'œuf
# Défense physique (biominéralisation de la coquille)

## Déterminants des propriétés mécaniques de la coquille ?

## Apport de la grande quantité de minéraux nécessaires à la formation de la coquille

<figure><img src="image_130.png" /></figure>

Caractérisation des
transporteurs utérins des
précurseurs minéraux de la
coquille

Jonchère et al., 2012, BMC physiology

Brionne et al., 2014, BMC Genomics

Utérus

## Processus de biomineralisation et matrice organique

### Interaction matrice-minéraux

* Mesures physiques in situ

* Mesures in vitro

Thèse P. Marie (2011-2014)

Collaboration université de Grenade (Espagne)

Collaboration université Ottawa

ANR

IMPACT

(2013-2017)

### Caractérisation des Protéines de la matrice organique

* Pintades, poules

* protéomique, NGS
<table><tr><td>I. Analyse exhaustive des protéines</td><td>II. Caractérisation des défenses</td><td>III. Variabilité des défenses</td></tr></table>

Défense moléculaire (protéines antimicrobiennes de l'œuf)

Analyse bioinformatique des protéines antimicrobiennes

90 Protéines potentiellement antimicrobiennes dans les divers compartiments de l'œuf

<figure><img src="image_131.png" /></figure>
Défense moléculaire (protéines antimicrobiennes de l'œuf)

Purification et caractérisation de protéines antimicrobiennes

AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE

ANR

OvoMining
(2009-2012)

INRA, PRC-PAIB, Tours

INRA, ISP, Tours

CBM, CNRS, Orléans

University Ottawa, Canada

OVAX: Protéine liant l'héparine et antibactérienne

☐ Relation structure-fonction

Réhault-Godbert et al., 2013, J Biol Chemistry

<figure><img src="image_132.png" /></figure>

Minimal active concentration of purified OVAX, ovalbumin, and av-BD11 (positive control)

MAC indicates minimum active concentration (corresponding to a 0.5-mm clear zone). Gram+, Gram positive; Gram-, Gram negative.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Bacterial group/strains</th><th colspan="3">MAC (µM) ± S.D.</th></tr><tr><th>AvBD11</th><th>Ovalbumin</th><th>OVAX</th></tr></thead><tbody><tr><td>L. monocytogenes (Gram +)</td><td>0.90 ± 0.83</td><td>>28</td><td>1.90 ± 0.49</td></tr><tr><td>S. aureus ATCC 29740 (Gram -)</td><td>7.73</td><td>>37</td><td>>37</td></tr><tr><td>S. enterica sv. Enteritidis ATCC 13076 (Gram -)</td><td>0.79 ± 0.49</td><td>>51</td><td>10.02 ± 1.36</td></tr><tr><td>E. coli ATCC 25922 (Gram -)</td><td>1.6</td><td>>37</td><td>>37</td></tr></tbody></table>

(12) DEMANDE INTERNATIONALE PUBLIÉE EN VERTU DU TRAITÉ DE COOPÉRATION EN MATIÈRE DE BREVETS (PCT)

(19) Organisation Mondiale de la Propriété Intellectuelle
Bureau international

(43) Date de la publication internationale
8 décembre 2011 (08.12.2011)

<figure><img src="image_133.png" /></figure>

PCT

<figure><img src="image_134.png" /></figure>

(10) Numéro de publication internationale
WO 2011/151407 A1

Ovoinhibiteur

Bourin et al., 2012, J Agric Food Chemistry

Thèse Marie
Bourin (2009-
2012)

Gallin

Hervé et al., 2014, J Biol Chemistry

Autres protéines en cours de caractérisation (pleiotrophine, AvBD-10, VMO-I ...)
<figure><img src="image_135.png" /></figure>

## Medicinal USe of Eggs (MUSE) (2014-2016)

<figure><img src="image_136.png" /></figure>

Région Centre

Crédit incitatif
Phase EGG-Sperm
(2013-2014)

<figure><img src="image_137.png" /></figure>

CBM
Orléans

<figure><img src="image_138.png" /></figure>

INRA
SCIENCE & IMPACT

UR83, UMR-
PRC, ISP

Nouz

<figure><img src="image_139.png" /></figure>

Tours

« Ambition Recherche
Développement 2020 »
Biomédicaments

DR MufoPAM (2014-2018) (multifonction des peptides antimicrobiens)

Potentiel d'utilisation et de valorisation des molécules à activités biologiques identifiées

<figure><img src="image_140.png" /></figure>
I. Analyse exhaustive des protéines

II. Caractérisation des défenses

III. Variabilité des défenses

Par l'environnement de la poule et de l'œuf

<figure><img src="image_141.png" /></figure>

Adaptation des conditions d'élevage (pondeuses, reproductrices)
Par l'environnement de la poule et de l'œuf

<figure><img src="image_142.png" /></figure>

Bedrani et al., 2012, Veterinary immunology and immunopathology

Bedrani et al., 2013, BMC Microbiology
Par l'environnement de la poule et de l'œuf

INRA, STLO, Rennes
INRA, UE-PEAT, Tours
INRA, PAIB-PRC, Tours
ITAVI

Projet ELIPSE : Enhance the Level of Internal Protections of Shell Eggs

<figure><img src="image_143.png" /></figure>

Soumis à l'ANR en 2014
# Equipe Fonction et Régulation des Protéines de l'Œuf

## Analyse exhaustive des protéines de l'œuf

## Caractérisation fonctionnelle des molécules de l'oeuf

## Variabilité des défenses

## Compétences

- Physiologie aviaire

- Zootechnie

- Biominéralisation

- Transcriptomique

- Analyse bioinformatique

- Biologie moléculaire

- Techniques séparatives

- Biochimie

- Activités antimicrobiennes

## Contributions

- Enseignement, expertise (ANR, comités éditoriaux...)

- Organisation de congrès (JRA, WPSA, JFBTM...)

- Vice-présidence de la branche européenne de la WPSA

- Sociétés savantes (WPSA, SFBTM, GDR...)

- Activité de conseil en alimentation de la poule pondeuse, qualité de l'œuf

- Edition (productions animales, livre woodhead...)

- Membre comité d'experts spécialisés

## Approches Globales

- Transcriptomique, Bioinformatique

- INRA, Sigenae

- INRA, CRB GADIE, Jouy en Josas

- INRA UMR 0444 LGC, Toulouse

- Analyses protéomiques

- INRA, PRC, PAIB, Tours

- Max Planck, Allemagne

## Biominéralisation

- Protéines de la coquille

- Université d'Ottawa, Canada

- Analyses texturales-Interactions matrice-minéraux

- Université de Grenade, Espagne

## Défense moléculaire

- Structure, fonction

- INRA-PRC, Tours

- CNRS, CBM Orléans

- INSERM, CEPR, TOURS

- Activités antimicrobiennes

- INRA, ISP, Tours

- INRA, Agrocampus, STLO, Rennes

## Variabilité des systèmes

- Génétique

- INRA, SAQSE, UR83, Tours

- Roslin Institute, Ecosse

- MTT, Finlande
# Moyens, appels d'offres, thèses

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