Knækkende æggeskals nanostruktur:Ny opdagelse kan have vigtige konsekvenser for fødevaresikkerheden

Hvordan er det, at befrugtede hønseæg formår at modstå brud udefra, samtidig med at er svage nok til at bryde indefra under udklækning af kyllinger? Det er alt i æggeskallets nanostruktur, ifølge en ny undersøgelse ledet af forskere ved McGill University.

Fundene, rapporteret i dag i Videnskab fremskridt , kunne få vigtige konsekvenser for fødevaresikkerheden i agroindustrien.

Fugle har nydt godt af millioner af års udvikling for at lave den perfekte æggeskal, en tynd, beskyttende biomineraliseret kammer til embryonisk vækst, der indeholder alle de næringsstoffer, der kræves til vækst af en babyunge. Skallen, ikke er for stærk, men heller ikke for svag (at være "lige tilpas" kan Goldilocks sige), er modstandsdygtig over for brud, indtil det er tid til klækning.

Men hvad er det egentlig, der giver fugleægskal disse unikke egenskaber?

At finde ud af, Marc McKees forskerhold i McGills tandlægefakultet, sammen med Richard Chromiks gruppe i teknik og andre kolleger, brugte nye prøveforberedelsesteknikker til at afsløre æggeskallernes indre for at studere deres molekylære nanostruktur og mekaniske egenskaber.

"Æggeskaller er notorisk vanskelige at studere med traditionelle midler, fordi de let går i stykker, når vi forsøger at lave et tyndt stykke til billeddannelse ved hjælp af elektronmikroskopi, "siger McKee, som også er professor i McGills afdeling for anatomi og cellebiologi.

"Takket være et nyt fokuseret ionstrålesnitingssystem, der for nylig blev opnået af McGills Facility for Electron Microscopy Research, vi var i stand til præcist og tyndt at skære prøven og forestille os det indre af skallen. "

Æggeskaller er lavet af både uorganisk og organisk stof, dette er calciumholdige mineraler og rigelige proteiner. Kandidatstuderende Dimitra Athanasiadou, undersøgelsens første forfatter, fundet ud af, at en faktor, der bestemmer skalstyrken, er tilstedeværelsen af ​​nanostruktureret mineral forbundet med osteopontin, et æggeskalprotein, der også findes i sammensatte biologiske materialer såsom knogler.

Et indblik i ægbiologi

Resultaterne giver også indsigt i biologien og udviklingen af ​​kyllingembryoner i befrugtede og inkuberede æg. Æg er tilstrækkeligt hårde, når de lægges og under yngling til at beskytte dem mod at gå i stykker. Når ungen vokser inde i æggeskallen, det har brug for calcium for at danne sine knogler. Under æg inkubation, den indre del af skallen opløses for at tilvejebringe denne mineralionforsyning, samtidig med at den svækker skallen nok til at blive brudt af den udklækkede kylling. Ved hjælp af atomkraftmikroskopi, og elektron- og røntgenbillede metoder, Professor McKees team af samarbejdspartnere fandt ud af, at dette dobbeltfunktionsforhold er muligt takket være små ændringer i skalets nanostruktur, der opstår under æginkubation.

I parallelle forsøg, forskerne var også i stand til at genskabe en nanostruktur svarende til den, de opdagede i skallen ved at tilføje osteopontin til mineralkrystaller dyrket i laboratoriet. Professor McKee mener, at en bedre forståelse af proteiners rolle i forkalkningshændelserne, der driver æggeskallets hærdning og styrke gennem biomineralisering, kan have vigtige konsekvenser for fødevaresikkerheden.

"Omkring 10-20% af kyllingæg går i stykker eller revner, hvilket øger risikoen for salmonellaforgiftning, "siger McKee." At forstå, hvordan mineral nanostruktur bidrager til skalstyrken, vil gøre det muligt at udvælge genetiske egenskaber hos æglæggende høner for at producere konsekvent stærkere æg for øget fødevaresikkerhed. "