Hoe komt het dat bevruchte kippeneieren erin slagen om breuk van buitenaf te weerstaan, ondertussen op het zelfde moment, zijn zwak genoeg om van binnenuit te breken tijdens het uitkomen van de kuikens? Het zit allemaal in de nanostructuur van de eierschaal, volgens een nieuwe studie onder leiding van wetenschappers van McGill University.

De bevindingen, vandaag gemeld in wetenschappelijke vooruitgang , belangrijke gevolgen kunnen hebben voor de voedselveiligheid in de agro-industrie.

Vogels hebben geprofiteerd van miljoenen jaren van evolutie om de perfecte eierschaal te maken, een dunne, beschermende biogemineraliseerde kamer voor embryonale groei die alle voedingsstoffen bevat die nodig zijn voor de groei van een babykuiken. De schelp, niet te sterk zijn, maar ook niet te zwak ('precies goed' zou Goudlokje kunnen zeggen), is bestand tegen breuk totdat het tijd is om uit te komen.

Maar wat geeft eierschalen van vogels precies deze unieke eigenschappen?

Er achter komen, Marc McKee's onderzoeksteam in McGill's faculteit tandheelkunde, samen met Richard Chromik's groep in Engineering en andere collega's, gebruikte nieuwe monstervoorbereidingstechnieken om het binnenste van de eierschalen bloot te leggen om hun moleculaire nanostructuur en mechanische eigenschappen te bestuderen.

"Eierschalen zijn notoir moeilijk te bestuderen met traditionele middelen, omdat ze gemakkelijk breken als we een dun plakje proberen te maken voor beeldvorming door elektronenmicroscopie, " zegt McKee, die ook een professor is in McGill's Department of Anatomy and Cell Biology.

"Dankzij een nieuw systeem voor het snijden van gerichte ionenbundels dat onlangs is verkregen door McGill's Facility for Electron Microscopy Research, we waren in staat om het monster nauwkeurig en dun te snijden en de binnenkant van de schaal af te beelden."

Eierschalen zijn gemaakt van zowel anorganisch als organisch materiaal, dit zijn calciumbevattende mineralen en overvloedige eiwitten. Afstudeerstudent Dimitra Athanasiadou, de eerste auteur van de studie, ontdekte dat een factor die de sterkte van de schaal bepaalt, de aanwezigheid is van nanogestructureerde mineralen geassocieerd met osteopontine, een eierschaaleiwit dat ook voorkomt in samengestelde biologische materialen zoals bot.

Een kijkje in de eierbiologie

De resultaten geven ook inzicht in de biologie en ontwikkeling van kippenembryo's in bevruchte en bebroede eieren. Eieren zijn tijdens het leggen en tijdens het broeden voldoende hard om te voorkomen dat ze breken. Terwijl het kuiken in de eierschaal groeit, het heeft calcium nodig om zijn botten te vormen. Tijdens het broeden van eieren, het binnenste gedeelte van de schaal lost op om deze minerale ionentoevoer te verschaffen, terwijl tegelijkertijd de schaal voldoende verzwakt is om door het uitbroedende kuiken te worden gebroken. Met behulp van atoomkrachtmicroscopie, en elektronen- en röntgenbeeldvormingsmethoden, Professor McKee's team van medewerkers ontdekte dat deze relatie met twee functies mogelijk is dankzij minieme veranderingen in de nanostructuur van de schaal die optreden tijdens het broeden van eieren.

Bij parallelle experimenten, de onderzoekers waren ook in staat om een ​​nanostructuur opnieuw te creëren die vergelijkbaar was met die welke ze in de schaal ontdekten door osteopontine toe te voegen aan minerale kristallen die in het laboratorium werden gekweekt. Professor McKee is van mening dat een beter begrip van de rol van eiwitten in de verkalkingsgebeurtenissen die de verharding en sterkte van de eierschaal door biomineralisatie mogelijk maken, belangrijke implicaties zou kunnen hebben voor de voedselveiligheid.

"Ongeveer 10-20% van kippeneieren breken of barsten, wat het risico op salmonellavergiftiging verhoogt, ", zegt McKee. "Als we begrijpen hoe de minerale nanostructuur bijdraagt ​​aan de sterkte van de schaal, kunnen de genetische eigenschappen van legkippen worden geselecteerd om consequent sterkere eieren te produceren voor een betere voedselveiligheid."