배아의 성장에 따라 강도가 변하는 달걀 구조의 비밀이 분자 차원에서 규명됐다. 게티이미지뱅크 제공.
수정란의 배아가 새끼로 태어날 때까지 포유류는 뱃속에서 장기간 보호하며 양분과 산소를 공급한다. 알을 낳는 파충류는 몸 밖에서 배아를 기른다. 알은 배아를 돌보는 인큐베이터 구실을 한다. 알을 통한 번식은 수억 년 전 공룡시대에 이미 진화했고, 오늘날 그 후예인 새들에 이어진다.
새의 알은 당연해 보이지만 그 기능은 신비롭고 구조는 잘 알려지지 않았다. 어미가 알을 낳을 때, 수정란과 배아의 영양분을 담은 알 주머니는 난관을 지나면서 순식간에 단단한 탄산칼슘 껍질로 굳는다. 자연계에서 가장 빠른 광물화 과정이다.
낳은 알의 껍데기는 아주 얇지만 어미가 올라타 품어도 깨지지 않을 만큼 충분히 강하다. 하지만 배아가 자라 새끼가 깨어날 때쯤이면 연약한 부리의 돌기로도 깰 수 있을 만큼 약해져 있다. 알껍데기 구조의 비밀을 분자 차원에서 규명한 연구가 나왔다.
달걀 껍데기의 나노구조. 단백질 함량에 따라 구조의 형태가 다르며 배아의 성장에 따라 달라진다. 마크 맥키 제공.
마크 맥키 캐나다 맥길대 교수 등 국제연구진은 달걀 껍데기의 나노구조를 원자힘 현미경(AFM)과 엑스선 단층촬영 등 첨단기술을 이용해 분석한 결과를 31일 치 과학저널 ‘사이언스 어디밴시스’에 실린 논문에서 밝혔다.
달걀 껍데기는 95%가 탄산칼슘이고 유기물은 3.5%를 차지한다. 껍질의 무기물을 결합하는 구실을 하는 게 오스테오폰틴(OPC)이란 단백질이다. 연구자들은 껍질의 미세 구조를 조사한 결과 달걀 껍데기가 나노구조의 입자 크기가 다른 3개 층으로 이뤄졌음을 알았다.
나노구조의 크기를 결정하는 것은 오스테오폰틴 단백질의 농도로, 이 단백질이 많을수록 작은 나노구조가 만들어졌고 그럴수록 강도가 커졌다. 달걀의 가장 바깥 껍질은 가장 작은 입자의 나노구조로 돼 있어 가장 단단했다.
달걀 껍데기의 나노구조. OPN 단백질이 없는 대조군(왼쪽), 단백질이 적을 때(가운데), 많을 때. OPN 단백질이 많을수록 나노구조 입자가 작고 강도가 강해진다. 마크 맥키 제공.
흥미로운 건, 달걀 속의 배아가 자라 병아리로 성장하면서 안쪽 알껍데기의 광물질 이온이 녹아난다는 사실이다. 연구자들은 안 껍질에서 녹은 칼슘과 인 이온이 병아리의 뼈대를 형성하는 데 쓰이며, 동시에 껍질의 강도를 약화해 병아리가 다 컸을 즈음엔 알껍데기가 쉽게 깨지도록 한다는 사실을 밝혔다.
연구자들은 실험실에서 광물 결정에 오스테오폰틴 단백질을 추가해 알껍데기를 키우는 데 성공했다. 맥키 교수는 이 발견이 식품 안전에 기여할 것으로 기대한다.
달걀의 정교한 구조와 기능이 밝혀지고 있다. 이를 잘 이해하면 식품 안전에도 기여할 것으로 기대된다. 마크 맥키 제공.
그는 “달걀의 10∼20%가 깨지거나 금이 가 살모넬라 감염 위험이 커진다”며 “알껍데기의 나노구조가 껍질의 강도를 어떻게 높이는지 알게 되면 (오스테오폰틴 단백질을 합성하는) 산란계의 유전형질을 선택해 훨씬 껍질이 단단한 알을 생산해 식품 안전을 향상할 수 있다”고 이 대학 보도자료에서 말했다.
■ 기사가 인용한 논문 원문 정보:
D. Athanasiadou et al, Nanostructure, osteopontin, and mechanical properties of calcitic avian eggshell, Sci. Adv. 2018;4: eaar3219.