University of Saskatchewan forskare har funnit att kemikalier som vanligtvis används för att skydda prover i synkrotronexperiment faktiskt hjälper till att skada dessa prover, potentiellt vilseledande forskare runt om i världen.

"På grund av denna upptäckt, vi har ändrat hur vi fungerar i vårt labb, och vi hoppas kunna förändra hur andra människor fungerar, sade Kurt Nienaber, en Ph.D. kandidat vid institutionen för geologiska vetenskaper och huvudförfattare på forskningen.

Resultaten, publicerat i ett nyligen utgåva av Journal of Physical Chemistry Letters av forskare från College of Arts and Science och College of Medicine, gäller röntgenabsorptionsspektroskopi och proteinkristallografi:viktiga röntgenbaserade metoder som används för att förstå molekylers strukturer.

I dessa tekniker, prover av materia sprängs med en stråle av röntgenstrålar, typiskt från en synkrotronljuskälla. Från interaktionerna mellan röntgenstrålar och prover, forskare lär sig detaljerad information om atomernas positioner i biologiska molekyler och härleder hur dessa molekyler fungerar i levande varelser.

För att skydda de ömtåliga proverna från frysskador vid de extremt låga temperaturer som experimenten kräver, kemikalier som kallas kryoskyddsmedel tillsätts. Men det finns risk för en annan typ av skada när prover utsätts för intensiva röntgenstrålar; strålningen kan orsaka kemiska förändringar i proverna genom en process som kallas fotoreduktion.

En liten mängd fotoreduktion förväntas inom synkrotronröntgenforskning. Men U of S-forskarna fann att behandling av prover med vanliga kryoskyddsmedel som glycerol har en oväntad bieffekt.

"Det visar sig att tillsats av vissa kryoskyddsmedel faktiskt gjorde problemet med fotoreduktion mycket värre, ”, sade Nienaber. ”Denna kemiska förändring skedde med en tiofaldig hastighet när vi introducerade glycerolen. Så det var en ganska överraskning för oss."

Förvandlingen kan vara lätt att förbise, vilket innebär att forskare som använder röntgenteknik i många fall kanske "inte studerar vad de tror att de studerar, sa Graham George, professor i geologiska vetenskaper, Kanada forskarstol i röntgenabsorptionsspektroskopi, och Nienabers Ph.D. handledare.

George var medförfattare till uppsatsen tillsammans med professorn och Kanadas forskningsprofessor i molekylär miljövetenskap Ingrid Pickering och forskningsmedarbetarna Jake Pushie och Julien Cotelesage.

Upptäckten kan få stora konsekvenser för de många vetenskapsgrenarna där proteinkristallografi är ett avgörande verktyg, inklusive medicin.

"I grund och botten, nästan varje modern medicinutveckling, varje nytt läkemedel, har en komponent av proteinkristallografi i sig, " sa George.

Att få korrekt information är avgörande i detta arbete. Om forskare som utvecklade ett nytt läkemedel inte insåg att de tittade på ett fotoreducerat prov, George sa, "vi skulle potentiellt vilseleda oss själva. Kanske skulle vi hamna på fel spår, och vi skulle misslyckas med att producera ett effektivt läkemedel."

Upptäckten kommer inte att innebära att man kastar bort tidigare kristallografiska forskningsresultat, som fortfarande är otroligt användbara, sade George. Men i många fall, forskare kan behöva gå tillbaka och ompröva sina resultat.

Beväpnad med denna nya kunskap att kryoskyddsmedel kommer med en hake, forskare kommer att kunna korrigera problemet. USA:s forskare har redan hittat sätt att mildra problemet - som att lägga till föreningar som skyddar mot skadan eller minska mängden strålning som träffar varje område av ett prov - och kommer snart att publicera sina metoder.

Teammedlemmarna har till och med hittat en praktisk användning för upptäckten. De har börjat använda en kombination av röntgenstrålar och kryoskyddsmedel som ett verktyg för att orsaka reaktioner i experiment där ett fotoreducerat prov behövs.

"Med allt vi lär oss, vi tänker alltid:kan vi dra nytta av det här på något sätt?" sa George.