Onderzoekers van de Universiteit van Saskatchewan hebben ontdekt dat chemicaliën die gewoonlijk worden gebruikt om monsters te beschermen in synchrotron-experimenten, daadwerkelijk helpen om die monsters te beschadigen. mogelijk misleidende wetenschappers over de hele wereld.

"Vanwege deze ontdekking, we hebben de manier waarop we in ons lab werken veranderd, en we hopen de manier waarop andere mensen werken te veranderen, " zei Kurt Nienaber, een doctoraat kandidaat bij de afdeling Geologische Wetenschappen en hoofdauteur van het onderzoek.

De bevindingen, gepubliceerd in een recent nummer van de Journal of Physical Chemistry Letters door onderzoekers van het College of Arts and Science en het College of Medicine, zijn van toepassing op röntgenabsorptiespectroscopie en eiwitkristallografie:belangrijke op röntgenstraling gebaseerde methoden die worden gebruikt om de structuren van moleculen te begrijpen.

Bij deze technieken materiemonsters worden bestraald met een bundel röntgenstralen, typisch van een synchrotron-lichtbron. Uit de interacties tussen de röntgenstralen en de monsters, wetenschappers leren gedetailleerde informatie over de posities van atomen in biologische moleculen en leiden af ​​hoe deze moleculen werken in levende wezens.

Om de delicate monsters te beschermen tegen bevriezingsschade bij de extreem lage temperaturen die nodig zijn voor de experimenten, chemicaliën genaamd cryoprotectanten worden toegevoegd. Maar er is een risico op een ander soort schade bij het onderwerpen van monsters aan intense röntgenstralen; de straling kan chemische veranderingen in de monsters veroorzaken via een proces dat fotoreductie wordt genoemd.

Bij synchrotron-röntgenonderzoek wordt een kleine hoeveelheid fotoreductie verwacht. Maar de U of S-onderzoekers ontdekten dat het behandelen van monsters met gewone cryoprotectanten zoals glycerol een onverwachte bijwerking heeft.

"Het blijkt dat het toevoegen van bepaalde cryoprotectanten het probleem van fotoreductie eigenlijk veel erger maakte, " zei Nienaber. "Deze chemische verandering gebeurde met een tienvoudige snelheid toen we de glycerol introduceerden. Dus dat was best een verrassing voor ons."

De transformatie kan gemakkelijk over het hoofd worden gezien, wat betekent dat in veel gevallen wetenschappers die röntgentechnieken gebruiken "niet bestuderen wat ze denken te bestuderen, " zei Graham George, hoogleraar geologische wetenschappen, Canada onderzoeksleerstoel in röntgenabsorptiespectroscopie, en Nienaber's Ph.D. leidinggevende.

George was co-auteur van het artikel, samen met professor en Canada Research Chair in Molecular Environmental Science Ingrid Pickering en onderzoeksmedewerkers Jake Pushie en Julien Cotelesage.

De ontdekking zou grote gevolgen kunnen hebben voor de vele takken van wetenschap waarin eiwitkristallografie een cruciaal hulpmiddel is, inclusief medicijnen.

"In principe, bijna elke moderne geneeskunde ontwikkeling, elk nieuw medicijn, bevat een component van eiwitkristallografie, "zei Joris.

Het verkrijgen van nauwkeurige informatie is essentieel in dit werk. Als onderzoekers die een nieuw medicijn ontwikkelden zich niet realiseerden dat ze naar een fotogereduceerd monster keken, George zei, "We zouden onszelf mogelijk misleiden. Misschien zouden we uiteindelijk de verkeerde leiding volgen, en we zouden er niet in slagen om een ​​effectief medicijn te produceren."

De ontdekking betekent niet dat de resultaten van kristallografieonderzoek worden weggegooid, die "nog steeds ongelooflijk nuttig zijn, "zei George. Maar in veel gevallen, onderzoekers moeten misschien teruggaan en hun bevindingen opnieuw onderzoeken.

Gewapend met deze nieuwe kennis dat cryoprotectanten een addertje onder het gras hebben, wetenschappers zullen in staat zijn om het probleem te corrigeren. De Amerikaanse onderzoekers hebben al manieren gevonden om het probleem te verminderen - zoals het toevoegen van verbindingen die beschermen tegen de schade of het verminderen van de hoeveelheid straling die elk gebied van een monster treft - en zullen binnenkort hun methoden publiceren.

De teamleden hebben zelfs een praktisch nut voor de ontdekking gevonden. Ze zijn begonnen een combinatie van röntgenstralen en cryoprotectanten te gebruiken als een hulpmiddel om reacties te veroorzaken in experimenten waarbij een fotogereduceerd monster nodig is.

"Met alles wat we leren, we denken altijd:kunnen we hier op de een of andere manier van profiteren?" zei George.