Nature 推薦閱讀 | 肝到頭禿也無法重復實驗結果…這5個要點有人告訴過你嗎?
本文作者：Monya Baker
Nature 597, 293-294 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02428-3
插圖由 The Project Twins 提供
每位實驗室研究人員或許都曾有過這種噩夢般的經歷。他們花費了五個月甚至五年時間，卻突然發現自己的操作步驟只需要5分鐘就能完成。也許是因為擁擠的細胞在培養皿之間分裂時，實驗人員正在渦旋檢測板?；蛘呤且驗槌霭娴膒rotocol說要洗滌樣本一次，加熱三次，但實際卻正好相反，以至于按照protocol操作卻破壞了樣本。
弗吉尼亞州夏洛茨維爾開放科學中心研究主任 Tim Errington 認為這樣的調查結果一點也不奇怪；Tim Errington 專門負責可重復性項目：Cancer Biology (RP:CB)，該項目于 2013 年啟動，旨在重現著名腫瘤生物學論文的結果。Errington 認為，實驗方法得不到充分解釋主要有兩個原因。一是缺乏對提升解釋描述能力的激勵或培訓。二是研究人員認為每個人的工作方式都一樣，忽略了關鍵細節。他說，“標準”這個詞給這類想法傳達了一個危險信號。“沒有標準方案這種東西：只能算是你的實驗室標準。”
圖片來源于：?Five keys to writing a reproducible lab protocol (nature.com)
加利福尼亞州帕洛阿爾托 Science Exchange 公司首席執行官 Elizabeth Iorns 表示，這種狀況正在改善；她曾協助啟動 RP: CB 項目，她所在的公司提供研究外包服務。“人們可使用的文檔和工具有了長足改進，”她說，“實現實驗和數據收集的自動化也大有裨益，人們越發意識到準確描述試劑的必要性。”
Errington 提醒道，這類工具只有在得到廣泛使用之后才會在可重復性方面產生影響。“雖然我們已經擁有了這類工具，但是還沒有系統化，也沒有得到回報。”
那些提倡改進研究的人們認為，要提高方法溝通的準確性，就需要改變思維方式和工作流程。下文提供了一些有用的策略。
01
至少從第一天就開始思考如何分享您的實驗方法。過去五年中，包括《自然》在內的幾家知名期刊的出版商都提高了各自在論文中詳細描述實驗過程的要求。許多出版商鼓勵將實驗方法存入資源庫，例如 Nature Portfolio 的?Protocol Exchange、?protocols.io 或?Bio-protocol。加州伯克利 protocol.io 平臺首席執行官 Lenny Teytelman 表示，如果研究人員在提交手稿的時候再收集實驗細節，就會更加倉促，容易遺漏。而一邊完成實驗，一邊記錄信息“會讓你更輕松”。
02
2014 年，馬薩諸塞州波士頓丹娜法伯癌癥研究院乳腺癌研究員 Kornelia Polyak 證實了分享方法有多難?（W. C. Hines et al. Cell Rep. 6, 779–781; 2014）。她與她在加利福尼亞州的合作者使用相同的樣本和試劑開展了流式細胞術實驗，并且廣泛討論了實驗方法，但是得到的結果卻迥然不同。他們參觀了彼此的實驗室，發現這是因為：消化腫瘤組織時，一組采用的方法是劇烈振搖 6-8 小時，而另一組則是搖床輕搖 18-24 小時。如果兩個團隊改用同一輕搖方法，則結果一致?，F在，Polyak 的實驗室制作了一些日常使用視頻，供新實驗室成員在開始某些實驗前觀看。
總部位于馬薩諸塞州劍橋市的?Journal of Visualized Experiments 雜志讓研究人員提交實驗方法的文字描述，供同行評審。如果實驗方法得到同行認可，該期刊會安排一個攝制組花一天時間將實驗拍攝并編輯成短視頻，時長通常在 8-15 分鐘。2006 年創辦該期刊的 Moshe Pritsker 表示，研究人員這樣做不僅是為了得到同行對其工作的認可，也是為了說服其他人采用他們的方法，并擴展到其他領域。
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Errington 認為，時間線和示意圖同樣重要。在他整理的一項重復研究中，原作者、評審員和重復者深入開展了書面溝通，并就重復方案達成一致意見，結果卻發現小鼠病情過重，無法完成實驗?（K. Eaton et al. eLife 7, e34364; 2018）。事實證明，如果對時間點的描述不夠清晰，重復者開始測定的時間就會比原實驗者延后數周。Errington 說，有了流程圖，我們從一開始就能避免這種問題。
他說，有些工具可以幫助解決這個問題。例如，英國國家動物實驗替代、優化和減少中心?Experimental Design Assistant是一個幫助研究人員規劃動物研究的網絡平臺。在工作開始前，這個平臺會捕獲報告要求，并以清晰的圖表形式顯示這些要求。但是，研究人員往往會忽略圖表，重點關注文字描述。
Errington 呼吁研究人員在規劃和開展實驗時少考慮冗長的實驗方案，多考慮使用在線工具，以便共享信息。（他說，這樣做還有一個好處是，可以利用這些工具鑒別孰優孰劣，例如不起作用的市售試劑，這類信息很難通過其他方式獲得。）他還指出，共享數據的平臺也可以共享方法：如 Zenodo、GitHub 或 Figshare 等電子實驗室筆記本或資源庫。問題只是在于是否認可這樣做的必要性。
03
柏林健康研究所電子實驗室筆記本（ELN）項目負責人 Ingo Przesdzing 表示，ELN 正是鏈接到實驗室方案、詳細試劑信息、相關實驗或其他必要實驗信息所需要的的平臺。他說，相較傳統的書面文檔，ELN 能夠更加高效地捕獲關鍵細節，而且 ELN 提供標記實驗是否有效的工具，可以幫助共享實驗信息和解答疑難問題。但是，人們要接受適當的培訓，才能體會到 ELN 帶來的好處，否則，他們使用 ELN 時就會像使用一本紙質書一樣，感受不到數字解決方案的優勢。
英國劍橋 Gurdon 研究所信息技術主管 Alastair Downie曾幫助當地的實驗室小組使用 ELN，他說，電子實驗室和研究筆記本還有助于統一實驗方法，保存相關記錄，同時促進實驗的靈活開展。他還稱，準備好合適的模板可以讓溝通變得更加簡單。“它會成為一個很大的優勢；能夠清除溝通的障礙。”
04
因為同事給錯了細胞系或試劑而導致實驗出現問題的情況已屢見不鮮。目前，弗吉尼亞州馬納薩斯的?ATCC、馬薩諸塞州沃特敦的?Addgene 和緬因州巴爾港的? Jackson Laboratory 等組織機構負責把關，先分別對細胞系、質粒和基因工程小鼠進行質量檢查，再分發給其他研究人員。包括《自然》在內的許多期刊均要求研究人員將研究材料存放在此類機構的資源庫中。這樣可以減輕實驗室分發材料的負擔，還能確保其他研究人員在合理時間內收到優質材料。
圖片來源于：?Five keys to writing a reproducible lab protocol (nature.com)
還有一些工具可以采用標準化的方式記錄市售試劑。例如，?Resource Identification Initiative 給每種試劑都分配了唯一標識符，即使公司倒閉或修改其目錄號，這些標識符也不會發生變化；包括《自然》在內的 600 多種期刊鼓勵使用這些標識符。舉例來講，標識符可用于填充實驗室筆記本中的字段，或導出到實驗過程的手稿中，從而簡化研究記錄、疑難解答和可重復性問題。
Polyak 說，在提高可重復性方面，人們經常會忽視的一項策略是，理解每一步背后的基本原理。只有這樣，研究人員才能解決他們實驗室特有的問題。她說，現成的試劑盒削弱了這種推理能力。波士頓哈佛醫學院單細胞核心實驗室主任 Luciano Martelotto 說，就可重復性而言，一個好的實驗方案“會給你提供足夠的細節”。但是，一個真正優秀的實驗方案會幫助研究人員理解每個步驟，再比如說，為什么使用這種 RNA 抑制劑，而不是用另外一種。
05
Martelotto 說，新興方法-共享工具最大的優勢之一在于它們如何有效分享技巧和擴展對話的方式。他用 protocols.io 創建了一個名為?Single Cell Ninjas 的群，旨在幫助其他研究人員開展單細胞研究。他說，更新、糾正和交流實驗方法正在成為一項科學規范。
Benjamin Schwessinger 在堪培拉澳大利亞國立大學研究植物與微生物間的相互作用，并協助發起了一項名為? Reproducibility for Everyone 的倡議，旨在幫助研究人員共享方法和數據。他說，研究人員更愿意對實驗方案提出問題，可能是因為實驗方案看上去沒有論文正式。Schwessinger 說，跟他談論實驗方案的人比論文要多，即便他們只是為了感謝他發布這些實驗方案，并且解釋他們針對不同生物所做的修改。人們在 protocols.io 和社交媒體上評論他的實驗方案時，他可以收到提醒。“人與人之間的互動是自然而然的，”Schwessinger 說，“你只需要給它創建一個社區。”