Nature 推荐阅读 | 肝到头秃也无法重复实验结果…这5个要点有人告诉过你吗?
本文作者：Monya Baker
Nature 597, 293-294 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02428-3
插图由 The Project Twins 提供
每位实验室研究人员或许都曾有过这种噩梦般的经历。他们花费了五个月甚至五年时间，却突然发现自己的操作步骤只需要5分钟就能完成。也许是因为拥挤的细胞在培养皿之间分裂时，实验人员正在涡旋检测板。或者是因为出版的protocol说要洗涤样本一次，加热三次，但实际却正好相反，以至于按照protocol操作却破坏了样本。
弗吉尼亚州夏洛茨维尔开放科学中心研究主任 Tim Errington 认为这样的调查结果一点也不奇怪；Tim Errington 专门负责可重复性项目：Cancer Biology (RP:CB)，该项目于 2013 年启动，旨在重现著名肿瘤生物学论文的结果。Errington 认为，实验方法得不到充分解释主要有两个原因。一是缺乏对提升解释描述能力的激励或培训。二是研究人员认为每个人的工作方式都一样，忽略了关键细节。他说，“标准”这个词给这类想法传达了一个危险信号。“没有标准方案这种东西：只能算是你的实验室标准。”
图片来源于：☞Five keys to writing a reproducible lab protocol (nature.com)
加利福尼亚州帕洛阿尔托 Science Exchange 公司首席执行官 Elizabeth Iorns 表示，这种状况正在改善；她曾协助启动 RP: CB 项目，她所在的公司提供研究外包服务。“人们可使用的文档和工具有了长足改进，”她说，“实现实验和数据收集的自动化也大有裨益，人们越发意识到准确描述试剂的必要性。”
Errington 提醒道，这类工具只有在得到广泛使用之后才会在可重复性方面产生影响。“虽然我们已经拥有了这类工具，但是还没有系统化，也没有得到回报。”
那些提倡改进研究的人们认为，要提高方法沟通的准确性，就需要改变思维方式和工作流程。下文提供了一些有用的策略。
01
至少从第一天就开始思考如何分享您的实验方法。过去五年中，包括《自然》在内的几家知名期刊的出版商都提高了各自在论文中详细描述实验过程的要求。许多出版商鼓励将实验方法存入资源库，例如 Nature Portfolio 的☞Protocol Exchange、☞protocols.io 或☞Bio-protocol。加州伯克利 protocol.io 平台首席执行官 Lenny Teytelman 表示，如果研究人员在提交手稿的时候再收集实验细节，就会更加仓促，容易遗漏。而一边完成实验，一边记录信息“会让你更轻松”。
02
2014 年，马萨诸塞州波士顿丹娜法伯癌症研究院乳腺癌研究员 Kornelia Polyak 证实了分享方法有多难☞（W. C. Hines et al. Cell Rep. 6, 779–781; 2014）。她与她在加利福尼亚州的合作者使用相同的样本和试剂开展了流式细胞术实验，并且广泛讨论了实验方法，但是得到的结果却迥然不同。他们参观了彼此的实验室，发现这是因为：消化肿瘤组织时，一组采用的方法是剧烈振摇 6-8 小时，而另一组则是摇床轻摇 18-24 小时。如果两个团队改用同一轻摇方法，则结果一致。现在，Polyak 的实验室制作了一些日常使用视频，供新实验室成员在开始某些实验前观看。
总部位于马萨诸塞州剑桥市的☞Journal of Visualized Experiments 杂志让研究人员提交实验方法的文字描述，供同行评审。如果实验方法得到同行认可，该期刊会安排一个摄制组花一天时间将实验拍摄并编辑成短视频，时长通常在 8-15 分钟。2006 年创办该期刊的 Moshe Pritsker 表示，研究人员这样做不仅是为了得到同行对其工作的认可，也是为了说服其他人采用他们的方法，并扩展到其他领域。
图片来源于：☞Five keys to writing a reproducible lab protocol (nature.com)
Errington 认为，时间线和示意图同样重要。在他整理的一项重复研究中，原作者、评审员和重复者深入开展了书面沟通，并就重复方案达成一致意见，结果却发现小鼠病情过重，无法完成实验☞（K. Eaton et al. eLife 7, e34364; 2018）。事实证明，如果对时间点的描述不够清晰，重复者开始测定的时间就会比原实验者延后数周。Errington 说，有了流程图，我们从一开始就能避免这种问题。
他说，有些工具可以帮助解决这个问题。例如，英国国家动物实验替代、优化和减少中心☞Experimental Design Assistant是一个帮助研究人员规划动物研究的网络平台。在工作开始前，这个平台会捕获报告要求，并以清晰的图表形式显示这些要求。但是，研究人员往往会忽略图表，重点关注文字描述。
Errington 呼吁研究人员在规划和开展实验时少考虑冗长的实验方案，多考虑使用在线工具，以便共享信息。（他说，这样做还有一个好处是，可以利用这些工具鉴别孰优孰劣，例如不起作用的市售试剂，这类信息很难通过其他方式获得。）他还指出，共享数据的平台也可以共享方法：如 Zenodo、GitHub 或 Figshare 等电子实验室笔记本或资源库。问题只是在于是否认可这样做的必要性。
03
柏林健康研究所电子实验室笔记本（ELN）项目负责人 Ingo Przesdzing 表示，ELN 正是链接到实验室方案、详细试剂信息、相关实验或其他必要实验信息所需要的的平台。他说，相较传统的书面文档，ELN 能够更加高效地捕获关键细节，而且 ELN 提供标记实验是否有效的工具，可以帮助共享实验信息和解答疑难问题。但是，人们要接受适当的培训，才能体会到 ELN 带来的好处，否则，他们使用 ELN 时就会像使用一本纸质书一样，感受不到数字解决方案的优势。
英国剑桥 Gurdon 研究所信息技术主管 Alastair Downie曾帮助当地的实验室小组使用 ELN，他说，电子实验室和研究笔记本还有助于统一实验方法，保存相关记录，同时促进实验的灵活开展。他还称，准备好合适的模板可以让沟通变得更加简单。“它会成为一个很大的优势；能够清除沟通的障碍。”
04
因为同事给错了细胞系或试剂而导致实验出现问题的情况已屡见不鲜。目前，弗吉尼亚州马纳萨斯的☞ATCC、马萨诸塞州沃特敦的☞Addgene 和缅因州巴尔港的☞ Jackson Laboratory 等组织机构负责把关，先分别对细胞系、质粒和基因工程小鼠进行质量检查，再分发给其他研究人员。包括《自然》在内的许多期刊均要求研究人员将研究材料存放在此类机构的资源库中。这样可以减轻实验室分发材料的负担，还能确保其他研究人员在合理时间内收到优质材料。
图片来源于：☞Five keys to writing a reproducible lab protocol (nature.com)
还有一些工具可以采用标准化的方式记录市售试剂。例如，☞Resource Identification Initiative 给每种试剂都分配了唯一标识符，即使公司倒闭或修改其目录号，这些标识符也不会发生变化；包括《自然》在内的 600 多种期刊鼓励使用这些标识符。举例来讲，标识符可用于填充实验室笔记本中的字段，或导出到实验过程的手稿中，从而简化研究记录、疑难解答和可重复性问题。
Polyak 说，在提高可重复性方面，人们经常会忽视的一项策略是，理解每一步背后的基本原理。只有这样，研究人员才能解决他们实验室特有的问题。她说，现成的试剂盒削弱了这种推理能力。波士顿哈佛医学院单细胞核心实验室主任 Luciano Martelotto 说，就可重复性而言，一个好的实验方案“会给你提供足够的细节”。但是，一个真正优秀的实验方案会帮助研究人员理解每个步骤，再比如说，为什么使用这种 RNA 抑制剂，而不是用另外一种。
05
Martelotto 说，新兴方法-共享工具最大的优势之一在于它们如何有效分享技巧和扩展对话的方式。他用 protocols.io 创建了一个名为☞Single Cell Ninjas 的群，旨在帮助其他研究人员开展单细胞研究。他说，更新、纠正和交流实验方法正在成为一项科学规范。
Benjamin Schwessinger 在堪培拉澳大利亚国立大学研究植物与微生物间的相互作用，并协助发起了一项名为☞ Reproducibility for Everyone 的倡议，旨在帮助研究人员共享方法和数据。他说，研究人员更愿意对实验方案提出问题，可能是因为实验方案看上去没有论文正式。Schwessinger 说，跟他谈论实验方案的人比论文要多，即便他们只是为了感谢他发布这些实验方案，并且解释他们针对不同生物所做的修改。人们在 protocols.io 和社交媒体上评论他的实验方案时，他可以收到提醒。“人与人之间的互动是自然而然的，”Schwessinger 说，“你只需要给它创建一个社区。”