生命科学分野における再現性の問題
AKIRAです。
今日は、少し難しい話をします。
再現性
日常に隠れた再現
この記事を読んでいただいている読者の皆様が普段、どのようなお仕事をされているかはわかりませんが、皆様は自分の仕事を当たり前のように毎日こなしていらっしゃると思います。学生の方であれば、毎日決まった授業をルーティンのように受けて、課題なりテストなりを提出していると思います。朝起きて、仕事や学校に行くなり、家で仕事をする人もいらっしゃるでしょうが、それらのルーティンを終えると晩御飯を食べて風呂に入って寝る。
起床→日中の活動→帰宅orプライベート→就寝を繰り返しています。
例えば、朝の通勤。
「〇時に家を出て、〇時〇分発の電車に乗れば、■時■分に△△△駅に着く。そこから歩けば職場まで※※分かかって、始業の10分前に職場に着く」
およそ、これくらいの情報が頭の中にないと、毎日の通勤通学はできないでしょう。遅れずに職場や学校にたどり着けるのは、「〇時に家を出て、〇時〇分発の電車に乗る」というルーティンを守っているからです。
いわばこれは、「遅れずに目的地にたどり着く」ための手段として、「〇時に家を出て、〇時〇分発の電車に乗る」という行動をとれば、たとえ実行者がだれであっても「始業の5分前に職場に着く」という結果を再現できているということです。
生命科学研究における再現性
人間は生活のために必要な行動を繰り返し行うことを無意識下に強制されています。
学校や職場への通学・出勤も言うなればそうです。
では、研究の世界ではどうか？
当然、再現は要求されます。
しかし、こと生命科学という分野は、扱う研究対象の性質からか、再現がとりにくい分野になってしまっています。
先ほどの通勤の例を使うと、例えば、「電車が車両点検という理由で途中の駅で20分ほど停止した」とすればどうでしょう。言わずもがな、始業には間に合いません。
もっと条件を付けてみましょうか。
「いつも使っている道が道路工事で通行止めになっていた」とかどうでしょう？
こうなると、もはや間に合う間に合わない以前に、「そもそもたどり着けるのか？」という疑問が出てくると思います。
実験の世界も同じです。
いくら、論文で「こうすればいいんだよ」と方法を記述されていたとしても、それがしっかりと再現できるかどうかはわからないのです。
「電車の遅延」や「道路工事による封鎖」が当たり前のように起こる。少しの条件の変化で再現性を示せるかどうかが簡単に変わる世界。それが生命科学の研究です。
まず、「再現できるか？」から始まる
つまり、生命科学では研究を行う際に、「実験系の立ち上げ」が必要になってくるのです。すなわち、「論文の結果を再現できるか？」を検討するところから始まります。
どの分野でも報告にある結果と同じ結果になるかどうかを最初に調べることはすると思いますが、生命科学の分野では、この再現性の確認をおろそかにするとデータの信用に疑義が生まれてしまいます。当然、再現されない報告は引用件数が少なくなるわけですが。とはいえ、研究分野が狭い業界だと、参照する研究者の数も少ないので、引用件数が少なくなる場合があるので何事にも例外はあるものですが。
いずれにしても、「論文の結果を再現できるか否か」は非常に重要なステップになるというわけですね。
再現が困難になる要素
では、実際の研究で再現が困難になる場合は具体的にどんなケースがあるのか？
よくあるのは、論文に記載された方法の中に書かれた試薬と自分の所属するラボで普段使用している試薬の型番が違う（例えばトリプシンで言えば、Thermoと富士フィルム和光などメーカーが違う）場合です。
通常、示されている試薬であればメーカーや型番が違う（容量ごとに型番が違う場合もある）というケースでも、普通に再現に影響がない場合もあります。しかし、実験のプロトコルによっては、「この会社のものでないとだめ」というなぜかクリティカルな要素があることもあります。
私が遭遇したもので言えば、DNAポリメラーゼが入ったマスターミックス試薬。PCRを行う際に使う、主成分です。仮に変更前の普段使いの試薬をA、変更後をBとすると、Bのほうが再現性が高かったのです。同じDNA増幅の試薬でも型番を変えるだけで劇的に結果が違うので驚きです。
しかも、扱うDNAサンプルを変えると、逆に変更前のA試薬のほうが効率よくなることもあったりすることがあります。
しかし、論文では「これを使え」とばかりにB試薬を示しているので、「なんだかなあ」と思うわけです。
このようなパターンがどうして起こるのかというと、試薬の価格が高いということがよくある理由でしょう。
特に何度も使用する場合、「数あるサンプルのうち一つでも増幅に成功するのなら何でもいい」「別にそのサンプル、後の実験で使わないし」というコンセプトの実験の場合、わざわざ高い試薬を使う理由がありません。だから、安価なものを使用する場合があるのです。
ただ、今の話はその試薬の価格が「変えようと思えば変えられるレベル」の金額だった場合です。成分自体が高価なものであった場合は安いものを選ぶことすらできません。
例えば中胚葉誘導に使用する試薬、分泌因子BMP4。
以下にリンクを置いておきますが、どんなものでもBMPのような組み換えタンパクはこの値段です。
https://www.cellsignal.jp/products/primary-antibodies/bmp4-6b7-mouse-mab/4680
https://axel.as-1.co.jp/asone/d/85-1817-64/
メーカーや扱う代理店にもよりますが、10μg-100μgが数万～数十万程度です。ちなみに分化誘導は、96ウェルプレートや384プレートなど大量の条件を設けて行うため、10μgなんてすぐになくなりますし、100μgなんて複数人で実験していると溶けるようになくなります。
これくらいのランニングコストだとおなじBMP4でもできるだけ安いのを選びたいですが、論文で示されたものが高いものの場合、再現をとるのは金額面で非常に厳しいと言えるでしょう。
予想だにしない結果
昨今の生命科学研究は、細胞の培養やマウスなどの生体を扱うウェットと呼ばれる実験系に対し、ウェット系で得られた膨大な生データをコンピューターで解析するドライの系まで、幅広い分野を跨いでいます。
それゆえ、他分野とのクロスオーバーな研究（例：iPS細胞と創薬研究）が先端を占め、非常に複雑な研究テーマが多いです。しかし、こういった研究の場合、他分野との掛け合わせの都合で実験のプロトコルを変更する必要がある場合があります。
その際、今まで使っていた試薬が使えなくなったり、逆に今まで使いたくても使えなかった試薬を使えるようになったりします。
「でも、やることは変わらないんでしょう？」と思ったそこのあなた。
・・・甘いです。
確かに実験を行っていくにあたって、モデルになっているやり方をアレンジして独自の実験法に最適化する、といった手順を踏むことはそれほど珍しいことではありません。そうすると、たいていの実験は100％報告通りの再現はできない、という感覚が生命科学の研究者及び技術者のスタンダードなのかもしれません。
一方で、たった1％の要素の誤差が実験結果に大きく影響することがある事実もまた、実際に手を動かして実験をしている人たちの正常な感覚であると私は考えています。
アレンジしないと実験ができないけど、アレンジしすぎるとオリジナルの方法から離れすぎてそれは別物になってしまう、あるいはうまくいかなくなる。生命科学研究の実験は、そんな世界です。
これは、すべての研究者及び技術者が当然承知のことだと思います。
だから、予想外の結果は生命科学研究の世界では日常です。それを「学術的に面白い」と取るか、「なんで思い通りにならないんだ！」と憤るか、あるいは「研究費をとれる結果じゃない」と不満を持つかは研究者のパーソナリティによるもの。
本当に研究というものに向き合う人間ならば、後者二つのような感想は持たないと思います。
論文はあくまでも「報告書」
そういう意味では、それらの意図した結果の中から、「思い通りの結果になった、あるいはならなかった」ものを集合させ、論理を構築して作成される書類。
それこそが論文の位置づけなのだと思います。
その中でも何度も再現される現象については教科書に記載されるだろうし、それらが研究で活かされる技術として指南書に載るのだろうと思います。
大事なことは、「何を前提として、どういった目的を持った研究なのか」です。その必要十分を満たす報告なのかどうか。
論文を「批判的に読む」理由はそういった背景を理解しているかで変わります。
