Forschung mit einer Gewächshausspinne.

Neues Experiment-Design verbessert Reproduzierbarkeit

Internationales Wissenschaftsteam empfiehlt Maßnahmen, um die Reproduzierbarkeit von biomedizinischen Versuchen zu erhöhen
Forschung mit einer Gewächshausspinne.
Foto: Jan-Peter Kasper (Universität Jena)
  • Life

Meldung vom: 02. Juni 2020, 10:00 Uhr | Verfasser/in: Sebastian Hollstein | Zur Original-Meldung

Der Jenaer Ökologe Prof. Dr. Holger Schielzeth. Der Jenaer Ökologe Prof. Dr. Holger Schielzeth. Foto: Anne Günther (Universität Jena)

Für einige wissenschaftliche Disziplinen, etwa in der Medizin oder der Arzneimittelforschung, sind Experimente mit lebenden Tieren nach wie vor unerlässlich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sich ihrer Verantwortung in diesem sen­siblen Bereich bewusst und bemüht, die Anzahl der Versuche so gering wie möglich zu halten. Umfangreiche Standardisierungsprozesse sollen die Effizienz der Experimente erhöhen und somit die Anzahl der notwendigen Tests verringern. Doch die biologische Komplexität, insbesondere eine Abhängigkeit vom Kontext der einzelnen Versuche, erschwert häufig die Reproduzierbarkeit und Generalisierbarkeit der Ergebnisse. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Bern, an dem auch Ökologen der Friedrich-Schiller-Universität Jena beteiligt sind, stellt im aktuellen For­schungs­magazin „Nature Reviews Neuroscience“ Empfehlungen vor, wie sich die Anzahl der Experimente verringern lässt.

Resultate sind häufig kontextabhängig

Reproduzierbarkeit von Ergebnissen ist ein entscheidender Bestandteil der Wissen­schaft. Ergebnisse sind dann reproduzierbar, wenn aus einer Erst-Studie gewonnene Forschungsergebnisse durch unabhängige Replikatstudien bestätigt werden können“, erklärt Prof. Dr. Holger Schielzeth von der Universität Jena, einer der Co-Autoren der Studie. „Ein Grundproblem biologischer Untersuchungen ist dabei, dass die Resultate häufig sehr kontextabhängig sind. Unser Vorschlag ist deshalb, einen dieser Einfluss­faktoren – nämlich die biologische Variabilität – bereits in das Design des Experiments zu integrieren, um so allgemeingültigere Ergebnisse hervorzubringen.“

Standardisierung schränkt ein

Derzeit standardisieren Forscherinnen und Forscher bei Versuchen, wie etwa zur Ver­abrei­chung eines potenziellen Medikaments, nach strengen Kriterien die Rahmenbe­dingungen und Merkmale der Versuchstiere. Dadurch wollen sie sämtliche Einflussfak­toren, die nichts mit dem unmittelbaren Versuchsziel zu tun haben, beseitigen und somit die Wiederholbarkeit der Ergebnisse erhöhen. Diese standardisierte Vorgehensweise schränkt allerdings den Bereich der Bedingungen ein, auf die die so gewonnenen Ergeb­nisse verallgemeinert werden können. Mehr Studien sind also notwendig, um die Resul­tate zu bestätigen. 

Wir empfehlen deshalb die gezielte Einbeziehung von Variationen in die Gestaltung der Versuche, um den Bereich zu vergrößern, auf den die Ergebnisse zuverlässig übertragen werden können“, sagt der Jenaer Ökologe. „Das erhöht das Potenzial der Reproduzier­barkeit und verringert somit die Gesamtzahl der Versuche.“ Eine sogenannte „systema­tische Heterogenisierung“ von Tiermerkmalen und Umweltfaktoren könne in einer modi­fizierten Version des randomisierten Block-Designs erreicht werden. Dabei werden Mani­pulationen und experimentelle Kontrollen gepaart angesetzt und gezielt in unterschied­lichen Kontexten durchgeführt.

Weniger Folgestudien notwendig

Durch diese Anordnung lässt sich herausfinden, ob bestimmte Ergebnisse verallgemei­nerbar oder auf versuchsspezifische Einflussfaktoren zurückzuführen sind. Denn Wissen­schaft­lerinnen und Wissenschaftler könnten so innerhalb einer Studie biologische Varia­tionen aufgreifen und beispielsweise verschiedene Geschlechter, Altersgruppen oder Lebensbedingungen der Tiere berücksichtigen. So erhalten sie robustere Erkenntnisse aus einem einzelnen Experiment. Weitere Forschung an dieser neuen Methode soll bessere Richtlinien für zukünftige Versuche hervorbringen.

Uns ist bewusst, dass sich durch dieses Experiment-Design die Anzahl der Versuchstiere während einer Erst-Studie erhöhen kann“, sagt Schielzeth. „Doch sind danach weitaus weniger Folgestudien erforderlich, um das Ergebnis zu verifizieren, was insgesamt zu einer deutlichen Verminderung der Versuchstiere führt.“ Deshalb fordert das Team For­schungs­institutionen und Regulierungsbehörden dazu auf, die Heterogenisierung als Standardmodell für Experimente zu etablieren.

Information

Original-Publikation:
B. Voelkl, N. S. Altman, A. Forsman, W. Forstmeier, J. Gurevitch, I. Jaric, N. A. Karp, M. J. Kas, H. Schielzeth, T. van de Casteele, H. Würbel (2020): Reproducibility of animal research in light of biological variation, Nature Reviews Neuroscience, DOI: https://doi.org/10.1038/s41583-020-0313-3

Kontakt:

Holger Schielzeth, Prof. Dr.
Holger Schielzeth
Telefon
+49 3641 9-49410
Fax
+49 3641 9-49402
Raum 410
Dornburger Straße 159
07743 Jena
Diese Seite teilen
Die Uni Jena in den sozialen Medien:
Ausgezeichnet studieren:
  • Logo der Initiative "Total E-Quality"
  • Logo des Best Practice-Club "Familie in der Hochschule"
  • Logo des Projekts "Partnerhochschule des Spitzensports"
  • Qualitätssiegel der Stiftung Akkreditierungsrat - System akkreditiert
Zurück zum Seitenanfang