実験の再現性でお困りではありませんか？

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化学者のつぶやき

実験の再現性でお困りではありませんか？

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STAP細胞問題は現在再現実験中だそうですね。論文としては最悪なものでしたが、確かに実験の再現が取れれば科学の発展には貢献する可能性がほんの僅かには残っています。

そんな段階で論文を発表するのは許されませんけれども。

しかし一方で信頼性の高いと思われているグループから出された論文に書かれた実験が再現できないということはたまに起こります。皆さんもひょっとしたら経験がおありではありませんか？

今回のポストはNature Chemistry誌よりTulane大学のBruce C. Gibb教授によるthesisから実験の再現性にまつわる話題でもいかがでしょうか。前回はこちら

Reproducibility

Gibb, B. C. Nature Chem. 6, 653-654 (2014). Doi: 10.1038/nchem.2017

化学反応は比較的捏造が難しいと筆者は考えています。収率や選択性を誤魔化すのは非常に簡単ですが。

ねつ造かどうかは容易に判断できませんが、論文に記載されている通りに実験したのに、収率が半分以下だったり、ひどい時には大量の副生成物ばっかりになったりすることも経験があります。

他のグループの論文であれば、設備の問題や、実験者のレベルの違いが原因ということもよくあるでしょう。しかし、以前自らのグループが発表した実験結果が再現できなかったらちょっと青くなりますよね。

ある時Gibb教授が自ら報告した以下の化合物の合成が全く再現できなくなったそうです。溶媒の量や比が非常に重要なことは分かっていましたので、厳密に調整して行ったそうです。それでも再現できません。悪いことに誰も再現できませんでした。さあ困りました。皆さんならそんな時どんな原因を考えますか？

図は文献より引用

答は思いもよらないものでした。エタノールが重要だったのに、なんとエタノールのビンに誰かがアセトンをくべてしまっていたのでした。

そりゃあうまく行くわけないですが、こういった初歩的な試薬のトラブルというのは考慮に入れるべきなのかもしれません。昔は溶媒の臭いを直接嗅いで中身を確認したりしたもんです。

一方で試薬が完璧でもなぜか再現できない反応もあります。何度やっても誰がやっても再現しないのに、ふとした拍子にできてしまったり。結局何が問題なのかよくわからないこともあるかもしれません。

我が国では夏場の湿気の問題は切実ですね。パスツールが酒石酸ナトリウムアンモニウムの光学分割に成功したのは気温が低かったからとういう逸話もあります。気候の変動による条件の微妙な差というのも原因の一つになりえます。

もしかしたら試薬のメーカーの違いで微妙に含まれる不純物が異なるために再現しないのかもしれません。鉄触媒で起こっていると思われた反応が、実は銅が不純物として含まれていて、それが実際の触媒だったなんて事例もあります。

というわけで実験が再現できないのは非常に単純なミスから、通常想像し得ない原因まで様々あります。ではそれらをなるべく避けるための10か条を紹介しましょう。

1. 試薬の納入日と開封日を記録せよ

2. うまくいった時の状態を記録せよ。例えば反応する時の色などは良い指標となる。

3. 原料や試薬は市販品であってもNMRやTLCで純度を確認すべし

4. 真空グリースとは言っても0.1 mmHg程度の減圧度では揮発することに留意

5. オーブンで加熱してもなぜかNMRチューブにアセトンは残存するものである

6. 不純物なんてあり得ないと思ったかもしれないが、NMRチューブのキャップはちゃんとチェックしたか？

7. セプタムラバーだって溶けだすことはあり得る

8. そのミクロシリンジ前に使った人がちゃんと洗浄したか？

9. ロータリーエバポレーターのトラップに誰かが突沸させてないか？

10. 最終物を濃縮しようとする時に限って・・・何かが起こるもの

とまあまだまだありそうですけれども。

図は文献より引用

それでも謎の現象が起こることもあります。そんな時は二つの可能性をその実験者に問うてみましょう

1. そのフラスコ内のみ物理定数や物理法則が崩れている可能性

2. 実験者が何らかの誤りを犯しており、それに気付いていないか、それとも気付こうともしていないかである可能性

ちょっと厳しい言い方ですかね？

Alas the total elimination of human error can only occur if there are no humans…

しかし一方で上述のトラブルはいずれも人的要因であることから、それを排除すればいいともいえます。

一つの可能性としては全自動の合成ロボットなどがあるでしょう。でもあまり普及してないところを見るとラボレベルではコストなどの問題で導入は難しいのでしょうね。

それでも一昔前には無かったシリンジポンプ、自動精製装置、高性能のNMRなど、日々ヒューマンエラーを減らしてくれるような機器が登場しています。実験の再現性とは実験のトレーサビリティとも言い換えることができます。そんな文明の利器を積極的に取り入れていくことで、人的ミスを極力減らし、稀に起こる研究室でのミステリーを解き明かすなどというあまり建設的ではない時間を減らすことができると思います。