Helmholtz Open Science Workshop „Elektronische Laborbücher“

Ort: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI), Braunschweig
Termin: 13./14. September 2018
Webseite und Präsentationen: http://os.helmholtz.de/bewusstsein-schaerfen/workshops/helmholtz-open-science-workshop-elektronische-laborbuecher/

Report: Helmholtz Open Science Workshop „Elektronische Laborbücher“, Braunschweig, 13.-14. September 2018. Dokumentation. Herausg. von Paul Schultze-Motel, 2019. Potsdam: Helmholtz Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum - GFZ. https://doi.org/10.2312/os.helmholtz.001

Mitschriften

Heiko Rosenfelder (DKFZ): Einführung und Betrieb eines elektronischen Laborbuchs im DKFZ

• Ausgangspunkt: Papierlaborbuch, Medienbrüche, Forschungsdaten werden digital
• Chronologie: 2010 Arbeitsgruppe ELN; 2011 Auswahlverfahren; 2012 Pilotphase; ab 2013 produktiv
• Auswahl/Ausschreibung: Überschaubare Liste gewünschter Funktionalitäten, was letztendlich auf ein ELN mit "weißem Blatt" hindeutet. Zur engeren Auswahl standen E-Notebook von PerkinElmer und iLabber (durch diverse Übernahmen jetzt BIOVIA Notebook). Die Entscheidung fiel letztendlich auf iLabber und die Anwendung erfolgte über einen Fat-Client bzw. einen Webclient und mittlerweile mittels moderner Browser (HTML5).
• Pilotphase: Es wurden etwa 20 Standardexperimente identifiziert, die mittels Templates/Protokollen abgebildet wurden. Die Pilotphase wurde durch eine Umfrage ausgewertet. (Gibt es irgendwo den vollständigen Fragebogen und die Ergebnisse???)
• Implementierungsphase:
  • Mit Hilfe des Personalrats wurde eine Dienstvereinbarung erarbeitet (Herabgruppierung, Leistungskontrolle, freiwillige Nutzung, Rollen und Zugriffsmatrix).
• Contra-Argumente ergeben sich aus praktischen Problemen: Zur Dokumentation mit dem ELN müssen die Forschenden zum Labor-PC zurückkehren - benutzen also Zettelchen und Ausdrucke, die dann wieder später abgetippt werden. Für mich ist damit der Vorteil eines ELN nicht mehr gegeben.
• Schulungen und Outreach: separate Schulungen für Gruppenadmins/PIs (Projektverwaltung); das Supportforum ist mittlerweile eingeschlafen
• aktueller Status: 1000 Lizenzen verfügbar, 600 davon sind belegt (etwa 2/3 der Mitarbeiter, die im Labor unterwegs sind)

Fragen / Antworten

• Gibt es eine persistente Verbindung von ELN-Einträgen und Forschungsdaten (schlimmstenfalls liegen Forschungsdaten auf irgendeinem Netzlaufwerk, werden verschoben, gelöscht, etc. und Verweise aus dem ELN gehen dann kaputt)? Kann man Forschungsdaten direkt im iLabber ablegen? Nein, das ist mit iLabber nicht möglich.
• Wie schnell haben die Mitarbeiter das ELN angenommen? Nutzerzahlen: 300 nach einem Jahr, 600 nach 2 Jahren
• Gibt es Labore (welcher Typ von Laboren?), bei denen ELN-Einführung leichter ist? Die Altersstruktur der Mitarbeitenden ist jedenfalls nicht entscheidend.

Tobias Duden (Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)): Das beweissichere elektronische Laborbuch (BeLab) in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB)

• Hintergrund: Die PTB als nationales Metrologieinstitut muss eine rechtssichere Dokumentation führen. Deshalb wurde im BeLab-Projekt an den Konzepten eines beweissicheren Laborbuchs gearbeitet.
• Die Infrastruktur besteht aus Anwendungskomponenten (z.B. ELN), der Middleware (nach BSI TR-ESOR) und dem Langzeitarchiv. Für die Umsetzung müssen qualifizierte elektronische Signaturen verwendet werden, die allerdings recht teuer sind - deshalb nutzt die Middleware das Hashbaum-Konzept, um mit einer qualifizierten Signatur mehrere Dokumente zu signieren.
• Umsetzung in der PTB: Middleware-Komponenten sind kommerzielle Produkte mit BSI-Zertifizierung. Letztendlich wurde anstatt eines ELN ein einfaches Dokumentenablagesystem als Anwendungskomponente implementiert. Die Einbindung eines ELN wäre zu resourcenintensiv. Anmerkung: Im November letzten Jahres wurde noch vom ELN Sciformation im Testbetrieb gesprochen (siehe Screenshot in den Backupfolien).

Harald Kusch (Georg-August-Universität Göttingen): Pilot-Integration eines elektronischen Laborbuchs und eines Open-Source-Forschungsdaten-Repositories als Bestandteil einer modularen biomedizinischen Forschungsdatenplattform

• Hintergrund: FDM-Module für die SFBs 1002 und 1190. Es wurde zunächst versucht, das FDM auf die am häufigsten benutzten Daten-/Probentypen zu Fokussieren. Daraus entstand u.a. der Antikörperkatalog (Handle persistent Identifier, Storage-Information, Literaturverweise).
• Herausforderungen in der akad. bzw. Grundlagenforschung: Heterogenität (Workflows, Methoden, Daten), Fluktuationen, kaum Handlungsleitlinien
• Das ELN RSpace ist seit etwa 2 Jahren im Betrieb; Anforderungen:
  • Im Kooperationskonzept muss ein Beenden der Kooperation möglich sein (= Entziehung aller Rechte).
  • Kreativität nicht einschränken durch Strukturierung ("weißes Blatt").
  • Forschungsdaten zitieren durch persistent Identifier (s.o.) bzw. durch SMB-Links (Daten auf Netzlaufwerken); so einfach wie möglich gestalten durch Drag&Drop-Funktionalität
  • ORCID als Identifikator für Personen
  • Audit-Trail und Signaturen
  • vielfältige Exportmöglichkeiten, insbesondere auch zu Repository-Software (so wenige Klicks wie möglich)

Caterina Barillari, Juan M. Fuentes-Serna & Bernd Rinn (ETH Zürich): openBIS – an open resource for academic laboratories

• Hintergrund: Der Forschungsworkflow wurde analysiert und in Prozesse eingeteilt (Anm.: starke Vereinfachung; ist es wirklich so linear?) und in openBIS strukturiert abgebildet. Forschungsdaten, Dokumentationen, Protokolle, Code, Resultate, etc. liegen verteilt auf diversen Speichermedien bzw. in diversen Infrastrukturen vor. Daten sollen möglichst zentral gespeichert werden und openBIS ist das integrierende Element in diesem Konzept.
• Historie: openBIS entstand im SystemsX-Projekt, in dem viele Omics-Daten erhoben und prozessiert werden. 2013 wurde sich gegen eine Ausschreibung und für die Weiterentwicklung von openBIS entschieden.
• Funktionen:
  • LIMS: Inventarmanagement (auch schon für Molekularbiologie geeignete Vorgaben der Metadatenfelder) mit persistenten Identifiern; Relationen können abgebildet werden; Management von Methoden/Protokollen/SOPs; Einkaufmanagement
  • ELN: Datenupload via "Dropbox-Mechanismus"; Verknüpfen mit großen Daten via BigDataLink
• Best Practice: Wie rollt man openBIS am besten aus? (1) Inventar und Proben, (2) Protokolle (mit Links zu Proben), (3) ELN
  • Neu: Auswerten mit Jupyter-Notebooks
• Entwicklerkapazitäten: etwa 5 Personen

Marlis Zeitler & Claire Wallace (Dotmatics Ltd): The use of an ELN to accelerate efficiency in research

• Fokus von Dotmatics: Biotech-Industrie
• Dotmatics bietet eine Vielzahl von Modulen, u.a. Studies Notebook (ELN), Browser (Suchfunktion über alle anderen Module), Inventarmanagement und Registrierung für Proben (chemische und biologische).
• Hosting: Cloud (AWS) oder on-premise
• Sowohl strukturierte Dokumentation (Tabellen mit stöchiometrischen Berechnungen für chemische Reaktionen; strukturierte Aufbereitung für Supplementaries, auch für mehrere Syntheseschritte) als auch unstrukturierte Dokumentation ("weißes Blatt" für Biologen) im ELN möglich.
• Screening-Datenmanagement: Wellplate-Designer, automatisierte Auswertung von Daten aus Plate-Readern, Aufbereitung von Dosis-Wirkungskurven

Alexander Minges (Biochemische Pflanzenphysiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf): eLabFTW – das freie elektronische Laborjournal

• ein Open-Source-ELN mit "weißem Blatt" als Konzept
• Features: HTML5-Texteditor im ELN, Arbeit in Teams möglich, Tags für Kategorisierung und Suche, Audit-Trail, Versionierung und Wiederherstellung, Buchungsfunktion über Kalender (z.B. für Instrumente)
• Datei-Upload: versioniert, z.T. ist Preview möglich (Images, PDB, SDF; von Office-Dokumenten war nicht die Rede)
• Laborinventarfunktion wäre "in abgespeckter Form" möglich über Datenbankeinträge (Anm.: Scheinbar sind dafür keine Metadaten (z.B. Ort) in strukturierter Form hinterlegbar.). ELN-Einträge können mit Datenbankeinträgen verknüpft werden. (Anm.: In der Demo musste ich danach lange suchen. Außerdem sieht man, mit welchem Experiment ein DB-Eintrag verknüpft wurde. Das ist keinesfalls selbstverständlich bei anderen ELN-Systemen!)
• Abschließen von Experimenten mit einem Zeitstempel (Anm.: keine Signatur im rechtlichen Sinne).
• Authentifizierung: lokale Nutzer oder über Shibboleth

Fragen / Antworten

• Welche Rollen gibt es? Admin, Teamleiter und User
• Rechte für Einträge: nur Ich, Team, öffentlich

Nicole Jung (KIT): Chemotion ELN – Basis-Funktionen und besondere Anwendungen

• Chemotion ist ein ELN für Synthesechemiker, das einzelne Substanzen und chemische Reaktionen dokumentiert und die entsprechenden Analytikdaten hinterlegt.
• Geräteintegration: So viel wie möglich automatisieren, d.h. Daten vom Speicherort bzw. aus Emailpostfach holen.
• Struktureditoren: Weiterentwicklung von Ketcher und demnächst auch ChemDraw
• ELN-Einträge teilen mit einzelnen Nutzern oder in Gruppen; Lese- und Schreibrechte möglich
• Reporting: gut geeignet, um die supplementary Information für Paper automatisiert zu erstellen (IUPAC-Name, Identifier, Berechnungen, NMR-Peaklisten und Multiplets, etc.)
• SciFinder-Integration wenn entsprechende Lizensierung vorhanden ist (nicht auf dem Demo-Server)
• Repositorienanbindung an Chemotion.net mit DOI-Vergabe

Fragen / Antworten

• Wie wird die Publikation im Chemotion-Repository im Peer-Review-Verfahren für ein Paper abgebildet? Zweistufig: Der Datensatz wird auf "pending" gesetzt und bekommt eine "virtuelle" DOI, die noch nicht bei DataCite registriert ist.
• Gibt es Barcodes? Ja, für alle Items.

Florian Hauer (Labfolder GmbH): Digital in die Zukunft – elektronische Laborbücher als zentraler Bestandteil des Forschungsdatenmanagements

• Es wurde versucht, die Implementierung eines ELN aus der Anbietersicht zu erläutern und den Onboardingprozess zu optimieren.
• Wichtig: Die Forschungsgruppe muss sich zunächst überlegen, wie die ELN-Einträge zu ordnen sind (z.B. (Unter-)Projekte und im ELN-Eintrag selbst). Das ELN selbst sollte nicht mit einer vorgegebenen Struktur einschränken.
• Unklarheiten/Unsicherheiten bestehen zur Regulierung (GWP vs. QM-Normen/GLP/GMP)
• verschiedene Anforderungen von Forschenden im Labor (3 Jahre und dann bin ich weg ...), PIs (Projektmanagement, Daten langfristig nutzbar halten) und FDM/Bibliothek (Open Science)
• Onboarding: aktiv unterstützen; interne Nutzerportale anbieten

Ulrich Dirnagl (Abt. für Experimentelle Neurologie, Charite Universitätsmedizin Berlin / QUEST Center for Transforming Biomedical Research, Berlin Institute of Health): Nie wieder ohne – das elektronische Laborbuch aus der Sicht eines Neurowissenschaftlers

• Argumente für den Umstieg zum ELN: Forschungsdaten liegen heute hauptsächlich in digitaler Form vor (born digital) und somit muss die Dokumentation zur Erhebung der Daten (Laborbuch) ebenfalls born digital sein.
• aktuelle Situation am BIH: Es gibt 1000 registrierte Nutzer bei labfolder, davon sind 700 aktiv (nur Charité; das MDC hat sich ausgeklinkt).
• Bei der Exzellenz-Initiative Berlin University Alliance ist auch ein Datenmanagementmodul mit ELN angedacht.
• Warum das Ganze? Es gibt eine Reproduzierbarkeitskrise, auch und insbesonders in der (bio-)medizinischen Forschung. Ein nicht unerheblicher Grund: Es gibt Qualitätsprobleme, weil Ärzte "Feierabendforschung" machen.
• Was sind die Maßnahmen? U.a. Zertifizierung nach ISO 9001 (Qualitätsmanagement), Einführung des ELN (siehe Dirnagl & Przesdzing (2016): A pocket guide to electronic laboratory notebooks in the academic life sciences, 10.12688/f1000research.7628.1)

Fragen / Antworten (Dirnagl und Hauer)

• Wie lang lief das Projekt zur Einführung des ELN an der Charité (von der Idee bis zum Produktivbetrieb)? Größenordnung Monate; Onboarding der Forschenden ist nicht zu unterschätzen, am Besten in nicht zu großen Gruppen.
• Springen Arbeitsgruppen ab bei der ELN-Nutzung? Ja, vermutlich weil es keine gute Einführung gab bzw. nutzten nur einige Gruppenmitglieder das ELN und die anderen Papier.
• Die AG-Leitung muss die Dokumentation überprüfen. Wenn das nicht geschieht, hilft ein ELN auch nicht weiter. Der Vorteil: Das ELN ist mobil, der PI kann die Arbeitsgruppe von unterwegs managen.
• Wie sinnvoll sind mobile Endgeräte?
  • In Umfragen ist die Unterstützung eine Top-Funktionalität, aber die Notwendigkeit wird überschätzt.
  • Heiko Rosenfelder (DKFZ): Es wurde versucht, aber es scheitert schon bei der Benutzung mit Handschuhen. Letztendlich nutzen die Forschenden dann lieber den Labor-PC.
  • Nicole Jung (KIT): Nicht geeignet, das Interesse nimmt schnell ab. Man sollte eher in ordentliche PCs im Labor investieren.

Torsten Bronger (FZJ): JuliaBase – Framework für Proben-basierte elektronische Laborbücher

• JuliaBase bildet die Prozessierung und Charakterisierung von Proben (Solarzellen) ab. Die einzelnen Workflowschritte können leicht konfiguriert und auf die eigenen Bedürfnisse angepasst werden. Die jeweiligen Schritte sind miteinander verbunden, um eine Nachverfolgbarkeit zu gewährleisten (Verknüpfung von Ursache und Wirkung).
• Wie neue Daten eingeben? (1) manuell, (2) mit Cronjob ins ELN transferieren, (3) Kontrolle der Gerätesoftware (incl. Validierung, z.B. des Probennamens)
• Python mit Django 2-Framework als MVC-Modell (Anzeigelogik/Webschablonen/Templates)
• Ausblick: "Codegenerator" für neue Apparaturen, Rezepte als vorgegebene Workflows

Ralf Oeser, Jutta Schlegel & Friedhelm von Blanckenburg (GFZ): MEDUSA – über die Entdeckung einer griechischen Sagengestalt in Japan und deren Weiterentwicklung am Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam

• Medusa versucht das gesamte Probenmanagement für geowissenschaftliche Projekte abzubilden (Probensammlung, Analysen, Lagerung, Bibliografie), hat also auch klassische LIMS-Aufgaben (sehr strukturiert). Die hohe Fluktuation an beteiligten Personen macht ein Rechtemanagement erforderlich. Eingesetzt und weiterentwickelt wird es im EarthShape-Projekt.
• Originalpublikation zu Medusa: Yachi et al.: Software Dedicated for the Curation of Geochemical Data Sets in Analytical Laboratories
• Vergabe von IGSNs (International Geo Sample Numbers)
• Für Feldarbeit gibt es Probeaufnahmebögen, die nachträglich digitalisiert werden müssen.

Heiko Rosenfelder (DKFZ): iLabber – organisatorische und technische Einführung

• Technik/Architektur: Alle Daten im ELN werden in der MS-SQL-Datenbank gespeichert; woanders werden keine Daten abgelegt (z.B. Dateisystem)
• Anmeldung zum ELN wirkt recht bürokratisch, macht aber bei einer so großen Einrichtung durchaus Sinn.
• Rollen / Adminoberfläche / Rechtegranulation
• Unterschrift: In einem Experiment können sogar einzelne Sections unterschrieben und gesperrt werden. (Amn.: Viele andere ELNs können das nur für komplette Experimente.) Evtl. sind auch Revisionen einzelner Sections möglich.

Fragen / Antworten

• Integration von Officedokumenten: Es gibt durchaus unterschiedliche Konzepte auf dem Markt (docx bzw. xlsx als Text bzw. Tabelle expandieren (z.B. Labfolder, wo es eher schlecht funktioniert), Cloudlösungen (SaaS), WebDAV-Transfer und mit lokaler Office-Installation öffnen (z.B. Labguru)). Wie macht es das BIOVIA Notebook? Als Browserplugin, das von BIOVIA zur Verfügung gestellt wird. D.h. man ist wohl oder übel auf die Unterstützung des ELN-Herstellers angewiesen - eher schlecht, wenn sich bei den Browsern oder im Office Programmierschnittstellen ändern.

Tim Henckel (HZB): Elektronisches Laborbuch am Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik Berlin (PVcomB) – Flexibilität vs. Performanz

• Das ELN am PVcomB wurde von Marion Schröder entwickelt. Die Anforderungen ähneln sehr stark denen von JuliaBase. Bzgl. der Datenbankstruktur gibt es starke Ähnlichkeiten zu Chemotion ELN.
• Zusätzlich ist als Langzeitarchiv ein Data Warehouse angeschlossen.