Auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar Wie es gelingt, Daten FAIR zu machen

Moderne Analysesysteme werden immer empfindlicher und schneller. Durch automatisierten 24/7-Betrieb generieren diese Systeme enorme Datenmengen. Damit diese für die Forschung oder Qualitätssicherung optimal eingesetzt werden können, gibt es das FAIR-Data-Prinzip. Erfahren Sie in diesem Beitrag mehr dazu.

Die Generierung von Daten ist bei zahlreichen Forschungsvorhaben mittlerweile nicht mehr der limitierende Faktor. Mit modernen Analysesystemen lassen sich Datenmengen erzeugen, die vor einigen Jahren noch unvorstellbar waren. Doch dies führt zu Problemen beim Handling: Oft werden Daten nicht gefunden, Datenmüll kann von relevanten Daten nicht unterschieden werden oder Forschungsgruppen können nicht auf gemeinsame Datensätze zugreifen. Um diese Probleme zu lösen, hat die GO-FAIR-Initiative, die aus Experten aus Industrie, Wissenschaft und Politik besteht, im Jahr 2016 das FAIR-Data-Prinzip ins Leben gerufen. FAIR-Daten sind besser zu finden, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (s. Tabelle 1).

Bei den FAIR-Prinzipien geht es darum, Datensätze im Rahmen des rechtlich und technisch Möglichen für neue Nutzungsszenarien und Nutzergruppen verfügbar zu machen. Durch die Anwendung der FAIR-Prinzipien soll die Wiederverwendbarkeit von Datensätzen verbessert werden. Begonnen hat die Initiative in einigen europäischen akademischen Einrichtungen und ist nun auf die Unterstützung globaler Organisationen wie der G7, nationaler Regierungen und Wissenschaftsförderungseinrichtungen wie der Europäischen Kommission und der National Institutes of Health in den USA angewachsen.

So wurde das FAIR-Data-Prinzip z. B. von der Europäischen Kommission 2017 verpflichtend in die Förderrichtlinien EU Horizon 2020 aufgenommen. Die Umsetzung des FAIR-Data-Prinzips in einem Unternehmen erfordern allerdings finanzielle Investitionen, kulturelle Veränderungen, Schulungen und den Aufbau einer technischen Infrastruktur.

Vorteile für die Umsetzung der FAIR-Prinzipien:

• Beschleunigung der Innovation dank der Verfügbarkeit von FAIR-Daten für die primäre und sekundäre Wiederverwendung

• Verkürzung der Zeit von der Entdeckung eines Medikaments bis zum Marktwert durch schnellere klinische Studien

• Entwicklung von stärker personalisierten Arzneimitteln durch Nutzung von FAIR-Daten aus Patientendaten

• gemeinsame Nutzung von Daten und der Zusammenarbeit zwischen institutionellen Einrichtungen und Unternehmen

Grundvoraussetzung für die Umsetzung des FAIR-Data-Prinzips sind moderne Software-Installationen in den Laboratorien, wie Laborinformations- und Managementsysteme (LIMS) oder elektronische Laborbücher (ELN, engl. Electronic Laboratory Notebook).

Labforward hat mit Labfolder ein ELN entwickelt, das mittlerweile von mehr als 50.000 Wissenschaftlern in über 21 Ländern eingesetzt wird. Das Labfolder ELN unterstützt mit seinen Funktionen die Implementierung der FAIR-Data-Prinzipien. Im Folgenden wird beschrieben, wie die einzelnen FAIR-Attribute mit Labfolder gelöst werden.

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Prinzip 1: Findable (auffindbar)

Alle Labfolder-Dateneinträge, Projekte und Vorlagen und im eigenen Inventarsystem Labregister gespeicherten Artikel haben eine eindeutige und ewig gültige ID-Nummer, die während des gesamten Lebenszyklus eines Dokuments nicht verändert werden kann.

Die Datenelemente von Labfolder bieten eine einheitliche Struktur für die Angabe von physikalischen Größen und Einheiten, alle qualitativen Informationen oder Elemente können als Metadaten dargestellt werden. Die Organisation solcher experimentellen Parameter hilft dem Anwender, die Auffindbarkeit zu erhöhen.

Labfolder zielt darauf ab, den Laboralltag zu vereinfachen, indem es Optionen für ein effizientes Abrufen von Daten bietet. Labormitarbeiter haben die Möglichkeit, eine allgemeine Suche, eine erweiterte Suche oder Filterwerkzeuge zu verwenden:

• Die allgemeine Textsuche ermöglicht es dem Laborpersonal, Einträge zu finden, die ein bestimmtes Wort, Teile eines Wortes oder Zahlen enthalten.

• Um die Anzahl der Treffer einzuschränken und die Datenabfrage anzupassen, ermöglicht die erweiterte Suche die Anwendung und Kombination einer Reihe spezifischer Suchfilter (Projekt, Autor, Tags, Materialien oder Dateien). Dazu gehört auch die Möglichkeit, nach Inhalten in angehängten Dateien, wie Pdf-Dokumenten, zu suchen. Bei der Suche nach numerischen Werten hat Labfolder eine Programmierung von Algorithmen implementiert, die die Umrechnung von Einheiten (z.B. 0,5 ml entspricht 500 µl) erkennt und Vergleichsoperationen (<, >) anwenden kann. Um eine noch spezifischere Suche zu ermöglichen, können auch logische Operatoren (And, Or, Not) genutzt werden. Logische Operatoren ermöglichen z.B. die Suche nach einem bestimmten Puffervolumen, das in einem Experiment verwendet wurde, und können gleichzeitig eine bestimmte Chemikalie ausschließen.

• Die Einträge innerhalb eines Projekts können nach Erstellungs- oder Änderungsdatum auf- oder absteigend sortiert werden. Weitere Optionen erlauben es, Einträge nach Projekt, Autor, Tags und Datum zu filtern; diese Filteroptionen können auch kombiniert werden.

• Die Ergebnisliste ist indiziert und unterscheidet zwischen Treffern, die innerhalb von Einträgen oder Vorlagen gefunden wurden.

Die Eintragselemente von Labfolder repräsentieren verschiedene Teile der Labordaten (Text, Tabellen, Bilder usw.) und bilden Einträge, die als vollständige Anmerkungen zu einem bestimmten Schritt oder experimentellen Verfahren dienen.

Prinzip 2: Accesible (zugänglich)

Im speziellen Vorlagenbereich von Labfolder können Protokolle oder Standardvorgehensweisen (SOP, engl. standard operation procedures) komplett neu erstellt, sowie aus generierten Einträgen oder aus einem gemeinsamen Repository hochgeladen werden (falls als Word-Datei verfügbar). Labfolder bietet ein Werkzeug, das den Benutzer bei der Vorlagen-Organisation unterstützt: Durch die Verwendung von Datenelementen oder Well-Plate-Templates können experimentelle Parameter in einer standardisierten Weise spezifiziert werden. Vorlagen können von Teammitgliedern gemeinsam genutzt werden, was die Reproduzierbarkeit verbessert, da jedes Gruppenmitglied dasselbe Standardprotokoll verwendet. Außerdem werden bei der Optimierung der Vorlage alle vorgenommenen Änderungen automatisch für das gesamte Team aktualisiert und in der Vorlagenhistorie aufgezeichnet. Um die Zugänglichkeit zu unterstützen, bieten bestimmte Seiten innerhalb des ELN einen umfassenden Überblick (Projekt- und Vorlagenübersicht sowie ein Dashboard für Kommunikationswerkzeuge), sodass sich der Fortschritt jedes Projekts und die Kommunikation mit den Kollegen verfolgen kann.

Labfolder trägt der Vertraulichkeitsvereinbarung Rechnung, indem es Verfahren einsetzt, die alle Daten vor der Weitergabe an Unbefugte schützen. Gerade bei industriell genutzten Forschungsdaten ist dies entscheidend. Dies beinhaltet einen eingeschränkten Zugriff auf die Daten für Kontoinhaber und autorisierte Personen. Es können gemeinsame geschützte Bereiche, so genannte „Labfolder-Gruppen“, eingerichtet werden. Innerhalb dieser Gruppen können nur Angestellte zusammen arbeiten, die dazu eingeladen wurden.

Kommentare und die Sign&Witness-App von Labfolder können genutzt werden, um generierte Daten direkt im elektronischen Laborjournal zu diskutieren und zu bewerten. Die digitalen Unterschriftstools von Labfolder, Sign&Witness und Signature Workflows, sind beide konform mit FDA CFR 21 Part 11, und die Witnessing-Funktionen gewährleisten den Schutz des geistigen Eigentums der Forschung. Mit Sign&Witness kann der Autor eines Eintrags diesen als abgeschlossen markieren, sodass keine weiteren Änderungen mehr möglich sind. Zusätzlich kann eine weitere Person gegenzeichnen oder bezeugen.

Das Tool Signature Workflows ermöglicht komplexere Genehmigungsprozesse. Mit ihm können einzelne Labfolder-Einträge überprüft und dann abgelehnt oder genehmigt werden. Es erlaubt die Zuweisung von beliebig vielen Zeugen und sogar das Verschieben von Einträgen nach der Ablehnung/Freigabe in ein anderes Projekt (z.B. für die Qualitätssicherung). Jeder einzelne Datensatz sowie Änderungen oder Löschungen eines Datensatzes werden in einem vollständigen Audit-Trail verfolgt und erhalten einen vom Serversystem bereitgestellten Zeitstempel, der von Benutzern nicht manipuliert werden kann. Das Löschen von Dokumenten ist nach Autorisierung möglich und kann durch Organisationsrichtlinien weiter gesteuert werden.

Alle Labforward-Produkte, einschließlich der Datentransfer-Lösung Laboperator, bieten eine sichere und kontrollierte Umgebung für den Datenzugriff, die sicherstellt, dass nur autorisierte Benutzer Zugriff auf die Daten haben. Es kann auch die gemeinsame Nutzung von Daten und die Zusammenarbeit zwischen Forschern erleichtern.

Prinzip 3: Interoperable (interoperabel)

Die Datenorganisation in Labfolder ist anpassbar und kann frei an die Anforderungen der Laboratorien angepasst werden, z.B. in Bezug auf Gruppenmitglieder, Anzahl der (Unter-)Gruppen, Administratoren, Ordner, Projekte und Vorlagen. Freigabeeinstellungen können für Untergruppen, Ordner und Projekte definiert werden, um die Zugriffsrechte der Benutzer festzulegen.

Angestellte sollten in der Lage sein, ihre Daten untereinander auszutauschen und zu interpretieren. Dies gilt aber auch für Computer, d.h. Daten sollten für Maschinen lesbar sein, ohne dass spezielle oder Ad-hoc-Algorithmen, Übersetzer oder Mappings erforderlich sind. Um sicherzustellen, dass Teams die gleichen Richtlinien für Protokolle und Standardverfahren befolgt, bietet Labfolder einen speziellen Vorlagenbereich, in dem Benutzer Vorlagen erstellen und mit ihrem Team teilen können. Die Erstellung von Vorlagen kann durch den Administrator einer Gruppe eingeschränkt werden, sodass nur die Administratoren standardisierte Arbeitsabläufe einrichten können.

Auf die in Labfolder gespeicherten Daten kann jederzeit über die offene Rest API für den Datentransfer mit Drittsoftware zugegriffen werden. Für die weitere Geräte- und Datenanbindung bietet Labforward weitere Lösungen wie den Laboperator an, der den Datentransfer von Geräten und die Einrichtung von maschinell-automatisierten, standardisierten Workflows ermöglicht.

Labfolder erlaubt es, Referenzen zwischen Dateneinträgen innerhalb von Projekten und projektübergreifend zu erstellen, um Nutzer-Daten mit anderen Daten verbinden zu können. Die Verknüpfung der Dateneinträge erfolgt über einen Hyperlink, der den Namen des Eintrags, den ursprünglichen Autor und das Erstellungsdatum des Dateneintrags anzeigt.

Prinzip 4: Reusable (wiederverwendbar)

Labfolder enthält das eingebaute Inventarsystem Labregister. Mit diesem lassen sich Labormaterialien wie Chemikalien, Antikörper oder auch Geräte verwalten. Angestellte können die Verfügbarkeit jedes Artikels verfolgen, Materialien innerhalb von Notizbucheinträgen (Datenelementen) verknüpfen und alle Einträge suchen, in denen ein bestimmtes Material verwendet wurde.

Jedes Inventarteil kann durch eine Reihe von Attributen spezifiziert werden. Diese können aus einer vordefinierten Auswahl der Software stammen oder selbst definiert werden. Ein Attribut kann als Text, Zahl, Datum, URL-Feld, Barcode (Strich- oder QR-Code), Hyperlink oder Dateianhang angezeigt werden. Um eine vollständige Rückverfolgbarkeit zu erreichen, ist es wichtig, die Beziehung zwischen den Materialpositionen zu definieren.

Die Nutzung von Labfolder ist lizenzbasiert, wodurch sichergestellt wird, dass nur Personen mit einer Labfolder-Lizenz Zugriff auf die im System gespeicherten Daten haben. Während Lizenzen von ausgeschiedenen Mitgliedern wiederverwendet werden können, verbleiben deren Daten innerhalb der Institution. Um die Daten-Integrität zu schützen, erlaubt Labfolder das Löschen von Einträgen nicht.

Metadaten können mithilfe der Datenelemente von Labfolder hinzugefügt werden. Datenelemente bieten eine einheitliche Struktur für die Angabe von physikalischen Größen und Einheiten, qualitativen Daten oder Elementen, die im Labregister erfasst werden. Die Organisation experimenteller Parameter hilft dem Benutzer, die Wiederverwendbarkeit der Daten zu erhöhen.

Fazit: FAIR-Data bringt die Forschung voran

Die biopharmazeutische und biowissenschaftliche Forschung und Entwicklung wird zunehmend datengesteuert. Es besteht die Notwendigkeit, Daten und digitale Bestände in Übereinstimmung mit den FAIR-Leitprinzipien zu organisieren und zu verwalten. FAIR-Daten sind maschinenlesbare, skalierbare und hochwertige digitale Daten, unabhängig davon, ob sie in der kommerziellen biowissenschaftlichen Forschung und Entwicklung oder im öffentlichen Bereich angesiedelt sind.

Die Umsetzung von FAIR kann die Kluft zwischen der akademischen Welt und der biopharmazeutischen Industrie verkleinern und eine engere Zusammenarbeit ermöglichen, was letztlich allen Beteiligten zugute kommt, insbesondere den Patienten, die schnellen Zugang zu wirksamen und sicheren Behandlungen benötigen.

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