وحدة تكوين المستعمرات

في علم الأحياء الدقيقة ، تُعرف وحدة تكوين المستعمرات ( CFU ) بأنها وحدة تُستخدم لتقدير عدد الخلايا الميكروبية ( بكتيريا ، فطريات ، فيروسات ، إلخ) في عينة ما، والتي تتمتع بالحيوية والقدرة على التكاثر عن طريق الانشطار الثنائي في ظل ظروف مُحكمة. يتطلب تحديد وحدات تكوين المستعمرات زراعة الميكروبات وحساب الخلايا الحية فقط، على عكس الفحص المجهري الذي يحسب جميع الخلايا، حية كانت أم ميتة. يتطلب ظهور المستعمرة بالعين المجردة في مزرعة الخلايا نموًا ملحوظًا، وعند حساب المستعمرات، لا يُمكن الجزم ما إذا كانت المستعمرة قد نشأت من خلية واحدة أو من مجموعة خلايا. لذا، فإن التعبير عن النتائج بوحدات تكوين المستعمرات يعكس هذا الغموض.

يهدف عدّ المستعمرات على الأطباق إلى تقدير عدد الخلايا الموجودة بناءً على قدرتها على تكوين مستعمرات في ظل ظروف محددة من درجة الحرارة والوقت والوسط الغذائي. نظريًا، يمكن لخلية واحدة قابلة للحياة أن تُنتج مستعمرة واحدة من خلال التكاثر. مع ذلك، تُعدّ الخلايا المنفردة استثناءً في الطبيعة، وفي معظم الحالات يكون أصل المستعمرة عبارة عن كتلة من الخلايا المتجمعة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} إضافةً إلى ذلك، تنمو العديد من البكتيريا في سلاسل (مثل المكورات العقدية ) أو تجمعات (مثل المكورات العنقودية ). ولهذه الأسباب، فإن تقدير أعداد الميكروبات باستخدام وحدات تكوين المستعمرات (CFU) سيؤدي في معظم الحالات إلى التقليل من عدد الخلايا الحية الموجودة في العينة. ^{[ 3 ]}

عادةً، تُزرع عينات مُخففة عشر مرات بشكل متسلسل لضمان الحصول على عدد قابل للعد من المستعمرات. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تتراوح أحجام الزرع عمومًا من 100  ميكرولتر إلى 1  مل. ^{[ 5 ]} تُحصى المستعمرات على الطبق، ثم يُحسب عدد وحدات تكوين المستعمرات لكل غرام (أو لكل مل) من العينة الأصلية بناءً على حجم الزرع ومعامل التخفيف.

تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في أن الأنواع الميكروبية المختلفة قد تُنتج مستعمرات تختلف اختلافًا واضحًا عن بعضها البعض، سواءً على المستوى المجهري أو العياني . ويمكن أن يكون شكل المستعمرة مفيدًا للغاية في تحديد الكائن الحي الدقيق الموجود. ^{[ 6 ]}

إن الفهم المسبق للتشريح المجهري للكائن الحي يُتيح فهمًا أفضل لكيفية ارتباط عدد المستعمرات البكتيرية لكل ملليلتر (CFU/mL) بعدد الخلايا الحية في كل ملليلتر. وبدلاً من ذلك، يُمكن تقليل متوسط ​​عدد الخلايا لكل وحدة مستعمرة بكتيرية في بعض الحالات عن طريق خلط العينة باستخدام جهاز الخلط الدوامي قبل إجراء التخفيف. مع ذلك، فإن العديد من الكائنات الدقيقة حساسة، وقد تتأثر نسبة الخلايا الحية فيها سلبًا عند وضعها في جهاز الخلط الدوامي. ^{[ 7 ]}

تُستخدم وحدات تكوين المستعمرات لتحديد النتائج كمياً في العديد من طرق الزرع والعد الميكروبيولوجي، بما في ذلك:

• تعتمد طريقة الصب في الأطباق على تعليق العينة في طبق بتري باستخدام أجار منصهر مُبرد إلى حوالي 40-45  درجة مئوية (أعلى بقليل من درجة التصلب لتقليل موت الخلايا الناتج عن الحرارة). بعد تصلب الأجار المغذي، يُحضن الطبق. ^{[ 11 ]}
• طريقة الزرع السطحي حيث يتم نشر العينة (بحجم صغير) على سطح طبق أجار مغذي وتترك لتجف قبل حضانتها للعد. ^{[ 11 ]}
• تعتمد طريقة الترشيح الغشائي على ترشيح العينة عبر مرشح غشائي، ثم وضع المرشح على سطح طبق أجار مغذي. خلال فترة الحضانة، تتسرب المغذيات عبر المرشح لدعم نمو الخلايا. ولأن مساحة سطح معظم المرشحات أقل من مساحة طبق بتري القياسي، فإن النطاق الخطي لعدد الخلايا في الطبق سيكون أقل. ^{[ 11 ]}
• تعتمد طريقة مايلز وميسرا، أو طريقة التقطير على الأطباق، على وضع كمية صغيرة جدًا (عادةً حوالي 10 ميكرولتر) من العينة من كل تخفيف متسلسل على طبق بتري. يجب قراءة الطبق عندما تكون المستعمرات صغيرة جدًا لمنع فقدان وحدات تكوين المستعمرات (CFU) أثناء نموها معًا. ^{[ 12 ]}

ومع ذلك، في التقنيات التي تتطلب استخدام طبق أجار، لا يمكن استخدام محلول سائل لأن نقاء العينة لا يمكن تحديده، ولا يمكن عد الخلايا واحدة تلو الأخرى في السائل. ^{[ 13 ]}

يُجرى عدّ المستعمرات تقليديًا يدويًا باستخدام قلم وعداد نقرات. وهي مهمة بسيطة عمومًا، لكنها قد تصبح شاقة ومستهلكة للوقت عند الحاجة إلى عدّ العديد من الأطباق. ويمكن بدلاً من ذلك استخدام حلول شبه آلية (برمجيات) أو آلية بالكامل (أجهزة وبرمجيات). ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

الأنظمة الآلية

تُستخدم العديد من الأنظمة الآلية للحد من الخطأ البشري ، إذ أن العديد من تقنيات البحث التي يقوم بها البشر عن طريق عدّ الخلايا الفردية تنطوي على احتمالية عالية للخطأ. ونظرًا لأن الباحثين يقومون عادةً بعدّ الخلايا يدويًا باستخدام ضوء نافذ، فإن هذه التقنية المعرضة للخطأ قد تؤثر بشكل كبير على التركيز المحسوب في الوسط السائل الرئيسي عندما تكون أعداد الخلايا قليلة. ^{[ 24 ]}

تتوفر أنظمة مؤتمتة بالكامل من بعض شركات تصنيع التكنولوجيا الحيوية. ^{[ 25 ] [ 26 ]} وهي عمومًا باهظة الثمن وأقل مرونة من البرامج المستقلة، نظرًا لتصميم الأجهزة والبرامج للعمل معًا ضمن إعداد محدد. ^{[ 18 ]} في المقابل، تستخدم بعض الأنظمة المؤتمتة نموذج الزرع الحلزوني . ^{[ 27 ]}

تتيح بعض الأنظمة الآلية، مثل أنظمة MATLAB، عدّ الخلايا دون الحاجة إلى تلوينها. وهذا يسمح بإعادة استخدام المستعمرات في تجارب أخرى دون خطر قتل الكائنات الدقيقة بالصبغات. مع ذلك، من عيوب هذه الأنظمة الآلية صعوبة التمييز بين الكائنات الدقيقة التي تظهر عليها آثار الغبار أو الخدوش على أطباق أجار الدم، لأن كلاً من الغبار والخدوش قد يُنتج مزيجًا شديد التنوع من الأشكال والمظاهر. ^{[ 28 ]}

• عد الخلايا
• وسط النمو
• طريقة مايلز وميسرا
• الرقم الأكثر احتمالاً
• طلاء طبق الأصل
• اللويحة الفيروسية

• فيشمان، ويليام هـ.؛ بيرنفيلد، بيتر (1955). [ 31 ] غلوكورونيداز . طرق في علم الإنزيمات. المجلد  1. الصفحات 262-269 . doi : 10.1016/0076-6879(55)01035-5 .