وحدة تشكيل المستعمرات

في علم الأحياء الدقيقة  وحدة تشكيل المستعمرات ( CFU ، cfu ، Cfu ) هي وحدة تستخدم لتقدير عدد الخلايا الحية او لديها القدرة على الانقسام من البكتيريا او الفطرية في العينة. يتم تعريف الخلايا الحية على أنها القدرة على التكاثر عبر الانقسام الثنائي في بيئة النمو. يتطلب العد باستخدام وحدة تشكيل المستعمرات إلى استنبات الميكروب في بيئة النمو وعد الخلايا القابلة للانقسام فقط ، على عكس الفحص المجهري الذي يعد جميع الخلايا حية أو ميتة. يتطلب العد المظهري المرئي للمستعمرة في بيئة النمو كثافة نمو خلوي عالية ، فعندما يتم عد المستعمرات يكون من غير المؤكد ما إذا كانت المستعمرة الواحدة قد نشأت من خلية واحدة أو مجموعة من الخلايا ، لذا يعد عد الخلايا بوحدة عد المستعمرات عملية غير دقيقة.

النظرية

الغرض من عد الأطباق هو تقدير عدد الخلايا الموجودة بناءً على قدرتها على تكوين مستعمرات في ظروف معينة من المواد الغذائية ودرجة الحرارة والوقت. علمياً يمكن لخلية واحدة قابلة للانقسام أن تؤدي إلى مستعمرة من خلال التكرار. ومع ذلك المنظور العلمي فإن الخلايا الانفرادية هي الاستثناء في الطبيعة ، وعلى الأرجح أن الخلايا السابقة للمستعمرة كانت عبارة عن كتلة من الخلايا المترسبة معًا. بالإضافة إلى ذلك  تنمو العديد من البكتيريا في سلاسل (مثل البكتيريا العقدية ) أو كتل (مثل البكتيريا الكروية العنقودية ).   في معظم الحالات يشير تقدير عدد الخلايا بواسطة وحدة تشكيل المستعمرة CFU  إلى عدد الخلايا الحية فقط الموجودة في العينة ، هذا لأن عد CFU يفترض أن كل مستعمرة منفصلة وتؤسس بواسطة خلية ميكروبية واحدة قابلة للانقسام.  
عد الاطباق خطي في بكتيريا الـE. coli على مدى 30 إلى 300 CFU مستعمره في طبق بتري معياري الحجم.  لذلك لضمان أن تكون العينة في هذا النطاق ، يتطلب تخفيف اللقاح بعدة تخفيفات. عادة ما يتم استخدام التخفيفات بعشرة أضعاف ، ويتم تلقيح سلسلة للتخفيف بتكرار من 2 أو 3 على مدى التخفيفات المختارة. تتم قراءة عدد المستعمرات النامية على الطبق CFU في النطاق الخطي  ثم يتم استنتاج العدد في الجرام الواحد CFU / g (أو الملليتر الواحد CFU / mL) ، مع مراعاة حجم الطبق وعامل التخفيف الخاص به.   
من مزايا هذه الطريقة أن الأنواع الميكروبية المختلفة قد تؤدي إلى ظهور مستعمرات مختلفة بشكل واضح عن بعضها البعض ، سواء المجهرية أو الدقيقة . يمكن أن يكون النمط الظاهري للمستعمرة ذا فائدة كبيرة في تحديد المخلوقات الحية الدقيقة الموجودة.   
يمكن الفهم المسبق للتشريح المجهري للمخلوقات الحية أن يقدم فهماً أفضل للعلاقة وحدة تشكيل المستعمرات CFU  في المليلتر الواحد mL ، والذي ينسب إلى عدد الخلايا القابلة للانقسام لكل مليلتر. حيث التقليل من متوسط عدد الخلايا لكل CFU في بعض الحالات عن طريق مزج  العينة قبل إجراء التخفيف. ومع ذلك ، فإن العديد من المخلوقات الحية الدقيقة حساسة وقد يتسبب مز النمو قبل التخفيف في تقليل عدد الخلايا الحية و القابلة للانقسام في البيئة.

الترميز اللوغاريتمي

يمكن التعبير عن تركيز الوحدات المكونة للمستعمرة باستخدام الترميز اللوغاريتمي ، حيث تكون القيمة الموضحة هي اللوغاريتم الأساسي 10 للتركيز.    يسمح ذلك بحساب لـ log reduction في عملية إزالة التلوث كوسيلة احصاء لعدد المستعمرات بشكل بسيط.

الأدوات المستخدمة في حساب المستعمرات

يتم إجراء عد مستعمرات يدويًا باستخدام قلم وعداد نقرات. هذه طريقة بسيطة بشكل عام ، ولكنها قد تكون شاقة جدًا وتستغرق وقتًا طويلًا عندما يتم عد العديد من الأطباق. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام حلول شبه آلية (برامج) وتلقائية (برامج + أجهزة). 

الأنظمة الآلية

تُستخدم العديد من الأنظمة الآلية للتصدي الأخطاء البشرية ، حيث أن العديد من تقنيات البحث التي يقوم بها الأشخاص الذين يحسبون الخلايا الفردية لديهم فرصة كبيرة للخطأ. نظرًا لحقيقة أن الباحثين يقومون يدويًا بحساب الخلايا يدويًا بمساعدة الضوء المنقول ، يمكن أن يكون لهذه التقنية المعرضة للخطأ تأثير كبير على التركيز المحسوب في الوسط السائل الرئيسي عندما تكون الخلايا بأعداد قليلة. 
الأنظمة الآلية بالكامل متوفرة أيضًا من بعض الشركات المصنعة للتقنية الحيوية.   هي انظمة غالية الثمن بشكل عام وليست مرنة مثل البرامج المستقلة ، نظرًا لأن الأجهزة والبرامج مصممة للعمل معًا من أجل إعدادات محددة. بدلاً من ذلك ، تستخدم بعض الأنظمة الآلية نموذج الطبق ذو السطح الحلزوني .   
تسمح بعض الأنظمة الآلية مثل أنظمة MATLAB بحساب عدد الخلايا دون الحاجة إلى فرزها. وهذا بدوره  يتيح  للباحث إعادة استخدام المستعمرات في تجارب أخرى دون الحاجة لقتل الخلايا وفرزها. ومع ذلك ، فإن العيب في مثل هذه الأنظمة يكمن في صعوبة التمييز بين الكائنات الحية الدقيقة من الغبار أو الخدوش على سطح طبق الآجار المغذي لأن كلا من الغبار والخدوش يمكن أن تخلق مجموعة متنوعة للغاية من الشكل والمظهر.

وحدات بديلة

بدلاً من وحدة تشكل المستعمرات ، يتم استخدام معامل معياري اخر مثل الرقم الأكثر احتمال (Most Probable Number) أو وحدة Fishman المعدلة (Modified Fishman Units). تحسب طريقة الرقم الأكثر احتمالية الخلايا القابلة للانقسام ، وهذه الطريقة مفيدة عند عد التركيزات المنخفضة للخلايا أو عد الخلايا الميكروبية في المنتجات التي تكون فيها الجزيئات في عملية عد الأطباق غير فعالة.  وحدات فيشمان المعدلة تأخذ في الاعتبار البكتيريا القابلة للانقسام ، ولكن غير قابلة للاستزراع.