abstrakt
fluorochinolony, antibiotika, která způsobují poškození DNA inhibicí DNA topoizomeráz, jsou klinicky důležité, ale jejich mechanismus účinku není dosud zcela objasněn. Zejména dynamická reakce bakteriálních buněk na expozici fluorochinolonu byla stěží zkoumána, ačkoli odpověď SOS, vyvolaná poškozením DNA, je často považována za klíčovou roli. Zde jsme zkoumali inhibici růstu bakterie Escherichia coli fluorochinolonovým ciprofloxacinem v nízkých koncentracích. Měřili jsme dlouhodobou a krátkodobou dynamickou odezvu rychlosti růstu a rychlosti produkce DNA na ciprofloxacin na populační i jednobuněčné úrovni. Ukazujeme, že i přes molekulární složitost metabolismu DNA, jednoduchý model roadblock-and-kill zaměřený na replikační blokádu vidlic a poškození DNA topoizomerázou II (gyrázou) otrávenou DNA ciprofloxacinem kvantitativně reprodukuje dlouhodobé tempo růstu v přítomnosti ciprofloxacinu. Model také předpovídá dynamické změny rychlosti produkce DNA u E. coli divokého typu a u mutanta s deficitem rekombinace po zvýšení ciprofloxacinu. Naše práce zdůrazňuje, že bakteriální buňky vykazují zpožděnou reakci na růst po expozici fluorochinolonu. A co je nejdůležitější, náš model vysvětluje, proč je odpověď zpožděna: trvá mnoho zdvojnásobení, než se dna dostatečně fragmentuje, aby se inhibovala genová exprese. Ukazujeme také, že dynamická odezva je řízena časovým rozsahem replikace DNA a vazbou/uvolněním gyrázy na DNA spíše než odpovědí SOS, což zpochybňuje přijatý názor. Naše práce zdůrazňuje význam zahrnutí podrobných biofyzikálních procesů do modelů biochemických systémů pro kvantitativní predikci bakteriální odpovědi na antibiotika.