abstrakt
fluorokinoloner, antibiotika, der forårsager DNA-skader ved at hæmme DNA-Topoisomeraser, er klinisk vigtige, men deres virkningsmekanisme er endnu ikke fuldt ud forstået. Især er bakteriecellernes dynamiske respons på fluorokinoloneksponering næppe blevet undersøgt, skønt SOS-responsen, der udløses af DNA-skade, ofte menes at spille en nøglerolle. Her undersøgte vi væksthæmningen af bakterien Escherichia coli af fluorokinolonciprofloksacin ved lave koncentrationer. Vi målte den langsigtede og kortsigtede dynamiske respons af vækstraten og DNA-produktionshastigheden til ciproflocacin på både populations-og enkeltcelleniveauer. Vi viser, at på trods af den molekylære kompleksitet af DNA-metabolisme, en simpel vejspærring-og-kill-model med fokus på replikationsgaffelblokering og DNA-beskadigelse af CIPROFLOKSACIN-forgiftet DNA topoisomerase II (gyrase) reproducerer kvantitativt langsigtede vækstrater i nærvær af ciprofloksacin. Modellen forudsiger også dynamiske ændringer i DNA-produktionshastigheden i vildtype E. coli og i en rekombination-mangelfuld mutant efter en optrapning af ciproflocacin. Vores arbejde fremhæver, at bakterieceller viser en forsinket væksthastighedsrespons efter eksponering for fluorokinolon. Vigtigst er det, at vores model forklarer, hvorfor svaret er forsinket: det tager mange fordoblingstider at fragmentere DNA ‘ et tilstrækkeligt til at hæmme genekspression. Vi viser også, at det dynamiske respons styres af tidsskalaen for DNA-replikation og gyrasebinding/ubinding til DNA ‘ et snarere end af SOS-responsen, hvilket udfordrer den accepterede opfattelse. Vores arbejde fremhæver vigtigheden af at inkludere detaljerede biofysiske processer i biokemiske systemmodeller for kvantitativt at forudsige det bakterielle respons på antibiotika.