RESUMEN
Las fluoroquinolonas, antibióticos que causan daño al ADN al inhibir las topoisomerasas del ADN, son clínicamente importantes, pero su mecanismo de acción aún no se conoce completamente. En particular, apenas se ha investigado la respuesta dinámica de las células bacterianas a la exposición a fluoroquinolonas, aunque a menudo se cree que la respuesta SOS, desencadenada por daños en el ADN, desempeña un papel clave. Aquí, investigamos la inhibición del crecimiento de la bacteria Escherichia coli por la fluoroquinolona ciprofloxacina a bajas concentraciones. Se midió la respuesta dinámica a largo y corto plazo de la tasa de crecimiento y la tasa de producción de ADN a ciprofloxacino tanto en la población como en los niveles unicelulares. Mostramos que, a pesar de la complejidad molecular del metabolismo del ADN, un modelo simple de bloqueo y eliminación que se centra en el bloqueo de la horquilla de replicación y el daño al ADN por la topoisomerasa II de ADN envenenada con ciprofloxacina (girasa) reproduce cuantitativamente las tasas de crecimiento a largo plazo en presencia de ciprofloxacina. El modelo también predice cambios dinámicos en la tasa de producción de ADN en E. coli de tipo salvaje y en un mutante deficiente en recombinación tras un aumento de ciprofloxacino. Nuestro trabajo destaca que las células bacterianas muestran una respuesta retardada a la tasa de crecimiento después de la exposición a fluoroquinolonas. Lo que es más importante, nuestro modelo explica por qué la respuesta se retrasa: se necesitan muchos tiempos de duplicación para fragmentar el ADN lo suficiente como para inhibir la expresión génica. También mostramos que la respuesta dinámica está controlada por la escala de tiempo de replicación del ADN y unión/unión de girasa al ADN en lugar de por la respuesta SOS, desafiando la visión aceptada. Nuestro trabajo destaca la importancia de incluir procesos biofísicos detallados en modelos de sistemas bioquímicos para predecir cuantitativamente la respuesta bacteriana a los antibióticos.