absztrakt
a fluorokinolonok, a DNS-topoizomerázok gátlása révén DNS-károsodást okozó antibiotikumok klinikailag jelentősek, de hatásmechanizmusuk még nem teljesen ismert. Különösen a baktériumsejtek fluorokinolon-expozícióra adott dinamikus válaszát alig vizsgálták, bár a DNS-károsodás által kiváltott SOS-válasz gyakran kulcsszerepet játszik. Itt vizsgáltuk az Escherichia coli baktérium növekedési gátlását a fluorokinolon ciprofloxacin által alacsony koncentrációban. A növekedési ütem és a DNS-előállítási ütem ciprofloxacinra adott hosszú távú és rövid távú dinamikus válaszát mértük mind a populációs, mind az egysejtű szinten. Megmutattuk, hogy a DNS-anyagcsere molekuláris összetettsége ellenére egy egyszerű útlezáró és-elpusztító modell, amely a ciprofloxacinnal mérgezett DNS-topoizomeráz II (giráz) által okozott replikációs villa-elzáródásra és DNS-károsodásra összpontosít, kvantitatívan reprodukálja a hosszú távú növekedési ütemeket ciprofloxacin jelenlétében. A modell a vad típusú E. coli és a rekombinációhiányos mutáns DNS-termelési sebességének dinamikus változásait is megjósolja a ciprofloxacin-kezelés fokozását követően. Munkánk kiemeli, hogy a baktériumsejtek késleltetett növekedési sebességet mutatnak a fluorokinolon expozíciót követően. A legfontosabb, hogy modellünk megmagyarázza, miért késik a válasz: sok megduplázódásra van szükség ahhoz, hogy a DNS-t eléggé fragmentáljuk a génexpresszió gátlásához. Azt is megmutatjuk, hogy a dinamikus választ a DNS-replikáció és a giráz kötődés/a DNS-hez való kötődés időskálája szabályozza, nem pedig az SOS válasz, ami megkérdőjelezi az elfogadott nézetet. Munkánk kiemeli annak fontosságát, hogy a biokémiai rendszermodellekbe részletes biofizikai folyamatokat is belefoglaljunk az antibiotikumokra adott bakteriális válasz kvantitatív előrejelzéséhez.