ABSTRAKT
Fluorokinoloner, antibiotika som forårsaker DNA-skade ved å hemme DNA topoisomeraser, er klinisk viktig, men deres virkningsmekanisme er ennå ikke fullt ut forstått. Spesielt har den dynamiske responsen av bakterielle celler til fluorokinoloneksponering knapt blitt undersøkt, selv OM SOS-responsen, utløst AV DNA-skade, ofte antas å spille en nøkkelrolle. Her undersøkte vi veksthemming av bakterien Escherichia coli ved fluorokinolon ciprofloxacin ved lave konsentrasjoner. Vi målte den langsiktige og kortsiktige dynamiske responsen av vekstraten og DNA – produksjonsraten til ciprofloxacin både på populasjons-og enkeltcellenivå. Vi viser at, til tross for DEN molekylære kompleksiteten AV DNA metabolisme, en enkel veisperring-og-kill modell med fokus på replikering gaffel blokkering og DNA-skade av ciprofloxacin-forgiftet DNA topoisomerase II (gyrase) reproduserer kvantitativt langsiktige vekstrater i nærvær av ciprofloxacin. Modellen forutsier også dynamiske endringer i DNA-produksjonshastigheten i villtype E. coli og i en rekombinasjons-mangelfull mutant etter en oppstart av ciprofloxacin. Vårt arbeid fremhever at bakterielle celler viser en forsinket vekstrespons etter fluorokinoloneksponering. Viktigst, vår modell forklarer hvorfor responsen er forsinket: det tar mange doblingstider å fragmentere DNA tilstrekkelig til å hemme genuttrykk. Vi viser også at den dynamiske responsen styres av tidsskalaen FOR DNA-replikasjon og gyrasebinding/ubinding TIL DNA i stedet FOR AV SOS-responsen, og utfordrer den aksepterte visningen. Vårt arbeid fremhever viktigheten av å inkludere detaljerte biofysiske prosesser i biokjemiske systemmodeller for å kvantitativt forutsi bakteriell respons på antibiotika.