streszczenie
fluorochinolony, antybiotyki powodujące uszkodzenie DNA poprzez hamowanie topoizomeraz DNA, są klinicznie ważne, ale ich mechanizm działania nie jest jeszcze w pełni poznany. W szczególności dynamiczna odpowiedź komórek bakteryjnych na ekspozycję na fluorochinolon nie została zbadana, chociaż często uważa się, że odpowiedź SOS, wywołana uszkodzeniem DNA, odgrywa kluczową rolę. Tutaj zbadaliśmy hamowanie wzrostu bakterii Escherichia coli przez fluorochinolon cyprofloksacynę w niskich stężeniach. Mierzyliśmy długoterminową i krótkoterminową dynamiczną odpowiedź szybkości wzrostu i szybkości produkcji DNA na cyprofloksacynę zarówno w populacji, jak i na poziomie pojedynczych komórek. Pokazujemy, że pomimo molekularnej złożoności metabolizmu DNA, prosty model blokowania i zabijania, koncentrujący się na blokowaniu widełek replikacyjnych i uszkodzeniu DNA przez zatrutą cyprofloksacyną topoizomerazę DNA II (gyrazę) ilościowo odtwarza długoterminowe tempo wzrostu w obecności cyprofloksacyny. Model przewiduje również dynamiczne zmiany w szybkości produkcji DNA u dzikiego typu E. coli i mutanta z niedoborem rekombinacji po zwiększeniu dawki cyprofloksacyny. Nasza praca podkreśla, że komórki bakteryjne wykazują opóźnioną reakcję tempa wzrostu po ekspozycji na fluorochinolon. Co najważniejsze, nasz model wyjaśnia, dlaczego odpowiedź jest opóźniona: fragmentacja DNA wystarczająca do zahamowania ekspresji genów wymaga wiele razy podwojenia. Pokazujemy również, że dynamiczna odpowiedź jest kontrolowana przez ramy czasowe replikacji DNA i wiązania gyrazy / unbindingu do DNA, a nie przez odpowiedź SOS, kwestionując akceptowany pogląd. Nasze prace podkreślają znaczenie uwzględnienia szczegółowych procesów biofizycznych w modelach układów biochemicznych w celu ilościowego przewidywania odpowiedzi bakterii na antybiotyki.