RESUMO
Fluoroquinolonas, antibióticos que causam danos ao DNA por inibição da DNA topoisomerases, são clinicamente importantes, mas seu mecanismo de ação ainda não é totalmente compreendido. Em particular, a resposta dinâmica das células bacterianas à exposição à fluoroquinolona quase não foi investigada, embora se pense que a resposta SOS, desencadeada por danos ao ADN, desempenha um papel fundamental. Investigámos aqui a inibição do crescimento da bactéria Escherichia coli pela ciprofloxacina fluoroquinolona em baixas concentrações. Mediu-se a resposta dinâmica a longo e a curto prazo da taxa de crescimento e da taxa de produção de ADN à ciprofloxacina, tanto na população como nos níveis das células únicas. Mostramos que, apesar da complexidade molecular do metabolismo do ADN, um modelo simples de bloqueio e morte, centrado no bloqueio da forquilha de replicação e na lesão do ADN causada pela topoisomerase II (girase) envenenada com ciprofloxacina, reproduz quantitativamente as taxas de crescimento a longo prazo na presença de ciprofloxacina. O modelo prevê também alterações dinâmicas na taxa de produção de ADN na E. coli de tipo selvagem e num mutante com deficiência de recombinação após um step-up de ciprofloxacina. O nosso trabalho destaca que as células bacterianas apresentam uma resposta retardada à taxa de crescimento após a exposição à fluoroquinolona. Mais importante ainda, nosso modelo explica por que a resposta é atrasada: são necessárias muitas vezes para fragmentar o DNA o suficiente para inibir a expressão do gene. Nós também mostramos que a resposta dinâmica é controlada pela escala de tempo de replicação de DNA e ligação girase/unbinding ao DNA ao invés da resposta SOS, desafiando a visão aceita. Nosso trabalho destaca a importância de incluir processos biofísicos detalhados em modelos de sistemas bioquímicos para prever quantitativamente a resposta bacteriana aos antibióticos.