rezumat
fluorochinolonele, antibioticele care cauzează deteriorarea ADN-ului prin inhibarea topoizomerazelor ADN, sunt importante din punct de vedere clinic, dar mecanismul lor de acțiune nu este încă pe deplin înțeles. În special, răspunsul dinamic al celulelor bacteriene la expunerea la fluorochinolonă a fost greu investigat, deși răspunsul SOS, declanșat de deteriorarea ADN-ului, este adesea considerat a juca un rol cheie. Aici, am investigat inhibarea creșterii bacteriei Escherichia coli de către fluorochinolona ciprofloxacină la concentrații scăzute. Am măsurat răspunsul dinamic pe termen lung și pe termen scurt al ratei de creștere și al ratei de producție a ADN-ului la ciprofloxacină atât la nivel de populație, cât și la nivel unicelular. Arătăm că, în ciuda complexității moleculare a metabolismului ADN, un model simplu de blocare și ucidere care se concentrează pe blocarea furcii de replicare și deteriorarea ADN-ului de către topoizomeraza II (giraza) otrăvită cu ciprofloxacină reproduce cantitativ ratele de creștere pe termen lung în prezența ciprofloxacinei. Modelul prezice, de asemenea, modificări dinamice ale ratei de producție a ADN-ului în E. coli de tip sălbatic și într-un mutant cu deficit de recombinare după o creștere a ciprofloxacinei. Munca noastră evidențiază faptul că celulele bacteriene prezintă un răspuns întârziat al ratei de creștere după expunerea la fluorochinolonă. Cel mai important, modelul nostru explică de ce răspunsul este întârziat: este nevoie de multe dublări pentru a fragmenta ADN-ul suficient pentru a inhiba expresia genelor. De asemenea, arătăm că răspunsul dinamic este controlat de intervalul de timp al replicării ADN-ului și legării/dezlegării girazei de ADN, mai degrabă decât de răspunsul SOS, provocând viziunea acceptată. Munca noastră evidențiază importanța includerii proceselor biofizice detaliate în modelele sistemelor biochimice pentru a prezice cantitativ răspunsul bacterian la antibiotice.