abstrakt
fluorokinoloner, antibiotika som orsakar DNA-skada genom att hämma DNA-topoisomeraser, är kliniskt viktiga, men deras verkningsmekanism är ännu inte helt förstådd. I synnerhet har det dynamiska svaret från bakterieceller till fluorokinolonexponering knappast undersökts, även om SOS-svaret, utlöst av DNA-skada, ofta tros spela en nyckelroll. Här undersökte vi tillväxthämningen av bakterien Escherichia coli av fluorokinolonciprofloxacin vid låga koncentrationer. Vi mätte den långsiktiga och kortsiktiga dynamiska responsen av tillväxthastigheten och DNA-produktionshastigheten till ciprofloxacin på både populations-och encelliga nivåer. Vi visar att, trots DNA-metabolismens molekylära komplexitet, reproducerar en enkel vägspärr-och-död-modell med fokus på replikationsgaffelblockering och DNA-skada av ciprofloxacin-förgiftat DNA topoisomeras II (gyras) kvantitativt långsiktiga tillväxthastigheter i närvaro av ciprofloxacin. Modellen förutspår också dynamiska förändringar i DNA-produktionshastigheten i vildtyp E. coli och i en rekombinationsbrist mutant efter ett steg upp av ciprofloxacin. Vårt arbete belyser att bakterieceller visar ett fördröjt tillväxthastighetssvar efter exponering för fluorokinolon. Viktigast, vår modell förklarar varför svaret är försenat: det tar många fördubblingstider att fragmentera DNA tillräckligt för att hämma genuttryck. Vi visar också att det dynamiska svaret styrs av tidsskalan för DNA-replikation och gyrasbindning/bindning till DNA snarare än av SOS-svaret, vilket utmanar den accepterade vyn. Vårt arbete belyser vikten av att inkludera detaljerade biofysiska processer i biokemiska systemmodeller för att kvantitativt förutsäga bakteriesvaret mot antibiotika.