È batteriostatico in un mezzo minimo

A cura di Graham C.Walker, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, e approvato il 14 settembre 2017 (ricevuto per la revisione il 19 aprile 2017)

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Significato

La resistenza agli antibiotici porta a sostanziali mortalità e morbilità e costi economici significativi perché mina gravemente la nostra capacità di trattare le infezioni batteriche. Pertanto, è necessaria una migliore comprensione dell'effetto degli antibiotici sui batteri per aumentare l'efficacia dei trattamenti e rallentare l'emergere della resistenza. Gli effetti battericidi degli antibiotici sono innescati da interazioni target-specifiche, ma vi sono prove crescenti che una parte importante della loro citotossicità deriva da disturbi metabolici indotti dal trattamento. In questo articolo riportiamo che la perturbazione della replicazione del DNA da parte di un antibiotico ad ampio spettro, trimetoprim, influisce sul metabolismo batterico, che provoca la produzione di agenti genotossici e danni al DNA, la cui elaborazione contribuisce in ultima analisi alla morte cellulare sia in condizioni aerobiche che anaerobiche.

Astratto

Gli effetti battericidi degli antibiotici sono indubbiamente innescati da interazioni target-specifiche, ma c'è una crescente evidenza che un aspetto importante della citotossicità deriva da perturbazioni metaboliche indotte dal trattamento. In questo studio, abbiamo caratterizzato i meccanismi molecolari in base ai quali il trattamento con trimetoprim provoca la morte cellulare, utilizzando Escherichia coli come organismo modello. Le cellule di E. coli coltivate in un terreno ricco che conteneva tutti gli amminoacidi e basse quantità di timidina sono state trattate con trimetoprim in condizioni aerobiche e anaerobiche. In queste condizioni di crescita, l'esaurimento accelerato della timina è il fattore scatenante principale dei processi che portano alla morte cellulare. Lo stress di replicazione del DNA indotto dalla deplezione della timina porta alla produzione di specie reattive dell'ossigeno in condizioni aerobiche e dei sottoprodotti dannosi per il DNA della respirazione dei nitrati in condizioni anaerobiche. L'abbassamento della velocità di inizio della replicazione del DNA mediante l'introduzione dell'allele dnaA (Sx) o la sovraespressione della proteina Hda riduce il numero di fork di replicazione attive, il che riduce il consumo di timidina e aumenta la resistenza al trimetoprim sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. L'analisi del coinvolgimento degli enzimi di riparazione del DNA nella citotossicità indotta da trimetoprim indica chiaramente che in presenza o in assenza di ossigeno si producono quantità diverse e / o diversi tipi di lesioni del DNA. L'elaborazione disadattiva del danno al DNA da parte degli enzimi di riparazione del DNA, in particolare dalle glicosilasi del DNA MutM e MutY, contribuisce in ultima analisi alla morte cellulare.

antibiotico
trimetoprim
lo stress ossidativo
respirazione da nitrati
Riparazione del DNA
Il tetraidrofolato (THF) è necessario per la sintesi di diverse molecole essenziali (Fig. S1), inclusi alcuni aminoacidi (metionina e glicina), purine (ATP e GTP) e timidilato (1). Pertanto, il trattamento con composti che interferiscono con la produzione di THF porta alla fame di molecole necessarie per la replicazione del DNA, la sintesi proteica e il metabolismo energetico. Per questo motivo, questi composti sono usati come farmaci antimicrobici, antimalarici e antitumorali. Il trimetoprim (TMP), un inibitore competitivo della diidrofolato reduttasi batterica, che media la riduzione del diidrofolato a THF, è comunemente usato come antibiotico ad ampio spettro (2⇓-4). L'effetto del trattamento TMP sui batteri dipende dalla composizione dei terreni di coltura. È batteriostatico in terreno minimo, mentre è battericida in terreno ricco e in terreno minimo integrato con aminoacidi e una fonte di purine (5). L'effetto battericida del TMP deriva dalla deplezione del timidilato e, quindi, dalsi presume che l'effetto sia simile a quello di una morte senza mine (TLD) (6).