Un xenobiótico es una sustancia química presente en un organismo que no se produce de forma natural ni se espera que esté presente en él. También puede incluir sustancias que están presentes en concentraciones mucho más altas de lo habitual. Los compuestos naturales también pueden convertirse en xenobióticos si son absorbidos por otro organismo, como la absorción de hormonas humanas naturales por parte de los peces que se encuentran aguas abajo de los desagües de las plantas de tratamiento de aguas residuales, o las defensas químicas producidas por algunos organismos como protección contra los depredadores. [1] El término "xenobiótico" también se utiliza para referirse a los órganos trasplantados de una especie a otra.
El término "xenobióticos", sin embargo, se utiliza muy a menudo en el contexto de contaminantes como las dioxinas y los bifenilos policlorados y su efecto sobre la biota , porque se entiende por xenobióticos sustancias ajenas a todo un sistema biológico, es decir, sustancias artificiales, que no existían en la naturaleza antes de su síntesis por los seres humanos. El término xenobiótico se deriva de las palabras griegas ξένος (xenos) = extranjero, extraño y βίος (bios) = vida, más el sufijo griego para los adjetivos -τικός, -ή, -όν (-tikos, -ē, -on). Los xenobióticos pueden agruparse como carcinógenos , fármacos, contaminantes ambientales, aditivos alimentarios , hidrocarburos y pesticidas.
El cuerpo elimina los xenobióticos mediante el metabolismo de los xenobióticos . Este consiste en la desactivación y excreción de los xenobióticos y ocurre principalmente en el hígado. Las vías de excreción son la orina, las heces, el aliento y el sudor. Las enzimas hepáticas son responsables del metabolismo de los xenobióticos al activarlos primero (oxidación, reducción, hidrólisis y/o hidratación del xenobiótico) y luego conjugar el metabolito secundario activo con ácido glucurónico , ácido sulfúrico o glutatión , seguido de la excreción en la bilis o la orina. Un ejemplo de un grupo de enzimas involucradas en el metabolismo de los xenobióticos es el citocromo P450 microsomal hepático . Estas enzimas que metabolizan los xenobióticos son muy importantes para la industria farmacéutica porque son responsables de la descomposición de los medicamentos. Una especie con este sistema único de citocromo P450 es Drosophila mettleri , que utiliza resistencia a los xenobióticos para explotar un rango de anidación más amplio que incluye tanto el suelo humedecido con exudados necróticos como las propias parcelas necróticas.
Aunque el cuerpo es capaz de eliminar los xenobióticos reduciéndolos a una forma menos tóxica a través del metabolismo de los xenobióticos y luego excretándolos, también es posible que se conviertan en una forma más tóxica en algunos casos. Este proceso se conoce como bioactivación y puede dar lugar a cambios estructurales y funcionales en la microbiota. [2] La exposición a los xenobióticos puede alterar la estructura de la comunidad del microbioma, ya sea aumentando o disminuyendo el tamaño de ciertas poblaciones bacterianas según la sustancia. Los cambios funcionales que resultan varían según la sustancia y pueden incluir una mayor expresión de genes implicados en la respuesta al estrés y la resistencia a los antibióticos , cambios en los niveles de metabolitos producidos, etc. [3]
Los organismos también pueden evolucionar para tolerar xenobióticos. Un ejemplo es la coevolución de la producción de tetrodotoxina en el tritón de piel áspera y la evolución de la resistencia a la tetrodotoxina en su depredador, la culebra de liga común . En este par depredador-presa, una carrera armamentista evolutiva ha producido altos niveles de toxina en el tritón y correspondientemente altos niveles de resistencia en la serpiente. [4] Esta respuesta evolutiva se basa en que la serpiente desarrolla formas modificadas de los canales iónicos sobre los que actúa la toxina, volviéndose así resistente a sus efectos. [5] Otro ejemplo de un mecanismo de tolerancia a xenobióticos es el uso de transportadores de casete de unión a ATP (ABC) , que se exhibe en gran medida en los insectos. [6] Dichos transportadores contribuyen a la resistencia al permitir el transporte de toxinas a través de la membrana celular, evitando así la acumulación de estas sustancias dentro de las células.
Las sustancias xenobióticas son un problema para los sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya que son muchas en número y cada una presentará sus propios problemas en cuanto a cómo eliminarlas (y si vale la pena intentarlo).
Algunas sustancias xenobióticas son resistentes a la degradación. Los xenobióticos como los bifenilos policlorados (PCB), los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y el tricloroetileno (TCE) se acumulan en el medio ambiente debido a sus propiedades recalcitrantes y se han convertido en un problema ambiental debido a su toxicidad y acumulación. Esto ocurre particularmente en el medio ambiente subterráneo y en las fuentes de agua, así como en los sistemas biológicos, y tiene el potencial de afectar la salud humana. [7] Algunas de las principales fuentes de contaminación e introducción de xenobióticos en el medio ambiente provienen de grandes industrias como la farmacéutica, los combustibles fósiles, el blanqueo de pulpa y papel y la agricultura. [8] Por ejemplo, pueden ser organoclorados sintéticos como los plásticos y los pesticidas, o productos químicos orgánicos naturales como los hidrocarburos poliaromáticos (HAP) y algunas fracciones de petróleo crudo y carbón.
Los microorganismos pueden ser una solución viable a este problema de contaminación ambiental mediante la degradación de los xenobióticos; un proceso conocido como biorremediación . [9] Los microorganismos pueden adaptarse a los xenobióticos introducidos en el medio ambiente a través de la transferencia horizontal de genes , con el fin de utilizar dichos compuestos como fuentes de energía. [8] Este proceso puede alterarse aún más para manipular las vías metabólicas de los microorganismos con el fin de degradar xenobióticos dañinos en condiciones ambientales específicas a una velocidad más deseable. [8] Los mecanismos de biorremediación incluyen tanto la ingeniería genética de microorganismos como el aislamiento de los microbios degradadores de xenobióticos de origen natural. [9] Se han realizado investigaciones para identificar los genes responsables de la capacidad de los microorganismos para metabolizar ciertos xenobióticos y se ha sugerido que esta investigación puede utilizarse para diseñar microorganismos específicamente para este propósito. [9] No solo se pueden diseñar las vías actuales para que se expresen en otros organismos, sino que la creación de nuevas vías es un enfoque posible. [8]
Los xenobióticos pueden estar limitados en el medio ambiente y ser de difícil acceso en áreas como el entorno subterráneo. [8] Los organismos degradativos pueden ser diseñados para aumentar la movilidad con el fin de acceder a estos compuestos, incluyendo una quimiotaxis mejorada . [8] Una limitación del proceso de biorremediación es que se requieren condiciones óptimas para el funcionamiento metabólico adecuado de ciertos microorganismos, lo que puede ser difícil de cumplir en un entorno ambiental. [7] En algunos casos, un solo microorganismo puede no ser capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para la degradación de un compuesto xenobiótico y por lo tanto se pueden emplear "consorcios bacterianos sintróficos". [8] En este caso, un grupo de bacterias trabaja en conjunto, lo que da como resultado productos finales de un organismo que son degradados aún más por otro organismo. [7] En otros casos, los productos de un microorganismo pueden inhibir la actividad de otro, y por lo tanto se debe mantener un equilibrio. [8]
Muchos xenobióticos producen una variedad de efectos biológicos, que se utilizan cuando se caracterizan mediante bioensayos . Antes de que puedan registrarse para su venta en la mayoría de los países, los pesticidas xenobióticos deben someterse a una evaluación exhaustiva para determinar los factores de riesgo, como la toxicidad para los seres humanos, la ecotoxicidad o la persistencia en el medio ambiente. Por ejemplo, durante el proceso de registro, se descubrió que el herbicida cloransulam-metil se degradaba con relativa rapidez en el suelo. [10]
El término xenobiótico también se utiliza para referirse a los órganos trasplantados de una especie a otra. Por ejemplo, algunos investigadores esperan que se puedan trasplantar corazones y otros órganos de cerdos a humanos. Cada año mueren muchas personas cuyas vidas podrían haberse salvado si se hubiera dispuesto de un órgano crítico para el trasplante. Los riñones son actualmente el órgano que se trasplanta con más frecuencia. Los órganos xenobióticos tendrían que desarrollarse de tal manera que no fueran rechazados por el sistema inmunológico .
Metabolismo de fármacos – El metabolismo de xenobióticos se redirige al caso especial: Metabolismo de fármacos.