Un xenobiótico es una sustancia química que se encuentra dentro de un organismo y que no se produce de forma natural ni se espera que esté presente en el organismo. También puede abarcar 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 los peces que se encuentran aguas abajo de los emisarios 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 órganos trasplantados de una especie a otra.
Sin embargo, el término xenobióticos se utiliza muy a menudo en el contexto de contaminantes como las dioxinas y los bifenilos policlorados y su efecto sobre la biota , porque los xenobióticos se entienden como sustancias extrañas a todo un sistema biológico, es decir, sustancias artificiales, que no existían en naturaleza antes de su síntesis por el hombre. 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 xenobiótico . Consiste en la desactivación y excreción de 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 activándolos primero (oxidación, reducción, hidrólisis y/o hidratación del xenobiótico) y luego conjugando el metabolito secundario activo con ácido glucurónico , ácido sulfúrico o glutatión , seguido de la excreción en bilis u orina. Un ejemplo de un grupo de enzimas implicadas en el metabolismo xenobiótico 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 la resistencia xenobiótica 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 puede eliminar los xenobióticos reduciéndolos a una forma menos tóxica mediante el metabolismo xenobiótico y luego excretándolos, también es posible que se conviertan en una forma más tóxica en algunos casos. Este proceso se denomina bioactivación y puede provocar cambios estructurales y funcionales en la microbiota. [2] La exposición a xenobióticos puede alterar la estructura de la comunidad del microbioma, ya sea aumentando o disminuyendo el tamaño de ciertas poblaciones bacterianas dependiendo de la sustancia. Los cambios funcionales que resultan varían dependiendo de la sustancia y pueden incluir una mayor expresión en genes involucrados 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 los 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 esta pareja depredador-presa, una carrera armamentista evolutiva ha producido altos niveles de toxina en el tritón y, en consecuencia, altos niveles de resistencia en la serpiente. [4] Esta respuesta evolutiva se basa en que la serpiente evoluciona 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 los xenobióticos es el uso de transportadores de casetes de unión a ATP (ABC) , que se exhiben 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 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 (PAH) y el tricloroetileno (TCE) se acumulan en el medio ambiente debido a sus propiedades recalcitrantes y se han convertido en una preocupación ambiental debido a su toxicidad y acumulación. Esto ocurre particularmente en el medio ambiente subterráneo y 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 y de introducción de xenobióticos en el medio ambiente provienen de grandes industrias como la farmacéutica, la de combustibles fósiles, la de blanqueo de pulpa y papel y la agricultura. [8] Por ejemplo, pueden ser organoclorados sintéticos , como plásticos y 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 por la degradación de los xenobióticos; un proceso conocido como biorremediación . [9] Los microorganismos son capaces de adaptarse a los xenobióticos introducidos en el medio ambiente mediante la transferencia horizontal de genes , para utilizar dichos compuestos como fuentes de energía. [8] Este proceso se puede alterar aún más para manipular las vías metabólicas de los microorganismos con el fin de degradar los xenobióticos dañinos en condiciones ambientales específicas a un ritmo más deseable. [8] Los mecanismos de biorremediación incluyen tanto la ingeniería genética de microorganismos como el aislamiento de los microbios xenobióticos degradantes que se producen de forma 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 se puede utilizar para diseñar microorganismos específicamente para este propósito. [9] No sólo se pueden diseñar las vías actuales para que se expresen en otros organismos, sino que la creación de vías novedosas es un enfoque posible. [8]
Los xenobióticos pueden estar limitados en el medio ambiente y ser de difícil acceso en áreas como el medio ambiente subterráneo. [8] Se pueden diseñar organismos degradativos para aumentar la movilidad con el fin de acceder a estos compuestos, incluida la quimiotaxis mejorada . [8] Una limitación del proceso de biorremediación es que se requieren condiciones óptimas para el funcionamiento metabólico adecuado de ciertos microorganismos, que pueden ser difíciles 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, por lo que se pueden emplear "consorcios bacterianos sintróficos". [8] En este caso, un grupo de bacterias trabajan en conjunto, lo que da como resultado que los productos sin salida de un organismo sean aún más degradados 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 de los factores de riesgo, como la toxicidad para los humanos, la ecotoxicidad o la persistencia en el medio ambiente. Por ejemplo, durante el proceso de registro, se descubrió que el herbicida cloransulam-metilo se degrada relativamente rápido en el suelo. [10]
El término xenobiótico también se utiliza para referirse a 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 un órgano crítico hubiera estado disponible para trasplante. Los riñones son actualmente el órgano más comúnmente trasplantado. Los órganos xenobióticos deberían desarrollarse de tal manera que el sistema inmunológico no los rechace .
Metabolismo de fármacos : el metabolismo xenobiótico se redirige al caso especial: metabolismo de fármacos.
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