Ксенобиотиков представляет собой химическое вещество , найденное в пределах организма , который , естественно , не производятся или как ожидается, будет присутствовать в организме. Он также может охватывать вещества, которые присутствуют в гораздо более высоких концентрациях, чем обычно. Природные соединения также могут стать ксенобиотиками, если они поглощаются другим организмом, например, при поглощении естественных человеческих гормонов рыбами, обнаруженными ниже по течению от водостока очистных сооружений, или химической защитой, создаваемой некоторыми организмами в качестве защиты от хищников. [1]
Однако термин ксенобиотики очень часто используется в контексте загрязнителей, таких как диоксины и полихлорированные бифенилы, и их воздействия на биоту , поскольку под ксенобиотиками понимаются вещества, чужеродные для всей биологической системы, т.е. природа до их синтеза человеком. Термин ксенобиотик происходит от греческих слов ξένος (xenos) = иностранец, незнакомец и βίος (bios) = жизнь, а также греческого суффикса для прилагательных -τικός, -ή, -όν (-tikos, -ē, -on).
Ксенобиотики можно разделить на канцерогены , лекарства, загрязнители окружающей среды, пищевые добавки , углеводороды и пестициды.
Метаболизм ксенобиотиков [ править ]
Организм выводит ксенобиотики путем метаболизма ксенобиотиков . Он состоит из дезактивации и выведения ксенобиотиков и происходит в основном в печени. Пути выделения: моча, кал, дыхание и пот. Печеночные ферменты отвечают за метаболизм ксенобиотиков, сначала активируя их (окисление, восстановление, гидролиз и / или гидратацию ксенобиотика), а затем конъюгируя активный вторичный метаболит с глюкуроновой кислотой , серной кислотой или глутатионом , после чего выводится с желчью. или моча. Примером группы ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, является микросомальный цитохром P450 печени.. Эти ферменты, метаболизирующие ксенобиотики, очень важны для фармацевтической промышленности, поскольку они несут ответственность за расщепление лекарств. Вид с этой уникальной системой цитохрома P450 - это Drosophila mettleri , которая использует устойчивость к ксенобиотикам для использования более широкого диапазона гнездования, включая как почву, увлажненную некротическим экссудатом, так и сами некротические участки.
Хотя организм способен удалять ксенобиотики, переводя их в менее токсичную форму посредством метаболизма ксенобиотиков, а затем выводя их из организма, в некоторых случаях он также может быть преобразован в более токсичную форму. Этот процесс называется биоактивацией и может привести к структурным и функциональным изменениям микробиоты. [2] Воздействие ксенобиотиков может нарушить структуру сообщества микробиома, увеличивая или уменьшая размер определенных бактериальных популяций в зависимости от вещества. Функциональные изменения, которые возникают в результате, различаются в зависимости от вещества и могут включать повышенную экспрессию генов, участвующих в реакции на стресс и устойчивость к антибиотикам , изменения уровней продуцируемых метаболитов и т. Д. [3]
Организмы также могут эволюционировать, чтобы переносить ксенобиотики. Примером может служить совместная эволюция выработки тетродотоксина у тритона с грубой кожей и эволюция устойчивости к тетродотоксину у его хищника, обыкновенной подвязочной змеи . В этой паре хищник-жертва эволюционная гонка вооружений произвела высокий уровень токсина у тритона и, соответственно, высокий уровень сопротивления у змеи. [4] Этот эволюционный ответ основан на эволюции змеи модифицированных форм ионных каналов , на которые воздействует токсин, благодаря чему они становятся устойчивыми к его воздействию. [5]Другим примером механизма толерантности к ксенобиотикам является использование транспортеров АТФ-связывающих кассет (ABC) , которые в значительной степени проявляются у насекомых. [6] Такие переносчики способствуют устойчивости, обеспечивая перенос токсинов через клеточную мембрану, предотвращая накопление этих веществ внутри клеток.
Ксенобиотики в окружающей среде [ править ]
Ксенобиотические вещества представляют собой проблему для систем очистки сточных вод, поскольку их много, и каждая из них представляет свои собственные проблемы в отношении того, как их удалить (и стоит ли пытаться).
Некоторые ксенобиотические вещества устойчивы к разложению. Ксенобиотики, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и трихлорэтилен (ТХЭ), накапливаются в окружающей среде из-за их стойких свойств и вызывают экологическую озабоченность из-за их токсичности и накопления. Это происходит, в частности, в подземной среде и источниках воды, а также в биологических системах, которые могут повлиять на здоровье человека. [7] Некоторые из основных источников загрязнения и внесения ксенобиотиков в окружающую среду происходят из крупных отраслей, таких как фармацевтика, ископаемое топливо, отбеливание целлюлозы и бумаги и сельское хозяйство. [8]Например, это могут быть синтетические хлорорганические соединения, такие как пластмассы и пестициды, или природные органические химические вещества, такие как полиароматические углеводороды (ПАУ) и некоторые фракции сырой нефти и угля.
Микроорганизмы могут быть эффективным решением проблемы загрязнения окружающей среды производством ксенобиотиков; процесс, известный как биоремедиация . [9] Микроорганизмы способны адаптироваться к ксенобиотикам, введенным в окружающую среду, посредством горизонтального переноса генов , чтобы использовать такие соединения в качестве источников энергии. [8] Этот процесс можно дополнительно изменить, чтобы управлять метаболическими путями микроорганизмов с целью разложения вредных ксенобиотиков в определенных условиях окружающей среды с более желательной скоростью. [8] Механизмы биоремедиации включают как генно-инженерные микроорганизмы, так и изоляцию встречающихся в природе микробов, разрушающих ксенобиотики. [9]Были проведены исследования для определения генов, ответственных за способность микроорганизмов метаболизировать определенные ксенобиотики, и было высказано предположение, что это исследование можно использовать для создания микроорганизмов специально для этой цели. [9] Можно не только спроектировать существующие пути для экспрессии в других организмах, но и создать новые пути - это возможный подход. [8]
Ксенобиотики могут быть ограничены в окружающей среде и труднодоступны в таких областях, как подземная среда. [8] Деградирующие организмы могут быть сконструированы для увеличения подвижности для доступа к этим соединениям, включая усиленный хемотаксис . [8] Одним из ограничений процесса биоремедиации является то, что для правильного метаболического функционирования определенных микроорганизмов требуются оптимальные условия, которые могут быть трудными в условиях окружающей среды. [7] В некоторых случаях отдельный микроорганизм может быть неспособен выполнять все метаболические процессы, необходимые для разложения ксенобиотического соединения, поэтому могут использоваться «консорциумы синтрофных бактерий». [8]В этом случае группа бактерий работает вместе, в результате чего тупиковые продукты одного организма еще больше разлагаются другим организмом. [7] В других случаях продукты одного микроорганизма могут подавлять активность другого, и поэтому необходимо поддерживать баланс. [8]
Многие ксенобиотики обладают разнообразными биологическими эффектами, что используется при их характеристике с помощью биоанализа . Прежде чем их можно будет зарегистрировать для продажи в большинстве стран, ксенобиотические пестициды должны пройти тщательную оценку факторов риска, таких как токсичность для человека, экотоксичность или стойкость в окружающей среде. Например, в процессе регистрации было обнаружено, что гербицид клорансулам-метил относительно быстро разлагается в почве. [10]
Межвидовая трансплантация органов [ править ]
Термин ксенобиотик также используется для обозначения органов, пересаженных от одного вида к другому. Например, некоторые исследователи надеются, что сердца и другие органы могут быть пересажены от свиней человеку. Каждый год умирает много людей, чьи жизни можно было бы спасти, если бы критически важный орган был доступен для трансплантации. Почки в настоящее время являются наиболее часто пересаживаемым органом. Ксенобиотические органы необходимо разработать таким образом, чтобы они не были отвергнуты иммунной системой.
См. Также [ править ]
Метаболизм лекарств. Метаболизм ксенобиотиков перенаправлен на особый случай: метаболизм лекарств.
Ссылки [ править ]
- ^ Mansuy D (2013). «Метаболизм ксенобиотиков: положительные и отрицательные эффекты». Biol Aujourdhui . 207 (1): 33–37. DOI : 10.1051 / jbio / 2013003 . PMID 23694723 .
- ^ Парк, BK; Лаверти, H .; Шривастава, А .; Антуан, диджей; Naisbitt, D .; Уильямс, Д.П. (2011). «Биоактивация лекарств и образование белковых аддуктов в патогенезе лекарственной токсичности». Химико-биологические взаимодействия . 192 (1-2): 30-36. DOI : 10.1016 / j.cbi.2010.09.011 . PMID 20846520 .
- ^ Лу, Кун; Махбуб, Ридван; Фокс, Джеймс Г. (31 августа 2015 г.). «Ксенобиотики: взаимодействие с микрофлорой кишечника» . Журнал ИЛАР . 56 (2): 218–227. DOI : 10.1093 / ИЛАР / ilv018 . ISSN 1084-2020 . PMC 4654756 . PMID 26323631 .
- ^ Броуди ED, Ridenhour BJ, Броди ED (2002). «Эволюционная реакция хищников на опасную добычу: горячие и холодные точки в географической мозаике совместной эволюции подвязочных змей и тритонов». Эволюция . 56 (10): 2067–82. DOI : 10.1554 / 0014-3820 (2002) 056 [2067: teropt] 2.0.co; 2 . PMID 12449493 .
- ^ Geffeney S, Броди ED, Ruben PC, Броди ED (2002). «Механизмы адаптации в гонке вооружений хищник – жертва: ТТХ-резистентные натриевые каналы». Наука . 297 (5585): 1336–9. Bibcode : 2002Sci ... 297.1336G . DOI : 10.1126 / science.1074310 . PMID 12193784 .
- ^ Broehan Гуннар; Крегер, Тобиас; Лоренцен, Марсе; Мерцендорфер, Ганс (16 января 2013 г.). «Функциональный анализ семейства генов-переносчиков АТФ-связывающей кассеты (ABC) Tribolium castaneum» . BMC Genomics . 14 : 6. DOI : 10.1186 / 1471-2164-14-6 . ISSN 1471-2164 . PMC 3560195 . PMID 23324493 .
- ^ a b c Биодеградация и биоремедиация . Сингх, Аджай, 1963-, Уорд, Оуэн П., 1947-. Берлин: Springer. 2004. ISBN. 978-3540211013. OCLC 54529445 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ a b c d e f g h Диас, Эдуардо (сентябрь 2004 г.). «Бактериальное разложение ароматических загрязнителей: парадигма метаболической универсальности». Международная микробиология . 7 (3): 173–180. ISSN 1139-6709 . PMID 15492931 .
- ^ a b c Синглтон, Ян (январь 1994 г.). «Микробный метаболизм ксенобиотиков: фундаментальные и прикладные исследования». Журнал химической технологии и биотехнологии . 59 (1): 9–23. DOI : 10.1002 / jctb.280590104 .
- ^ Wolt JD, Смит JK, Sims JK, Duebelbeis DO (1996). «Продукты и кинетика метаболизма клорансулам-метилаэробов почвы». J. Agric. Food Chem . 44 : 324–332. DOI : 10.1021 / jf9503570 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
