Ксенобиотик - Xenobiotic

Не путать с ксенобиология.

А ксенобиотик химическое вещество, обнаруженное в организм которые не производятся естественным образом или не ожидаются в организме. Он также может охватывать вещества, которые присутствуют в гораздо более высоких концентрации 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]

Период, термин ксенобиотикиоднако очень часто используется в контексте таких загрязнителей, как диоксины и полихлорированные бифенилы и их влияние на биота, потому что под ксенобиотиками понимаются вещества, чужеродные для всей биологической системы, т.е. искусственные вещества, которых не было в природе до их синтеза человеком. Термин ксенобиотик происходит от греческих слов ξένος (ксенос) = иностранец, незнакомец и βίος (bios) = жизнь, плюс греческий суффикс для прилагательных -τικός, -ή, -όν (-tikos, -ē, -on).

Ксенобиотики можно сгруппировать как канцерогены, наркотики, загрязнители окружающей среды, пищевые добавки, углеводороды, и пестициды.

Ксенобиотический метаболизм

Организм выводит ксенобиотики путем метаболизм ксенобиотиков. Это включает дезактивацию и выведение 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 глюкуроновая кислота, серная кислота, или же глутатион с последующим выведением с желчью или мочой. Примером группы ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, является микросомальная печень. цитохром P450. Эти ферменты, метаболизирующие ксенобиотики, очень важны для фармацевтической промышленности, поскольку они несут ответственность за расщепление лекарств. Вид с этой уникальной системой цитохрома P450 является Drosophila mettleri, который 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 через метаболизм ксенобиотиков, а затем выводя их из организма, в некоторых случаях также возможно преобразование в более токсичную форму. Этот процесс называется биоактивация 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, изменение уровня продуцируемых метаболитов и т. д.[3]

Организмы также могут эволюционировать переносить ксенобиотики. Примером может служить совместная эволюция производства тетродотоксин в шершавый тритон и эволюция устойчивости к тетродотоксину у его хищника, Обычная подвязка змея. В этой паре хищник – жертва эволюционная гонка вооружений вырабатывает высокий уровень токсина у тритона и, соответственно, высокий уровень сопротивления у змеи.[4] Этот эволюционный ответ основан на том, что змеи развивают модифицированные формы ионные каналы что токсин действует, становясь устойчивым к его воздействию.[5] Другим примером механизма толерантности к ксенобиотикам является использование Переносчики АТФ-связывающих кассет (ABC), который в основном проявляется у насекомых.[6] Такие переносчики способствуют устойчивости, обеспечивая перенос токсинов через клеточную мембрану, предотвращая накопление этих веществ внутри клеток.

Ксенобиотики в окружающей среде

Основная статья: Экологический ксенобиотик

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 (Печатные платы), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и трихлорэтилен (ТВК) накапливаются в окружающей среде из-за их стойких свойств и стали проблемой для окружающей среды 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, они могут быть синтетическими. хлорорганические соединения такие как пластмассы и пестициды, или встречающиеся в природе органические химические вещества, такие как полиароматические углеводороды (ПАУ) и некоторые фракции сырой нефти и угля.

Микроорганизмы могут быть эффективным решением проблемы загрязнения окружающей среды в результате производства ксенобиотиков; процесс, известный как биоремедиация.[9] Микроорганизмы способны адаптироваться к ксенобиотикам, попадающим в окружающую среду через горизонтальный перенос генов, чтобы использовать такие соединения в качестве источников энергии.[8] Этот процесс может быть дополнительно изменен, 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, разлагающих ксенобиотики.[9] Было проведено исследование для выявления генов, ответственных за способность микроорганизмов метаболизировать определенные ксенобиотики, и было высказано предположение, что это исследование может быть использовано для создания микроорганизмов специально для этой цели.[9] Можно не только сконструировать существующие пути для экспрессии в других организмах, но и создать новые пути - возможный подход.[8]

Ксенобиотики могут быть ограничены в окружающей среде и труднодоступны в таких областях, как подземная среда.[8] Разлагающие организмы могут быть сконструированы для увеличения мобильности для доступа к этим соединениям, включая улучшенные 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, и поэтому можно использовать «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 биоанализ. 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 настойчивость в окружающей среде. Например, в процессе регистрации было обнаружено, что гербицид клорансулам-метил относительно быстро разлагается в почве.[10]

Межвидовая трансплантация органов

Основная статья: Ксенотрансплантация

Период, термин ксенобиотик также используется для обозначения органы пересаженный от одного разновидность другому. Например, некоторые исследователи надеются, что сердца и другие органы могут быть пересажены от свиней человеку. Многие люди умирают каждый год, 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 невосприимчивый система.

Смотрите также

Метаболизм лекарств - Метаболизм ксенобиотиков перенаправлен на особый случай: метаболизм лекарств.

Рекомендации

  1. ^ Мансуй Д. (2013). «Метаболизм ксенобиотиков: положительные и отрицательные эффекты». Biol Aujourdhui. 207 (1): 33–37. Дои:10.1051 / jbio / 2013003. PMID  23694723.
  2. ^ Парк, Б.К .; Лаверти, H .; Шривастава, А .; Антуан, Д.Дж .; Naisbitt, D .; Уильямс, Д. (2011). «Биоактивация лекарств и образование белковых аддуктов в патогенезе лекарственной токсичности». Химико-биологические взаимодействия. 192 (1–2): 30–36. Дои:10.1016 / j.cbi.2010.09.011. PMID  20846520.
  3. ^ Лу, Кун; Махбуб, Ридван; Фокс, Джеймс Г. (31 августа 2015 г.). «Ксенобиотики: взаимодействие с микрофлорой кишечника». Журнал ILAR. 56 (2): 218–227. Дои:10.1093 / ilar / ilv018. ISSN  1084-2020. ЧВК  4654756. PMID  26323631.
  4. ^ Броди ЭД, Риденхур Б.Дж., Броди ЭД (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. Дои:10.1554 / 0014-3820 (2002) 056 [2067: teropt] 2.0.co; 2. PMID  12449493.
  5. ^ Геффени С., Броди Э.Д., Рубен П.С., Броди Э.Д. (2002). «Механизмы адаптации в гонке вооружений хищник – жертва: ТТХ-резистентные натриевые каналы». Наука. 297 (5585): 1336–9. Bibcode:2002Sci ... 297.1336G. Дои:10.1126 / science.1074310. PMID  12193784.
  6. ^ Брохан, 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. Дои:10.1186/1471-2164-14-6. ISSN  1471-2164. ЧВК  3560195. PMID  23324493.
  7. ^ а б c Биодеградация и биоремедиация. Сингх, Аджай, 1963-, Уорд, Оуэн П., 1947-. Берлин: Springer. 2004 г. ISBN  978-3540211013. OCLC  54529445.CS1 maint: другие (связь)
  8. ^ а б c d е ж грамм час Диас, Эдуардо (сентябрь 2004 г.). «Бактериальное разложение ароматических загрязнителей: парадигма метаболической универсальности». Международная микробиология. 7 (3): 173–180. ISSN  1139-6709. PMID  15492931.
  9. ^ а б c Синглтон, Ян (январь 1994). «Микробный метаболизм ксенобиотиков: фундаментальные и прикладные исследования». Журнал химической технологии и биотехнологии. 59 (1): 9–23. Дои:10.1002 / jctb.280590104.
  10. ^ Wolt JD, Smith JK, Sims JK, Duebelbeis DO (1996). «Продукты и кинетика метаболизма клорансулам-метилаэробных почв». J. Agric. Food Chem. 44: 324–332. Дои:10.1021 / jf9503570.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)