Xenobiótico

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 abarcar sustancias presentes en concentraciones mucho mayores 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 peces que se encuentran aguas abajo de los vertidos 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.

El término «xenobióticos», sin embargo, se usa con frecuencia en el contexto de contaminantes como las dioxinas y los bifenilos policlorados y su efecto en la biota , porque se entienden como sustancias ajenas a un sistema biológico completo, es decir, sustancias artificiales, que no existían en la naturaleza antes de su síntesis por el ser humano. El término xenobiótico deriva de las palabras griegas ξένος (xenos) = extranjero, extraño y βίος (bios) = vida, más el sufijo griego para adjetivos -τικός, -ή, -όν (-tikos, -ē, -on). Los xenobióticos pueden agruparse como carcinógenos , fármacos, contaminantes ambientales, aditivos alimentarios , hidrocarburos y plaguicidas.

El organismo elimina los xenobióticos mediante su metabolismo . Este proceso consiste en la desactivación y excreción de los xenobióticos y tiene lugar principalmente en el hígado. Las vías de excreción son la orina, las heces, la respiración y el sudor. Las enzimas hepáticas son responsables del metabolismo de los xenobióticos, activándolos primero (oxidación, reducción, hidrólisis y/o hidratación) y luego conjugando el metabolito secundario activo con ácido glucurónico , ácido sulfúrico o glutatión , para finalmente ser excretado en la bilis o la orina. Un ejemplo de un grupo de enzimas implicadas en el metabolismo de los xenobióticos es el citocromo P450 microsómico hepático . Estas enzimas que metabolizan los xenobióticos son muy importantes para la industria farmacéutica, ya que son responsables de la degradación de los medicamentos. Una especie que posee este singular sistema de citocromo P450 es Drosophila mettleri , que utiliza la resistencia a xenobióticos para explotar un rango de anidación más amplio, que incluye tanto suelos humedecidos con exudados necróticos como las propias parcelas necróticas.

Aunque el cuerpo puede eliminar los xenobióticos reduciéndolos a una forma menos tóxica mediante su metabolismo y excretándolos, también es posible que en algunos casos se conviertan en una forma más tóxica. 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 microbiana, ya sea aumentando o disminuyendo el tamaño de ciertas poblaciones bacterianas según la sustancia. Los cambios funcionales resultantes 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 rugosa y la evolución de la resistencia a la tetrodotoxina en su depredador, la culebra común . En esta pareja depredador-presa, una carrera armamentística 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 ampliamente en 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 representan un problema para los sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya que son muy numerosas y cada una presenta sus propios problemas en cuanto a cómo eliminarlas (y si merece 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 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, con el potencial de afectar la salud humana. ^{[ 7 ]} Algunas de las principales fuentes de contaminación y la 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 plásticos y pesticidas, o químicos orgánicos de origen natural como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y algunas fracciones de petróleo crudo y carbón.

Los microorganismos podrían ser una solución viable a este problema de contaminación ambiental mediante la degradación de xenobióticos; un proceso conocido como biorremediación . ^{[ 9 ]} Los microorganismos son capaces de adaptarse a los xenobióticos introducidos en el medio ambiente a través de la transferencia horizontal de genes , para utilizar dichos compuestos como fuentes de energía. ^{[ 8 ]} Este proceso puede modificarse 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 adecuada. ^{[ 8 ]} Los mecanismos de biorremediación incluyen tanto la ingeniería genética de microorganismos como el aislamiento de microbios degradadores de xenobióticos presentes 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 puede utilizarse para diseñar microorganismos específicamente para este propósito. ^{[ 9 ]} No solo se pueden diseñar vías metabólicas existentes para que se expresen en otros organismos, sino que la creación de nuevas vías metabólicas es un enfoque posible. ^{[ 8 ]}

Los xenobióticos pueden ser limitados en el medio ambiente y de difícil acceso en áreas como el subsuelo. ^{[ 8 ]} Los organismos degradadores pueden ser modificados genéticamente para aumentar su movilidad y así acceder a estos compuestos, incluyendo una quimiotaxis mejorada . ^{[ 8 ]} Una limitación del proceso de biorremediación es que se requieren condiciones óptimas para el correcto funcionamiento metabólico de ciertos microorganismos, las cuales 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 trabaja en conjunto, lo que resulta en que los productos finales de un organismo sean degradados aún más por otro organismo. ^{[ 7 ]} En otros casos, los productos de un microorganismo pueden inhibir la actividad de otro, por lo que debe mantenerse un equilibrio. ^{[ 8 ]}

Muchos xenobióticos producen diversos efectos biológicos, que se utilizan para su caracterización mediante bioensayos . Antes de su registro para la venta en la mayoría de los países, los plaguicidas xenobióticos deben someterse a una evaluación exhaustiva de 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 órganos trasplantados de una especie a otra. Por ejemplo, algunos investigadores esperan que se puedan trasplantar corazones y otros órganos de cerdos a humanos. Muchas personas mueren cada año y sus vidas podrían haberse salvado si se hubiera dispuesto de un órgano vital para trasplante. Actualmente, los riñones son el órgano que se trasplanta con mayor frecuencia. Los órganos xenobióticos tendrían que desarrollarse de tal manera que no fueran rechazados por el sistema inmunitario .

Metabolismo de fármacos : el metabolismo de los xenobióticos se redirige al caso especial del metabolismo de los fármacos.

• Desintoxicación
• Cuerpo extraño