Введение
Ксенобиотик – это химическое вещество, обнаруженное в организме, которое не вырабатывается им естественным образом или не ожидается в нем. Это может относиться и к веществам, присутствующим в концентрациях, значительно превышающих обычные. Природные соединения также могут становиться ксенобиотиками, если они попадают в другой организм, например, при поглощении рыбами человеческих гормонов ниже по течению от очистных сооружений, или при выработке некоторыми организмами химических средств защиты от хищников. Термин "ксенобиотик" также используется для обозначения органов, трансплантированных от одного вида к другому. Однако чаще всего этот термин применяется в контексте загрязняющих веществ, таких как диоксины и полихлорированные бифенилы, и их влияния на биоту, поскольку ксенобиотики рассматриваются как вещества, чуждые всей биологической системе, то есть искусственные вещества, которых не существовало в природе до их синтеза человеком. Термин "ксенобиотик" происходит от греческих слов ξένος (xenos) – «иностранец, чужак» и βίος (bios) – «жизнь», а также греческого суффикса для прилагательных – τικός, ή, όν (tikos, ē, on). Ксенобиотики могут быть классифицированы как канцерогены, лекарственные средства, загрязнители окружающей среды, пищевые добавки, углеводороды и пестициды.
A xenobiotic is a chemical substance found within an organism that is not naturally produced or expected to be present within the organism. It can also cover substances that are present in much higher concentrations than are usual. Natural compounds can also become xenobiotics if they are taken up by another organism, such as the uptake of natural human hormones by fish found downstream of sewage treatment plant outfalls, or the chemical defenses produced by some organisms as protection against predators. The term xenobiotic is also used to refer to organs transplanted from one species to another. The term xenobiotics, however, is very often used in the context of pollutants such as dioxins and polychlorinated biphenyls and their effect on the biota, because xenobiotics are understood as substances foreign to an entire biological system, i. e. artificial substances, which did not exist in nature before their synthesis by humans. The term xenobiotic is derived from the Greek words ξένος (xenos) = foreigner, stranger and βίος (bios) = life, plus the Greek suffix for adjectives τικός, ή, όν ( tikos, ē, on). Xenobiotics may be grouped as carcinogens, drugs, environmental pollutants, food additives, hydrocarbons, and pesticides.
Ксенобиотический метаболизм
Организм удаляет ксенобиотики посредством метаболизма ксенобиотиков. Этот процесс включает деактивацию и выведение ксенобиотиков и происходит преимущественно в печени. Пути выведения – моча, фекалии, дыхание и пот. Печеночные ферменты отвечают за метаболизм ксенобиотиков, сначала активируя их (окисление, восстановление, гидролиз и/или гидратация ксенобиотика), а затем конъюгируя активный вторичный метаболит с глюкуроновой кислотой, серной кислотой или глутатионом, после чего происходит экскреция с желчью или мочой. Примером группы ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, является печеночный микросомальный цитохром P450. Эти ферменты, метаболизирующие ксенобиотики, имеют большое значение для фармацевтической промышленности, поскольку они отвечают за расщепление лекарственных препаратов. Вид, обладающий этой уникальной системой цитохрома P450, – Drosophila mettleri, который использует ксенобиотическую устойчивость для освоения более широкого спектра мест гнездования, включая почву, увлажненную некротическими экссудатами, и сами некротические участки. Хотя организм способен удалять ксенобиотики, снижая их токсичность посредством метаболизма ксенобиотиков с последующим выведением, в некоторых случаях возможно и преобразование их в более токсичную форму. Этот процесс называется биоактивацией и может приводить к структурным и функциональным изменениям микробиоты. Воздействие ксенобиотиков может нарушить структуру микробного сообщества, увеличивая или уменьшая численность определенных популяций бактерий в зависимости от вещества. Функциональные изменения, возникающие в результате, варьируются в зависимости от вещества и могут включать повышенную экспрессию генов, участвующих в стрессовом ответе и устойчивости к антибиотикам, изменения в уровнях производимых метаболитов и т.д. Организмы также могут эволюционировать, чтобы приобретать толерантность к ксенобиотикам. Примером является совместная эволюция производства тетродотоксина у грубокожего тритона и эволюция устойчивости к тетродотоксину у его хищника – обыкновенного ужовника. В этой паре «хищник-жертва» эволюционная гонка вооружений привела к высоким уровням токсина у тритона и соответствующим высоким уровням устойчивости у змеи. Эта эволюционная реакция основана на развитии змеей модифицированных форм ионных каналов, на которые действует токсин, что делает ее устойчивой к его воздействию. Другим примером механизма толерантности к ксенобиотикам является использование АТФ-связывающих кассетных транспортеров (ABC-транспортеров), широко распространенных у насекомых. Такие транспортеры способствуют устойчивости, обеспечивая транспорт токсинов через клеточную мембрану, тем самым предотвращая их накопление в клетках.