Del griego «xenos» que significa «extraño», son compuestos químicos extraños a un organismo o sistema biológico.
Puede ser encontrado en un organismo pero no se suele producir o esperar existir en ese organismo. El término se aplica también a las sustancias presentes en concentraciones mucho más elevadas que el nivel normal.
En particular, medicamentos tales como antibióticos son xenobióticos en humanos porque el cuerpo humano no los produce ni forman parte de la dieta humana. Los agentes contaminantes como las dioxinas y los PCBs son xenobióticos, estudiando su efecto en la biota. Determinados compuestos naturales pueden considerarse xenobióticos si se asimilan por otro organismo.
Los xenobióticos se pueden agrupar como carcinógenos, drogas, contaminantes ambientales, aditivos alimentarios, hidrocarburos y pesticidas.
Función en el metabolismo
El cuerpo elimina los xenobióticos por metabolismo xenobiótico. Esto consiste en la desactivación y la excreción de xenobióticos, y ocurre principalmente en el hígado. Las rutas de excreción son orina, heces, aliento y sudor.
Las enzimas hepáticas son responsables del metabolismo de los xenobióticos al activarlos primero (oxidación, reducción, hidrólisis y / o hidratación del xenobiótico) y luego conjugar el metabolito secundario activo con ácido glucurónico, ácido sulfúrico o glutatión, seguido de la excreción en la bilis u orina.
Un ejemplo de un grupo de enzimas involucradas en el metabolismo xenobiótico es el citocromo P450 microsomal hepático. Estas enzimas que metabolizan los xenobióticos son muy importantes para la industria farmacéutica, ya que son responsables de la descomposición de los medicamentos.
Aunque el cuerpo puede eliminar los xenobióticos al reducirlo a una forma menos tóxica a través del metabolismo xenobiótico y luego excretarlo, también es posible que se convierta en una forma más tóxica en algunos casos. Este proceso se denomina bioactivación y puede dar lugar a cambios estructurales y funcionales en la microbiota.
La exposición a los 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 según la sustancia y pueden incluir una mayor expresión en los genes implicados en la respuesta al estrés y la resistencia a los antibióticos, cambios en los niveles de metabolitos producidos, etc.
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 serpiente de liga común.
En este par predador-presa, una carrera armamentista evolutiva ha producido altos niveles de toxina en el tritón y los niveles correspondientemente altos de resistencia en la serpiente. Esta respuesta evolutiva se basa en la evolución de las formas modificadas de los canales iónicos sobre los que actúa la toxina, por lo que se vuelven resistentes a sus efectos.
Otro ejemplo de un mecanismo de tolerancia xenobiótica es el uso de transportadores de casete de unión a ATP, que se exhibe en gran medida en insectos. 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.
Xenobióticos en el medio ambiente
Las sustancias xenobióticas son un problema para los sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya que son muchos en número, y cada uno presentará sus propios problemas sobre cómo eliminarlos.
Algunos xenobióticos son resistentes a la degradación. Los xenobióticos como los bifenilos policlorados (BPC), 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 un problema ambiental debido a su toxicidad y acumulación.
Esto ocurre particularmente en el entorno subsuperficial y las fuentes de agua, así como en los sistemas biológicos, que tienen el potencial de afectar la salud humana.
Algunas de las principales fuentes de contaminación y la introducción de xenobióticos en el medio ambiente provienen de grandes industrias, como los productos farmacéuticos, los combustibles fósiles, el blanqueamiento de pulpa y papel y la agricultura.
Por ejemplo, pueden ser sintéticos organoclorados tales como plásticos y pesticidas, o productos químicos orgánicos naturales tales como hidrocarburos poliaromáticos (HPA) y algunas fracciones de petróleo crudo y carbón.
Los microorganismos pueden ser una solución viable al problema de la contaminación ambiental mediante la producción de xenobióticos; un proceso conocido como biorremediación.
Los microorganismos son capaces de adaptarse a los xenobióticos introducidos en el medio ambiente a través de la transferencia horizontal de genes, con el fin de hacer uso de dichos compuestos como fuentes de energía.
Este proceso puede alterarse aún más para manipular las rutas metabólicas de los microorganismos con el fin de degradar los xenobióticos dañinos en condiciones ambientales específicas a una tasa más deseable.
Los mecanismos de biorremediación incluyen tanto microorganismos genéticamente ingenieriles como el aislamiento de los microbios que degradan xenobióticos de origen natural.
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 fin.
Los xenobióticos pueden estar limitados en el entorno y ser de difícil acceso en áreas tales como el entorno subsuperficial. Los organismos de degradación pueden diseñarse para aumentar la movilidad con el fin de acceder a estos compuestos, incluida la quimiotaxis mejorada.
Una limitación del proceso de biorremediación es que se requieren condiciones óptimas para el correcto funcionamiento metabólico de ciertos microorganismos, que pueden ser difíciles de encontrar en un entorno ambiental.
En algunos casos, un único microorganismo puede no ser capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para la degradación de un compuesto xenobiótico y, por lo tanto, se pueden emplear «consorcios bacterianos sintróficos».
En este caso, un grupo de bacterias trabaja en conjunto, lo que provoca que los productos terminales de un organismo sean degradados por otro organismo. En otros casos, los productos de un microorganismo pueden inhibir la actividad de otro y, por lo tanto, se debe mantener un equilibrio.
Muchos xenobióticos producen una variedad de efectos biológicos, que se utilizan cuando se caracterizan mediante el uso de bioensayos.
Antes de que puedan registrarse para su 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-metilo se degradaba relativamente rápido en el suelo.
