KsenobiotykiksenobiotykKsenobiotyki to substancje chemiczne, które mogą występować w organizmach, jednak nie są przez nie naturalnie produkowane. Związki chemiczne naturalnie syntetyzowane przez organizmy również mogą być uznawane za ksenobiotyki, jeśli zostaną zaabsorbowane przez inne organizmy, czego przykładem jest obecność ludzkich hormonów w ciałach ryb żyjących przy ujściu ścieków. Jednak do ksenobiotyków są zazwyczaj klasyfikowane substancje sztuczne, które nie istniały w naturze, dopóki nie zostały wytworzone przez człowieka.

Działalność gospodarcza człowieka prowadzi do przedostania się wielu związków chemicznych do środowiska naturalnego. Przyczyną może być niedostateczne oczyszczanie ścieków wprowadzanych z powrotem do wód, zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu farmakologicznego, kopalnianego czy też z aktywności rolniczej. Niektóre z ksenobiotyków nie ulegają degradacji, przez co mogą się kumulować w środowisku, stanowiąc zagrożenie dla organizmów. Przykładem takiej substancji są polichlorowane bifenyle (PCBs), stosowane jako smary odporne na wysoką temperaturę oraz komponenty farb, tuszy i klejów. Ze względu na ich toksyczne właściwości, zagrażające życiu człowieka, ich użycie zostało w Polsce zabronione w 2010 roku.

Organizm jest w stanie usunąć ksenobiotyki wraz z moczem, kałem, wydychanym powietrzem czy potem. Rozkładane są one wcześniej do mniej szkodliwych produktów z wykorzystaniem odpowiednich enzymów, a ich metabolizm zachodzi zazwyczaj w wątrobie. Niestety niektóre ksenobiotyki są przekształcane w związki jeszcze bardziej toksyczne w procesie bioaktywacjibioaktywacjabioaktywacji, co może wywołać strukturalne i funkcjonalne zmiany w komórkach.

• Arsen – ekspozycja na ten związek chemiczny powoduje zmniejszenie metylacji DNAmetylacja DNAmetylacji DNA poprzez obniżenie poziomu donora grup metylowych oraz zatrzymanie ekspresji genów odpowiedzialnych za kodowanie enzymów zaangażowanych w metylację DNA. Podobny efekt niesie za sobą długotrwała ekspozycja na chrom oraz nikiel.

• Parakwat – czyli wysoce toksyczny herbicydherbicydyherbicyd o szybkiej wchłanialności, wywołuje degenerację neuronów dopaminergicznychneurony dopaminergiczneneuronów dopaminergicznych oraz wykazuje ogólną neurotoksyczność. Wpływ parakwatu na układ nerwowy powiązano z rozwojem choroby Parkinsona (poprzez niedobory dopaminy). Herbicyd ten wpływa na stopień acetylacji histonówacetylacja histonówacetylacji histonów, co prowadzi do zahamowania proliferacji komórek lub indukcji apoptozy.

• Dichlorvos – ekspozycja na ten związek o charakterze owadobójczym hamuje proliferację komórek poprzez zmianę ekspresji mikroRNA (miRNA). Gdy jest ono regulowane przez dichlorvos, wpływa na poziom mRNA genów odpowiedzialnych za podziały komórkowe i procesy apoptotyczne.

Niektóre ksenobiotyki są toksyczne dla bakterii, dzięki czemu mogą być wykorzystane jako leki przeciwbakteryjne. Takie antybiotykiantybiotykantybiotyki w różny sposób wpływają na aktywność metaboliczną bakterii, w tym na ekspresję ich informacji genetycznej. Kilka przykładowych mechanizmów przedstawiono poniżej. 

Hamowanie syntezy białka w wyniku blokowania funkcji rybosomów:

• Trwałe wiązanie do małej (30S) podjednostki rybosomu bakteryjnego powoduje blokowanie przyłączenia aminoacylo‑tRNA do miejsca akceptorowego A w kompleksie mRNA‑rybosom (np. tetracykliny).

• Wiązanie do 16S rRNA w małej (30S) podjednostce rybosomu bakteryjnego hamuje translację. Przyłączenie antybiotyku powoduje błędne odczytywanie sekwencji mRNA, skutkujące zatrzymaniem translacji, a w konsekwencji śmierć komórki
  (np. streptomycyna).

• Wiązanie do białka w dużej (50S) podjednostce rybosomu bakteryjnego, co powoduje blokowanie miejsca P rybosomu, uniemożliwiając dokończenie translacji (np. erytromycyna).

Hamowanie syntezy białka w wyniku blokowania syntezy tRNA:

• Blokowanie syntezy niektórych rodzajów tRNA hamujące syntezę białka
  (np. mupirocyna).

W związku z tym, że mikroorganizmy mogą się przystosować do metabolizmu ksenobiotyków, są użyteczne w walce z zanieczyszczeniami środowiska. Niektóre naturalnie występujące mikroorganizmy lub szczepy wytworzone technikami inżynierii genetycznej są zdolne do rozkładu toksycznych cząsteczek zawartych w wodzie czy glebie w procesie zwanym bioremediacjąbioremediacjabioremediacją.

R17cXd4TMVIgI

Zdjęcie przedstawia konidiofory grzyba Trichoderma harzianum w zbliżeniu mikroskopowym. Szczytowa strzępka grzybni, na której wytwarzane są zarodniki konidialne, jest rozgałęziona.

Słownik