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異種物質 とは、生物体内に存在する化学物質のうち、その生物が自然に生成したり、その生物体内に存在することが想定されていない物質のことです。また、通常よりもはるかに高い濃度で存在する物質も含まれます。天然化合物も、下水処理場の排水口の下流に生息する魚が天然のヒトホルモンを取り込む場合や、一部の生物が捕食者から身を守るために生成する化学防御物質のように、他の生物に取り込まれると異種物質になることがあります。[ 1 ]「異種物質」という用語は、ある種から別の種に移植された臓器を指す場合にも使用されます。
しかし、「異種物質」という用語は、ダイオキシンやポリ塩化ビフェニルなどの汚染物質とその生物への影響という文脈で非常によく使われます。なぜなら、異種物質は生物システム全体にとって異質な物質、つまり、人間が合成する以前には自然界に存在しなかった人工物質として理解されているからです。異種物質という用語は、ギリシャ語のξένος (xenos) = 外国人、見知らぬ人、βίος (bios) = 生命、それにギリシャ語の形容詞接尾辞 -τικός、-ή、-όν (-tikos、-ē、-on) に由来します。異種物質は、発がん物質、医薬品、環境汚染物質、食品添加物、炭化水素、農薬などに分類できます。
体は異物代謝によって異物を除去します。これは異物の不活性化と排泄から成り、主に肝臓で行われます。排泄経路は尿、糞便、呼気、汗です。肝臓の酵素は、まず異物を活性化（酸化、還元、加水分解、および／または水和）し、次に活性二次代謝物をグルクロン酸、硫酸、またはグルタチオンと抱合し、その後胆汁または尿中に排泄することによって、異物の代謝を担っています。異物代謝に関与する酵素群の一例として、肝ミクロソームのチトクロムP450が挙げられます。これらの異物を代謝する酵素は、医薬品の分解を担っているため、製薬業界にとって非常に重要です。この独特なシトクロムP450システムを持つ種の一つに、ショウジョウバエの一種であるDrosophila mettleriがある。この種は異物耐性を利用して、壊死性滲出液で湿った土壌や壊死した区画そのものなど、より広い営巣範囲を利用している。
体は異物を代謝によって毒性の低い形に還元して排泄することで異物を除去することができるが、場合によってはより毒性の高い形に変換される可能性もある。このプロセスはバイオアクティベーションと呼ばれ、マイクロバイオータの構造的および機能的な変化をもたらす可能性がある。[ 2 ]異物への曝露は、物質に応じて特定の細菌集団のサイズを増減させることで、マイクロバイオームのコミュニティ構造を混乱させる可能性がある。結果として生じる機能的変化は物質によって異なり、ストレス応答や抗生物質耐性に関与する遺伝子の発現増加、生成される代謝産物のレベルの変化などが含まれる可能性がある。[ 3 ]
生物は異物耐性を獲得するように進化することもある。その一例として、イモリにおけるテトロドトキシン産生と、その捕食者であるガータースネークにおけるテトロドトキシン耐性の進化の共進化が挙げられる。この捕食者と被食者のペアでは、進化的な軍拡競争によってイモリに高レベルの毒素が産生され、それに伴いヘビにも高レベルの耐性が生じた。[ 4 ]この進化的な反応は、ヘビが毒素が作用するイオンチャネルの改変型を進化させ、その影響に対して耐性を獲得したことに基づいている。 [ 5 ]異物耐性メカニズムのもう1つの例は、主に昆虫に見られるATP結合カセット（ABC）トランスポーターの使用である。 [ 6 ]このようなトランスポーターは、毒素を細胞膜を介して輸送することで耐性に貢献し、細胞内にこれらの物質が蓄積するのを防ぐ。
外来性物質は種類が多く、それぞれ除去方法（そして除去を試みる価値があるかどうか）に関して独自の課題を抱えているため、下水処理システムにとって問題となる。
異種物質の中には分解されにくいものがあります。ポリ塩化ビフェニル（PCB）、多環芳香族炭化水素（PAH）、トリクロロエチレン（TCE）などの異種物質は、その難分解性のため環境中に蓄積し、その毒性と蓄積性から環境問題となっています。これは特に地下環境や水源、生物系で発生し、人間の健康に影響を与える可能性があります。[ 7 ]汚染の主な発生源や異種物質の環境への導入源には、医薬品、化石燃料、パルプ・製紙漂白、農業などの大規模産業があります。[ 8 ]例えば、プラスチックや農薬などの合成有機塩素化合物、あるいは多環芳香族炭化水素（PAH）や原油や石炭の一部の成分などの天然由来の有機化学物質などが挙げられます。
微生物は、異種物質の分解による環境汚染問題に対する実行可能な解決策となる可能性があり、このプロセスはバイオレメディエーションとして知られています。[ 9 ]微生物は、水平遺伝子伝達によって環境に導入された異種物質に適応し、そのような化合物をエネルギー源として利用することができます。[ 8 ]このプロセスは、微生物の代謝経路を操作して、特定の環境条件下で有害な異種物質をより望ましい速度で分解するようにさらに変更することができます。[ 8 ]バイオレメディエーションのメカニズムには、微生物の遺伝子操作と、自然界に存在する異種物質分解微生物の分離の両方が含まれます。[ 9 ]微生物が特定の異種物質を代謝する能力に関与する遺伝子を特定するための研究が行われており、この研究は、この目的のために微生物を設計するために使用できると示唆されています。[ 9 ]現在の経路を他の生物で発現するように操作できるだけでなく、新しい経路の作成も可能なアプローチである。[ 8 ]
異種化合物は環境中に限られており、地下環境などの領域ではアクセスが困難な場合があります。[ 8 ]分解微生物は、これらの化合物にアクセスするために移動性を高めるように遺伝子操作することができ、これには強化された走化性が含まれます。[ 8 ]生物修復プロセスの制限の1つは、特定の微生物の適切な代謝機能には最適な条件が必要であり、環境環境ではそれを満たすことが難しい場合があることです。[ 7 ]場合によっては、単一の微生物が異種化合物の分解に必要なすべての代謝プロセスを実行できない場合があり、そのため「共生細菌コンソーシアム」が使用されることがあります。[ 8 ]この場合、細菌のグループが協力して働き、ある生物の最終生成物が別の生物によってさらに分解されます。[ 7 ]他の場合、ある微生物の生成物が別の微生物の活動を阻害する可能性があり、そのためバランスを維持する必要があります。[ 8 ]
多くの異種化合物は様々な生物学的効果を生じ、これはバイオアッセイを用いて特性評価される際に利用されます。ほとんどの国で販売登録される前に、異種化合物農薬は、ヒトへの毒性、生態毒性、環境中での残留性などのリスク要因について広範な評価を受けなければなりません。例えば、登録プロセス中に、除草剤クロランスラムメチルは土壌中で比較的速やかに分解することが判明しました。[ 10 ]
異種移植という用語は、ある種から別の種へ移植された臓器 を指す場合にも用いられます 。例えば、一部の研究者は、豚から人間へ心臓などの臓器を移植できることを期待しています。毎年、移植可能な重要な臓器があれば救えたはずの多くの人々が命を落としています。現在、最も多く移植されている臓器は腎臓です。異種移植された臓器は、免疫系によって拒絶されないように開発される必要があります。
薬物代謝– 異物代謝は、薬物代謝という特殊なケースにリダイレクトされます。