Xenobiotika

Mikrobieller Xenobiotika-Stoffwechsel; Mikrobiota; Mikrobiome, Darmmikrobiota; 

Xenobiotika (Singular: Xenobiotikum; griechisch xénos = fremd, bíos = Leben) sind chemische Stoffe, die einem Organismus fremd sind. Dazu zählen beispielsweise Arzneistoffe, Pestizide, Körperpflegeprodukte, Industriechemikalien und Umweltschadstoffe (Gjorgjievska K et al. 2026). Der Begriff „Xenobiotikum“ beschreibt ihre Fremdheit, nicht ihre Giftigkeit: Ein Xenobiotikum ist nicht zwangsläufig toxisch.

Xenobiotika können aufgenommen, verteilt, umgewandelt und ausgeschieden werden. Zum Stoffwechsel aufgenommener Xenobiotika leistet die menschliche Darmmikrobiota einen entscheidenden Beitrag, indem sie aufgenommene Nahrungsbestandteile, Industriechemikalien und Arzneimitteln in Metaboliten umwandelt, deren Wirksamkeit, Toxizität und Verweildauer im Körper dadurch verändert werden (Koppel N et al. 2017). Die chemischen Prozesse des Xenobiotika-Stoffwechsels durch Darmmikroben unterscheiden sich häufig von denen der Wirtsenzyme, sind aber bisher noch wenig erforscht.

Die Wirksamkeit von Arzneimitteln variiert deutlich von Person zu Person. Bei dieser Variabilität spielt die Darmmikrobiota eine wichtige Rolle. Die im menschlichen Darm lebende kommensale Mikrobiota kodiert mehrere Enzyme, die systemisch verabreichte und oral eingenommene Arzneimittel chemisch modifizieren; solche Modifikationen können zu Aktivierung, Inaktivierung, Toxifizierung, veränderter Stabilität, geringer Bioverfügbarkeit und schneller Ausscheidung führen. (Pant A et al. 2023). Andererseits können therapeutische Wirkstoffe oder auch Xenobiotika die Zusammensetzung des Darmmikrobioms und die von Mikroorganismen kodierten Funktionen beeinflussen. Diese Veränderungen wiederum können die chemischen Umwandlungen der Wirkstoffe und damit auch die Wirksamkeit beeinflussen (Pant A et al. 2023).

Ein Beipsiel sind die Beziehungen zwischen Antibiotika und Gewichtszunahme, die seit langem bekannt sind. Seit den 1940er Jahren werden Tetracycline mit einer Gewichtszunahme bei menschlichen Säuglingen und bei Kindern in Verbindung gebracht. Auch bei Erwachsenen konnte im Gefolge diverser antibiotischer Therapien signifikante Gewichtszunahmen nachgewiesen werden.

Xenobiotika sind häufig biologisch nur schwer oder gar nicht abbaubar. Für den menschlichen Organismus, auch für das Organ Haut, als biochemische und molekulare Barriere, spielt das Glutathion-Detoxikationssystem eine besondere Rolle für den Abbau von Xenobiotika. Zu dem Glutathion-Detoxikationssystem gehören Cytein, Glutathionsynthetasen, reduziertes Glutathion, Glutathion-S-Transferasen sowie Glutathionperoxidasen und Glutathionreduktasen. Das "Glutathione Defense-System" spielt bspw. auch bei Insekten eine große Rolle um Xenobiotika zu inaktivieren, z.B bei der Resistenzentwicklung gegen Insektizide. Ebenso sind Keratinozyten in der Lage, über dieses Syytem z.B. Kampfgase unschädlich zu machen.

Die Biotransformation von Xenobiotika erfolgt häufig in der Leber: Phase-I-Reaktionen verändern funktionelle Gruppen, Phase-II-Reaktionen koppeln den Stoff oder seinen Metaboliten an körpereigene Moleküle. Dadurch wird die Ausscheidung oft erleichtert (Guengerich FP 2012). In einzelnen Fällen entstehen jedoch erst durch die Umwandlung stärker wirksame oder toxische Produkte (Bioaktivierung/ Nakov R et al. 2020).

Ein molekulares Verständnis des mikrobiellen Xenobiotika-Stoffwechsels im Darm wird  zukünftig als Leitfaden für die personalisierte Medizin und Ernährung dienen, wird die toxikologische Risikobewertung unterstützen und die Arzneimittelforschung sowie -entwicklung verbessern.

1. Gjorgjievska K et al. (2026) Xenobiotics Induced Liver Toxicity. Pril (Makedon Akad Nauk Umet Odd Med Nauki) 47(2):111-124.
2. Guengerich FP (2012) Metabolism of xenobiotics of human environments. Chem Res Toxicol. 25:1800–1802.
3. IUPAC: Compendium of Chemical Terminology, Stichwort „xenobiotic“, DOI: 10.1351/goldbook.XT06755.
4. Koppel N et al. (2017) Chemical transformation of xenobiotics by the human gut microbiota. Science 356(6344):eaag2770.
5. Nakov R et al. (2020) Chemical Metabolism of Xenobiotics by Gut Microbiota. Curr Drug Metab. 21:260-269.
6. Pant A et al. (2023) Human Gut Microbiota and Drug Metabolism. Microb Ecol 86: 97-111.