Microbiome: pharmacokinetics, pharmacodynamics and drug/xenobiotic interactions

Abstract

The participation of microbiota in myriads of physiological, metabolic,  genetic and immunological processes shows that they are a fundamental part of human existence and health maintenance. The efficiency of drugs’ absorption depends on solubility, stability, permeability and metabolic   enzymes produced by the body and gut microbiota. Two major types of microbiota-drug interaction have been identified; direct and indirect. The use of antibiotics is a direct means of targeting intestinal microbes and short-term use of antibiotic can significantly alter the microbiome  composition. It is noteworthy that not every microbial drug metabolism is of benefit to the host as some drugs can shut down microbial processes as observed in the co-administration of antiviral sorivudine with  fluoropyridimide resulting in a toxic buildup of fluoropyridimide metabolites from blockade of host fluoropyridimide by the microbial-sorivudine  metabolite. It has been reported that many classes of drugs and  xenobiotics modify the gut microbiome composition which may be detrimental to human health. Microbiome-drug interaction may be beneficial or detrimental resulting in either treatment success or failure which is largely dependent on factors such as microbial enzymes, chemical composition of candidate drug, host immunity and the complex relationship that exists with the microbiome. The effects of microbiota on pharmacology of drugs and vice versa are discussed in this review.

Keywords: microbiome; pharmacokinetic, pharmacodynamic, drug, xenobiotic

English Title: Microbiome: pharmacocinétique, pharmacodynamique et interactions médicamenteuses/xénobiotiques

La participation du microbiote à des myriades de processus physiologiques, métaboliques, génétiques et immunologiques montre qu’ils sont un élément fondamental de l’existence et du maintien de la santé de l’être humain. L’efficacité de l’absorption des médicaments dépend de la solubilité, de la stabilité, de la perméabilité et des enzymes métaboliques produites par le corps et le microbiote intestinal. Deux types principaux d’interaction microbiote-médicament ont été identifiés; direct et indirect. L'utilisation d'antibiotiques est un moyen direct de cibler les microbes intestinaux et une utilisation à court terme d'antibiotique peut modifier de manière significative la composition du microbiome. Il est à noter que tous les métabolismes de médicaments microbiens ne sont pas bénéfiques pour l'hôte, car certains médicaments peuvent arrêter les processus microbiens observés lors de l'administration concomitante d'antiviral sorivudine et de fluoropyridimide, ce qui entraîne une accumulation toxique de métabolites de fluoropyridimide résultant du blocage du fluoropyridimide par l'hôte. métabolite microbien-sorivudine. Il a été rapporté que de nombreuses classes de médicaments et de xénobiotiques modifiaient la composition du microbiome intestinal, ce qui pourrait nuire à la santé humaine. Une  interaction médicamenteuse-microbiome peut être bénéfique ou  préjudiciable, entraînant le succès ou l'échec du traitement, qui dépend en grande partie de facteurs tels que les enzymes microbiennes, la  composition chimique du médicament candidat, l'immunité de l'hôte et la relation complexe qui existe avec le microbiome. Les effets du microbiote sur la pharmacologie des médicaments et inversement sont discutés dans cette revue.

Mots-clés: microbiome; pharmacocinétique, pharmacodynamique,  médicament, xénobiotique