Yasmeen Bonnie Rutherford

Wer glaubt, tödliche Seuchen und Bakterien, wären höchstens Stoff für Horrorfilme oder Science-fiction Romane, sollte seine Meinung vielleicht noch einmal überdenken. Exzessiver Einsatz und Missbrauch von Antibiotika haben in den letzten Jahrzehnten für eine starke Vermehrung Antibiotika-resistenter Organismen gesorgt. Die Medikamente, die eigentlich die Aufgabe haben, Krankheitserreger zu töten, werden immer ineffektiver und öffnen bereits bestehenden oder in der Zukunft noch drohenden Gefahren Tür und Tor.

Als Alexander Fleming im Jahre 1929 das Antibiotikum Penicillin entdeckte, wurde dieser Wirkstoff als eine Art Zaubermittel gepriesen, was er zu jener Zeit wohl auch war. Durch die Massenherstellung von Antibiotika wurden Krankheiten, die einst tödliche Folgen für die Betroffenen hatten, zu Wehwehchen degradiert - lästig, aber völlig ungefährlich. In jüngster Zeit aber scheint es fast so, als würden die Bakterien, auf die die Antibiotika zielen, plötzlich zurückschlagen. Zunehmend erweisen sie sich als resistent und setzen sich erfolgreich gegen ihre Widersacher aus dem Medikamentenschrank zur Wehr. Um verstehen zu können, woher die Bakterien ihre Widerstandskräfte nehmen, müssen wir uns ein wenig weiter ins Thema einarbeiten.

Antibiotika und Bakterien

Antibiotisch heißt wörtlich übersetzt so viel wie ‚von abtötender Wirkung‘. Antibiotika sind von Schimmelpilzen (Penicillin, Griseofulvin), Strahlenpilzen (Tetracyclin, Chloramphenikol) und Bakterien (Bacicatrin) gebildete Stoffwechselprodukte, die das Wachstum und die Produktion von Bakterien entweder bremsen oder ganz verhindern. Die Antibiotika, die wir verschrieben bekommen, wenn wir krank sind, sind künstlich hergestellt. Die natürlichen Substanzen wurden synthetisiert, entweder um ihre Wirkkraft zu verstärken oder um die Palette der von ihnen angegriffenen Spezies zu erweitern. Antibiotika verhindern also die Vermehrung von Bakterien und helfen dem menschlichen Immunsystem zu überleben.

Bakterien sind komplexe einzellige Organismen. Entgegen der landläufigen Meinung sind viele Bakterien nützlich und unentbehrlich. Nützliche Bakterien fördern die Verdauung, zersetzen tote Organismen und schützen uns vor dem Eindringen schädlicher Bakterien. Die genomische oder chromosomale DNS von Bakterien hat die Form eines fortlaufenden Strangs. Diese kreisförmig angeordnete DNS steckt in einem Nukleoid (entspricht bei Bakterien dem Zellkern). Plasmid wird eine andere Form der DNS genannt, eine extra-chromosomale sich selbst vervielfältigende Struktur, die sich in Bakterienzellen findet. Plasmide, die Gene für die unterschiedlichsten Funktionen tragen (nicht aber jene, die in erster Linie für das Zellwachstum und für das Überleben verantwortlich sind), kann man sich als Mini-Chromosomen vorstellen.

Verglichen mit der DNS des Genoms, die vier Millionen Basenpaare tragen kann, sind Plasmide winzig: Sie beherbergen nur zwischen 1000 und 2500 Basenpaare. Bakterienzellen können ein Plasmid, viele Kopien eines einzigen Plasmids, verschiedene Arten von Plasmiden oder gar keine Plasmiden aufweisen. Man glaubt, dass die DNS in Plasmiden den Bakterienzellen hilft, die unterschiedlichen Belastungen ihrer Umgebung zu verarbeiten. Einer dieser Überlebensmechanismen ist ein Gen oder mehrere Gene für die Widerstandsfähigkeit gegen Antibiotika. Plasmide können auch Gene für Giftigkeit tragen. Einige schwere nahrungsbedingte Krankheiten beispielsweise, die durch einen Bakterienstamm der E. Coli. (siehe auch Fußnote 1) hervorgerufen werden, basieren auf Plasmiden.

Die Fortpflanzung und der Austausch von genetischem Material

Da sich Bakterien normalerweise über binäre (aus zwei Einheiten bestehende) Spaltung fortpflanzen oder sich in zwei identische Tochterzellen aufspalten, findet eine Neukombinierung der DNS nicht statt. Dennoch tauschen viele Bakterien durch Transformation, Transduktion oder Konjugation genetische Informationen miteinander aus und setzen sich neu zusammen. Diese Techniken haben sich Spezialisten, die im Bereich der Genetik arbeiten, zu Nutze gemacht.

Wenn ein Bakterium (ein Spender) stirbt, löst sich die Zelle auf und setzt Zellmaterial frei. Fragmente dieser nackten DNS werden dann von anderen Bakterien (Gastgebern) aufgesaugt, die sie umschließen und mit ihrer eigenen DNS zusammenfügen. Dieser Prozess, den man als Transformation bezeichnet, wurde dafür genutzt, so genannte transgene Organismen hervorzubringen, z.B. Kühe oder Pflanzen die funktionsfähige menschliche Gene tragen.

Das zweite Verfahren zur Neukombinierung ist die Transduktion, der Austausch genetischen Materials durch virale Träger. Viren, die Bakterien befallen, nennt man ‚Bacteriophage‘ oder einfach ‚Phage‘. Wenn ein Phage ein Bakterium infiziert, flößt er ihm seine eigene DNS ein, die dann den Stoffwechsel des gastgebenden Bakteriums übernimmt und es in eine kleine Fabrik verwandelt, die in der Lage ist, noch mehr Phagen hervorzubringen. Nachdem die Zelle eine ausreichend große Anzahl von Viren erzeugt hat, löst sie sich auf. Dann werden die neuen Phage freigesetzt und beginnen, weitere Bakterien zu infizieren. Wenn ein Teil der Gastgeber-DNS während des Versammlungsprozesses in einen Phagen eingegliedert wird (was nur sehr selten vorkommt), kann der defekte Phage seine DNS trotzdem noch an die Gastgeberzelle binden und sie dieser einflößen. Allerdings kann er das genetische Material des Virus nicht weitertragen und somit die Zelle auch nicht infizieren. Daher dient er der DNS allein als Transportmittel von einem Bakterium zum anderen. Wie beim Transformationsprozess kann die neue DNS auch während des Transduktionsprozesses mit der des Gastgebers neu zusammengefügt werden.

In den 50er Jahren beobachteten Wissenschaftler eine dritte Form von Neukombinierung, die Konjugation. Durch diese Form des Austausches zeichnen sich Bakterien aus, die über ein Röhrchen oder eine Brücke miteinander verbunden sind. Spenderzellen tragen Fruchtbarkeits- (oder Geschlechts-) Plasmide, die es der Zelle ermöglichen, durch Synthese längliche dünne hohle Röhrchen, Pili genannt, aufzubauen. Die ‚klebrigen‘ Pili docken an den Zellwänden der Empfängerzellen an und die zwei Zellen vereinigen sich zu einer. Ein spezielles Enzym trennt dann eine Faser der Spender-DNS ab, das transferiert wird. Es kommt vor, dass ein ganzes Chromosom ausgetauscht wird und anschließend in der Empfängerzelle neu kombiniert wird. Über die Konjugations-Brücke tauschen Bakterien auch Plasmide aus, was schnell und auf effiziente Art und Weise geschieht. Ein Austausch findet aber nicht nur zwischen Bakterien der gleichen Spezies statt. Die Grenzlinien der Spezies werden oft überschritten und sogar zwischen Bakterien und eukaryotischen (Pflanzen- und Tier-) Zellen kommt es zu Transfers.

Resistente Gene und Antibiotika-Missbrauch

Resistente Gene arbeiten auf unterschiedliche Art und Weise. Einige von ihnen verhindern eine Zerstörung, indem sie Enzyme produzieren, die die Wirkung von Antibiotika entweder schwächen oder sie chemisch so verändern, dass sie unwirksam werden. Andere Gene wiederum helfen den Bakterien dadurch, dass sie den Ort besetzen, an dem die Antibiotika normalerweise angreifen. So unterbinden sie das Andocken der Antibiotika an die Bakterien. Eine dritte Art von resistenten Genen fungiert als eine Art Pumpe, die dem Antibiotikum den Zutritt zur Zelle versperrt.

Wenn Antibiotika eingenommen werden, sterben diejenigen Bakterienzellen, die diesen Arzneimitteln offen stehen, ab. Möglicherweise überleben aber einige der Zellen. Diese pflanzen sich dann fort und geben ihre Resistenz an ihre Schwesterzellen weiter. Das passiert z.B. oft, wenn die entsprechenden Medikamente in zu geringer Dosierung oder nicht über einen ausreichend langen Zeitraum hinweg eingenommen werden. Wenn Patienten die vom Arzt empfohlene Behandlung vorzeitig abbrechen, stärken sie damit die Widerstandskräfte der Bakterien, die sie krank machen. Problematisch ist auch, dass nicht lebensgefährliche Krankheiten wie Akne oder chronische Infektionen der Ohren oftmals über einen langen Zeitraum mit niedrig dosierten Antibiotika behandelt werden. Diese Praxis trägt ebenfalls zur Entwicklung resistenter Gene bei.

Viele Kranke betrachten Antibiotika als schnell wirkende Allround-Heilmittel, und leider verschreiben Ärzte sie nicht selten auch dann, wenn dies eigentlich gar nicht notwendig wäre. Obwohl Antibiotika keine Viren abtöten, werden sie oft auch Menschen verschrieben, die sich nicht mit der Aufforderung, nach Hause zu gehen, sich auszuruhen und viel zu trinken, zufrieden geben.

Wenn keine Bakterienkultur (experimentelle Anzucht von Mikroorganismen auf geeigneten Nährböden) angelegt wird, kann der Arzt nur raten, welches Antibiotikum er zu verordnen hat. Bei nicht genau identifizierten Infektionen werden immer stärkere oder vor allem auch so genannte Breitbandantibiotika (Antibiotika, die für viele verschiedene Arten von Krankheiten helfen) verabreicht. Dies ist dann so, als würde man mit Kanonen auf Spatzen schießen. Die meisten Krankheiten werden sowieso vom körpereigenen Immunsystem besiegt. Außerdem sollten wir uns auch daran erinnern, dass die behandelten Symptome einer Krankheit Reaktionen des Körpers auf Angriffe von Krankheitserregern sind.

In vielen Entwicklungsländern werden Antibiotika rezeptfrei vertrieben und auf bedenkliche Art und Weise eingenommen. Einige Pharmakonzerne belohnen Ärzte auch dafür, dass sie ihren Patienten Antibiotika verordnen.

Über 40% aller in den USA produzierten Antibiotika werden Tieren verfüttert. Fleisch produzierenden Tieren werden lebenslang routinemäßig gering dosierte Antibiotika unters Futter gemischt, um sie schneller wachsen und ihr Futter besser verarbeiten zu lassen. Diese Praxis schafft eine perfekte Atmosphäre für die Entwicklung resistenter Gene. Ein Beispiel, das bereits schlimme Konsequenzen nach sich gezogen hat, ist die Entstehung von Salmonellen, die gegen mehrere Antibiotika immun sind.

Routinemäßig werden Antibiotika auch auf Feldfrüche und Getreide versprüht, um Krankheitsbefall zu verhindern oder zu behandeln. Obwohl Pflanzen schädigende Bakterien dem Menschen nicht gefährlich werden können, sind viele von ihnen mit jenen verwandt, die E. Coli, Salmonellen und Shigella hervorrufen. Wenn Bakterien von Pflanzen eine Resistenz entwickeln, besteht die Gefahr, dass sie diese an Bakterien weitergeben, die auch den Menschen befallen. Inzwischen scheinen Beweise dafür vorzuliegen, dass wir resistente Bakterien über das Essen aufnehmen. Wie viele resistente Bakterien uns über die Nahrungsmittelkette erreichen, ist aber noch nicht abschließend geklärt.

Bakterien entwickeln, wie jüngst bewiesen wurde, sehr schnell eine Resistenz gegenüber gängigen Haushaltsdesinfektionsmitteln. Die Folgen einer zunehmenden Verwendung immer neuer anti-bakterieller Seifen, Schwämme, Spielzeuge, Autolenkräder und Zahnbürsten könnte uns daher in wenigen Jahren noch große Probleme bereiten.

All diese Faktoren haben dazu geführt, dass heute viel zu viele Antibiotika ‚konsumiert‘ werden.

Lösungen und Schlussfolgerungen

Der erste Schritt zur Bekämpfung von Resistenzen sollte sein, weniger Antibiotika zur Behandlung von Krankheiten zu verwenden. Ärzte sollten, wenn möglich, Krankheitserreger identifizieren, bevor sie Antibiotika verschreiben. Patienten wiederum sollten auch bei einer raschen Besserung die Behandlung mit Antibiotika nicht vorzeitig abbrechen, um ein paar Tabletten zu sparen. Außerdem sollten sie ihre Ärzte nicht dazu drängen, Antibiotika auch bei Erkältung oder unbedeutenden Infektionen zu verordnen. Im zweiten Schritt sollten die Entwicklungsländer dazu veranlasst werden, Gesetze zu erlassen, die eine unkontrollierte rezeptfreie Abgabe von Antibiotika verhindern.

Ein dritter Schritt wäre die drastische Reduzierung der Nutzung von Antibiotika in der Landwirtschaft. Die routinemäßige Verfütterung von Antibiotika an Schweine muss verboten werden. Einige europäische Länder wie z.B. Schweden haben den Einsatz von Antibiotika zur Wachstumsförderung bereits unter Strafe gestellt. Konsumenten sollten im Supermarkt Antibiotika-freie Nahrungsmittel verlangen. Die Praxis, gesundes Getreide und Feldfrüchte mit Antibiotika zu besprühen, muss ebenfalls unterbunden werden. Um Bakterien und antibiotische Rückstände zu entfernen, sollten Konsumenten alle Produkte, die sie essen, vor dem Verzehr gut waschen. Sie sollten sich auch der Konsequenzen einer übertriebenen Verwendung von Desinfektionsmitteln und anti-bakteriellen Produkten bewusst sein. Wenn wir uns reinigen wollen, weil wir uns an öffentlichen Plätzen Bakterien ausgesetzt haben, reicht normalerweise Wasser völlig aus. Vielleicht wäre auch die Aufklärung der Öffentlichkeit über den Nutzen von Bakterien ein weiterer notwendiger Schritt in die richtige Richtung.

Nicht zuletzt müssen neue Antibiotika entwickelt werden, damit wir immer ein letztes Mittel zur Verfügung haben, auf das wir zurückgreifen können, wenn alle anderen Antibiotika versagen. Weitere Forschungsbemühungen, deren Ziel ein noch besseres Verständnis der Resistenz-Mechanismen sein sollte, könnten möglicherweise zur Entwicklung einer ganz neuen Familie von Wirkstoffen führen.

In unserer immer näher zusammenrückenden Welt sollten wir uns der Tatsache bewusst sein, dass wir mit unserem Verhalten immer auch auf andere Organismen einwirken. Dies gilt nicht zuletzt für Bakterien. Ihre Erschaffung hatte durchaus einen Sinn. Sie war und ist unverzichtbar. Daher sollten wir damit aufhören, sie alle unterschiedslos zu bekämpfen. Nicht-resistente brauchen wir als Verbündete im Kampf gegen resistente Bakterien.