Antibiotikaresistenz: Die langsame Pandemie

Im September 1928 kehrte der schottische Wissenschaftler Alexander Fleming aus dem Urlaub in ein unaufgeräumtes Londoner Labor zurück und bemerkte etwas Seltsames in einer vergessenen Petrischale. Ein Schimmelfleck war hineingeweht und hatte sich auf einer Kultur von Staphylokokken niedergelassen, und in einem klaren Ring um diesen Schimmel herum waren die Bakterien einfach gestorben. Der Schimmel war eine Penicillium-Art, und die Substanz, die er produzierte, sollte zu Penicillin werden, dem ersten echten Antibiotikum. Innerhalb von zwei Jahrzehnten hatte dieser Zufall die Medizin verwandelt: Infektionen, die routinemäßig Soldaten, Mütter im Kindbett und Kinder mit aufgeschürften Knien töteten, wurden plötzlich heilbar. Chirurgie, Chemotherapie und Organtransplantationen wurden alle möglich, weil Ärzte endlich die Bakterien zurückhalten konnten, die andernfalls jede Wunde in ein Todesurteil verwandelt hätten.

Doch Fleming selbst sah den Schatten im Licht. In seiner Nobelpreisrede von 1945 warnte er, dass ein sorgloser Umgang mit Penicillin Bakterien hervorbringen würde, die das Medikament nicht mehr abtöten könnte. Er hatte recht. Das Wunder franst nun aus, nicht mit dem plötzlichen Schock einer neuen Seuche, sondern mit der langsamen, zermürbenden Unausweichlichkeit der Evolution. Antibiotikaresistenz wird manchmal als stille Pandemie bezeichnet, gerade weil sie sich leise ausbreitet, eine gewöhnliche Verschreibung nach der anderen, bis vertraute Infektionen anfangen, sich der Heilung zu widersetzen.

Was ein Antibiotikum tatsächlich bewirkt

Ein Antibiotikum ist kein Gift, das den Körper durchtränkt. Es ist eine Präzisionswaffe, die auf Merkmale zielt, die Bakterien besitzen und menschliche Zellen nicht. Penicillin und seine Verwandten zum Beispiel sabotieren den Aufbau der bakteriellen Zellwand, einer starren äußeren Schicht, die tierischen Zellen vollständig fehlt. Ohne eine intakte Wand schwillt das Bakterium an und platzt. Andere Klassen greifen verschiedene Maschinerien an: einige blockieren das bakterielle Ribosom, sodass die Zelle keine Proteine mehr bauen kann, während andere die Enzyme blockieren, die die bakterielle DNA kopieren. Weil diese Ziele einzigartig für Bakterien sind, kann ein gut gewähltes Antibiotikum eine Infektion beseitigen, während es das eigene Gewebe weitgehend unberührt lässt.

Das ist auch der Grund, warum Antibiotika gegen Viren nichts ausrichten. Eine Erkältung, die Grippe und die meisten Halsschmerzen sind viral, und Viren kapern unsere eigenen Zellen, um sich zu vermehren, und bieten keines der bakteriellen Ziele, auf die diese Medikamente ausgerichtet sind. Ein Antibiotikum gegen eine virale Infektion zu nehmen kann nicht helfen, kann aber dennoch Schaden anrichten, denn es tötet harmlose und hilfreiche Bakterien ab, die in deinem Darm und auf deiner Haut leben, während es gegen die eigentliche Ursache deiner Krankheit nichts unternimmt. Jede einzelne dieser unnötigen Dosen ist auch eine Chance für Resistenz, Fuß zu fassen.

Wie Resistenz sich entwickelt

Resistenz ist keine Magie und es ist auch kein Bakterium, das "lernt", sich zu wehren. Es ist natürliche Selektion, im Zeitraffer ausgespielt. Bakterien vermehren sich erstaunlich schnell: unter guten Bedingungen kann sich eine einzelne E.-coli-Zelle etwa alle zwanzig Minuten teilen, sodass aus einer Zelle innerhalb eines Tages Milliarden werden. Jede Teilung kopiert das Genom, und das Kopieren ist nie perfekt. Ständig entstehen zufällige Mutationen, und in jeder großen Bakterienpopulation werden einige wenige Zellen durch puren Zufall eine Mutation tragen, die die Wirkung eines Medikaments abstumpft, vielleicht indem sie das Ziel, an dem das Antibiotikum ansetzt, leicht umformt, oder indem sie das Medikament wieder hinauspumpt, bevor es wirken kann.

Wenn du diese Population mit einem Antibiotikum überflutest, tötest du die anfällige Mehrheit und überlässt den seltenen resistenten Überlebenden das gesamte Schlachtfeld für sich allein. Sie vermehren sich ungehindert, und innerhalb weniger Generationen dominiert das resistente Merkmal. Das Medikament hat die Resistenz nicht erzeugt; es hat lediglich die Bakterien selektiert, die sie bereits besaßen. Dies ist eines der klarsten, am besten beobachtbaren Beispiele für Evolution durch natürliche Selektion in der gesamten Biologie, und es kann sich bei einem einzigen Patienten im Verlauf einer einzigen Infektion abspielen.

Bakterien haben mehrere Tricks, um ein Medikament zu besiegen. Erstens, es zerstören: viele produzieren Enzyme wie Beta-Laktamasen, die Penicillin-artige Moleküle zerschneiden, bevor sie wirken können. Zweitens, das Schloss ändern: eine kleine Mutation kann die Form des Proteins verändern, an das das Antibiotikum bindet, sodass das Medikament nicht mehr passt. Drittens, es hinauspumpen: Effluxpumpen in der Zellmembran schaufeln das Antibiotikum schneller wieder hinaus, als es hineinströmt. Viertens, die Tore verschließen: das Bakterium kann die Zahl der Poren in seiner äußeren Membran verringern, sodass überhaupt weniger von dem Medikament hineingelangt.

Die Abkürzung: Resistenzgene teilen

Was die bakterielle Evolution besonders gefährlich macht, ist, dass Bakterien Resistenz nicht nur von ihren Eltern erben. Sie können Gene seitwärts austauschen, zwischen nicht verwandten Zellen und sogar zwischen verschiedenen Arten, durch einen Prozess, der horizontaler Gentransfer genannt wird. Resistenzgene reiten oft auf Plasmiden, kleinen DNA-Schleifen, die vom Hauptchromosom getrennt sind, und ein Bakterium kann ein Plasmid an einen Nachbarn weitergeben, als würde es einen USB-Stick mit Anweisungen überreichen.

Die Folge ist, dass Resistenz nicht in jeder Linie neu erfunden werden muss. Ein Gen, das Resistenz gegen eine ganze Medikamentenklasse verleiht, kann von einem harmlosen Darmbakterium auf einen gefährlichen Krankheitserreger überspringen, oder sich über eine Krankenhausstation ausbreiten, oder zwischen Nutztieren und den Menschen, die sie betreuen, wandern. Schlimmer noch, Plasmide können mehrere Resistenzgene auf einmal tragen, sodass ein einziges Transferereignis ein Bakterium gleichzeitig gegen mehrere Medikamente resistent machen kann. Dieses Teilen ist der Motor hinter dem Aufstieg der sogenannten Superbakterien, Stämme, die mehrere Antibiotika gleichzeitig abschütteln.

Warum übermäßiger Gebrauch Öl ins Feuer gießt

Wenn Resistenz Selektion ist, dann ist jede Dosis Antibiotikum ein Selektionsdruck, und je mehr wir diese Medikamente verwenden, desto stärker und schneller treiben wir den Prozess voran. Übermäßiger Gebrauch hat viele Formen. In Praxen: Antibiotika werden immer noch gegen Husten, Erkältungen und andere virale Erkrankungen verschrieben, gegen die sie nichts ausrichten können, oft weil ein besorgter Patient eine Verschreibung erwartet. Bei Patienten: Menschen brechen eine Behandlung häufig vorzeitig ab, sobald sie sich besser fühlen, was die zäheren, teilweise resistenten Überlebenden zurücklassen kann, anstatt sie abzutöten. In der Landwirtschaft: in weiten Teilen der Welt werden große Mengen Antibiotika an gesunde Nutztiere verabreicht, um das Wachstum zu fördern und Krankheiten unter beengten Bedingungen vorzubeugen, und in Tieren selektierte resistente Bakterien können den Menschen über Nahrung, Wasser und direkten Kontakt erreichen.

Es gibt auch eine geografische Dimension. In einigen Ländern können Antibiotika rezeptfrei gekauft werden, ohne jegliche Verschreibung, falsch verwendet, in den falschen Dosen, gegen die falschen Krankheiten. Jeder Missbrauch ist ein weiterer Wurf mit den Würfeln der Evolution. Nichts davon bedeutet, dass Antibiotika schlecht sind; sie zählen weiterhin zu den wertvollsten Werkzeugen der Medizin. Das Problem ist, dass sie eine gemeinsame, erschöpfbare Ressource sind, und sie sorglos zu verwenden verbraucht diese Ressource für alle.

Eine Bedrohung ohne Grenzen

Das Ausmaß des Problems ist ernüchternd. Die Weltgesundheitsorganisation hat antimikrobielle Resistenz zu einer der größten globalen Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit erklärt, und große internationale Analysen schätzen, dass arzneimittelresistente Infektionen weltweit bereits jedes Jahr mit deutlich über einer Million Todesfällen in Verbindung stehen, wobei vorausgesagt wird, dass die Zahl in den kommenden Jahrzehnten weiter steigt, wenn sich nichts ändert. Resistente Stämme von Tuberkulose, Gonorrhö und gängigen Krankenhausbakterien wie bestimmten Stämmen von Staphylococcus aureus und Klebsiella sind heute etablierte Realitäten, keine hypothetischen Zukunftsszenarien. MRSA, ein Staphylokokkenstamm, der gegen eine einst zuverlässige Gruppe von Antibiotika resistent ist, ist jedem vertraut, der Zeit in einem Krankenhaus verbracht hat.

Die tiefere Gefahr ist das, was Resistenz zunichtezumachen droht. Routineeingriffe, die wir für selbstverständlich halten, Hüftgelenksersatz, Kaiserschnitte, Krebs-Chemotherapie, hängen alle von Antibiotika ab, um die Infektionen zu verhindern und zu behandeln, die sie riskieren. Wenn die Medikamente versagen, steigen die Risiken dieser Eingriffe steil an. Deshalb beschreiben Ärzte die Möglichkeit einer "post-antibiotischen Ära" mit solcher Beunruhigung: nicht eine einzelne dramatische Katastrophe, sondern eine stille Erosion eines Großteils der modernen Medizin.

Unterdessen hat sich die Pipeline neuer Medikamente verlangsamt. Wirklich neue Klassen von Antibiotika zu entdecken ist wissenschaftlich schwierig, und weil ein neues Antibiotikum idealerweise so wenig wie möglich verwendet wird, um es zu erhalten, ist es nicht sehr profitabel, sodass sich viele Pharmaunternehmen aus diesem Feld zurückgezogen haben. Wir geben gewissermaßen ein Erbe schneller aus, als wir es ersetzen.

Was tatsächlich getan werden kann

Die ermutigende Nachricht ist, dass Antibiotikaresistenz, anders als viele Bedrohungen, auf bewusste menschliche Entscheidungen reagiert, und die grundlegende Strategie ist klar. Weniger verwenden, besser verwenden: Antibiotika nur dann zu verschreiben, wenn sie wirklich benötigt werden, das richtige Medikament zu wählen und die verschriebene Behandlung abzuschließen, verlangsamt die Selektion resistenter Stämme. Dieser sorgfältige Umgang wird als Antibiotic Stewardship bezeichnet. Infektionen von vornherein verhindern: gute Hygiene, sauberes Wasser und Impfungen verringern, wie oft Antibiotika überhaupt benötigt werden, denn eine Infektion, die nie auftritt, braucht keine Behandlung. Den Einsatz in der Landwirtschaft eindämmen: routinemäßige Antibiotika bei gesunden Nutztieren einzuschränken, wie es mehrere Länder begonnen haben, beseitigt einen der größten Selektionsdrücke außerhalb der Praxis. Weiter erfinden: anhaltende Investitionen in neue Antibiotika und in Alternativen, zusammen mit besserer Schnelldiagnostik, damit Ärzte bakterielle Infektionen rasch von viralen unterscheiden können, helfen, die Pipeline wieder aufzufüllen.

Keine dieser Maßnahmen ist ein Allheilmittel, und Resistenz lässt sich nicht beseitigen, denn die Evolution lässt sich nicht abschalten. Aber sie lässt sich dramatisch verlangsamen, was Zeit gewinnt und die Medikamente bewahrt, die wir noch haben. Das Ziel ist nicht, einen Krieg gegen Bakterien zu gewinnen, der nicht zu gewinnen ist, sondern eine gemeinsame Ressource klug genug zu verwalten, dass Antibiotika noch für kommende Generationen wirken.

Die wichtigsten Erkenntnisse

Antibiotikaresistenz ist Evolution in Echtzeit: Bakterien vermehren sich so schnell und mutieren so oft, dass einige wenige Zellen in jeder Population bereits Merkmale tragen, die ein bestimmtes Medikament abstumpfen, und jede Dosis Antibiotikum tötet die anfällige Mehrheit, während sie den Überlebenden ein freies Feld zur Vermehrung überlässt. Übermäßiger Gebrauch in Praxen, abgebrochene Behandlungen und der starke Einsatz in der Landwirtschaft beschleunigen alle diese Selektion, und horizontaler Gentransfer lässt Resistenzgene sich seitwärts zwischen Arten ausbreiten und züchtet multiresistente Superbakterien heran. Das Ergebnis ist eine langsame Pandemie, die bereits mit mehr als einer Million Todesfällen pro Jahr in Verbindung steht und Chirurgie, Geburtshilfe und Krebsbehandlung untergraben kann, wenn die Medikamente versagen. Der Weg nach vorn ist keine Heilung, sondern sorgfältiges Stewardship: Antibiotika nur bei Bedarf einzusetzen, Infektionen durch Hygiene und Impfung zu verhindern, übermäßigen landwirtschaftlichen Gebrauch einzudämmen und in neue Medikamente zu investieren, damit eine Entdeckung, die 1928 durch eine verirrte Schimmelspore ausgelöst wurde, noch weit in die Zukunft hinein Leben retten kann.