Einst gehörten bakterielle Infektionen wie Wundbrand und Tuberkulose zu den tödlichsten und gefürchtetsten Krankheiten – doch das änderte sich schlagartig, als die ersten Antibiotika verfügbar wurden: Diese kleinen Moleküle, meist ungiftig und einfach zu produzieren, machten einst tödliche Bakterienangriffe zur Lappalie. Aber der Schutzschirm wird löchrig: Immer mehr Bakterien entwickeln Widerstandskräfte gegen die einstigen Wunderwaffen. Lässt sich dieser Trend noch umkehren?

Woher kommen Antibiotikaresistenzen?

Antibiotikaresistenzen stammen vom gleichen Ort wie auch die Antibiotika: aus der freien Wildbahn. Alle bekannten Antibiotikaklassen stammen aus Organismen, die sich mit ihnen unerwünschte Bakterien vom Leib halten. Alexander Flemings Penizillin produzierender Schimmelpilz war nur das erste Beispiel dieser universalen chemischen Kriegsführung im Reich der Mikroben. Und wo es Angriffswaffen gibt, existieren auch die Mittel zur Verteidigung – so wie Antibiotika seit Jahrmillionen zum Arsenal im Überlebenskampf gehören, haben Bakterien sich schon immer zu schützen gewusst.

Die ältesten bekannten Resistenzgene stammen aus 30 000 Jahre alten Bakterien, eingefroren im arktischen Permafrost. Selbst hunderte Meter unter der Erdoberfläche findet man solche Resistenzen. Sie entstanden lange bevor der Mensch begann, Antibiotika für seine Zwecke einzusetzen. Unter normalen Umständen allerdings sind diese Verteidigungstricks eher rar, denn Antibiotika kommen in der Natur meist nur in winzigsten Konzentrationen vor. Einige Fachleute vermuten, dass sie in freier Wildbahn vor allem als Signalstoffe wirken oder bestimmte Gene regulieren.

Warum werden immer mehr Bakterien resistent?

Ob Antibiotikaresistenzen weltweit tatsächlich zunehmen, war lange Zeit nicht abschließend geklärt. Erst 2014 verschaffte sich die Weltgesundheitsorganisation einen Überblick – mit dem Ergebnis, dass Resistenzen nicht nur bei Bakterien, sondern bei allen pathogenen Organismen in allen Erdteilen zunehmen. Eine postantibiotische Ära im 21. Jahrhundert sei eine reale Möglichkeit, so das Fazit.

Auch andere Untersuchungen stützen diese Schlussfolgerung. 2013 befand die US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention, antibiotikaresistente Erreger seien eine der 15 wichtigsten Todesursachen in den USA. Dabei ist das Bild durchaus gemischt. Während einige häufige Krankheitserreger empfindlich gegenüber gängigen Medikamenten bleiben und sogar noch auf das Uralt-Präparat Penizillin ansprechen, sind einige Krankheiten kaum noch behandelbar. Dazu gehört unter anderem Tuberkulose.

Dass sich Resistenzen entwickeln, ist eine einfache Konsequenz der Evolution. Die Resistenzen sind in der Umwelt vorhanden. Wenn Bakterienpopulationen mit einem Gift in Berührung kommen, haben jene Organismen einen Vorteil, die unempfindlich sind oder zumindest höhere Konzentrationen des Wirkstoffs tolerieren. Zwei Umstände beschleunigen diese Entwicklung ganz erheblich: Zum einen vermehren sich Bakterien extrem schnell, so dass sich selbst ein sehr seltenes Resistenzgen binnen kurzer Zeit durchsetzen kann. Zum anderen nehmen die meisten Bakterien DNA aus der Umwelt auf oder tauschen genetisches Material mit anderen Bakterien – so verbreitet sich eine Widerstandskraft auch über Artgrenzen hinweg.

Multiresistenter Keim
© CDC / Melissa Brower
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 Bild vergrößernMultiresistenter Keim
Auch im Kampf gegen Lungenentzündungen werden Antibiotika oft eingesetzt. Allerdings zeigt der häufige Auslöser, das Bakterium Streptococcus pneumoniae, vielfach eine Resistenz gegen die Mittel.

Das Problem wäre weitaus geringer, wenn man die Wirkstoffe sparsam und umsichtig einsetzen würde. Doch Fachleute beklagen seit Langem, dass in Humanmedizin, Tierhaltung und anderen Bereichen wie Aquakultur Antibiotika übernutzt und auch verantwortungslos genutzt werden. So setzt man die Wirkstoffe auf Verdacht ein, in vielen Ländern kann man sie frei kaufen. In der Landwirtschaft kommen Antibiotika zum Teil als Wachstumsförderer zum Einsatz, und Substanzen wie Colistin waren in der Tiermedizin noch üblich, als sie beim Menschen längst für Notfälle in Reserve gehalten wurden. Durch den hohen Verbrauch gelangen zusätzlich große Mengen Antibiotika in Umwelt und Gewässer. Man vermutet, dass diese großräumige Belastung ebenfalls zum Resistenzproblem beiträgt.

Was sind die Folgen der Resistenzen?

Schon heute sterben immer mehr Menschen an den Folgen von Infektionen, die früher mit Antibiotika hätten geheilt werden können. Wie viele das tatsächlich sind, ist allerdings unklar. Genauso wenig weiß man, wie sich diese Infektionen in einer Welt ohne wirksame Antibiotika entwickeln würden. 300 Millionen Menschen werden im Jahr 2050 durch resistente Keime vorzeitig aus dem Leben scheiden, prophezeite 2014 eine Arbeitsgruppe der britischen Regierung. Nüchternere Geister halten die Annahmen hinter dieser hohen Zahl von Todesopfern zwar für unrealistisch, umgekehrt aber reichen die Konsequenzen der Resistenzausbreitung auch weit über die reine Sterblichkeit hinaus.

Antibiotika benötigt man heute nämlich für weit mehr als für die Behandlung einiger akuter Infektionen. Eine ganze Reihe chirurgischer Eingriffe, zum Beispiel Gelenkimplantate, aber auch Eingriffe am Verdauungstrakt bringen ein erhebliches Infektionsrisiko mit sich, genauso wie einfache Geburten. Andere Situationen wie Organtransplantationen und Chemotherapie gegen Krebs schwächen das Immunsystem dauerhaft. Gerade bei ernsten und langwierigen medizinischen Komplikationen würde sich eine Schutzlücke durch weit verbreitete Resistenzen bemerkbar machen, während das Risiko medizinischer Routineeingriffe bei Gesunden kaum stiege.

Aber auch für jene, die von den Infektionen selbst weniger betroffen wären, hätte die Situation Folgen. Bakterielle Infektionen würden häufiger, im Durchschnitt schwerwiegender, länger und damit deutlich teurer. Schon heute stehen die Gesundheitssysteme vieler Länder wegen Finanzierungslücken vor großen Problemen. Antibiotikaresistenzen werden Aufwand und Kosten weiter erhöhen. Zusätzlich würden Obst, Gemüse, Fleisch und Fisch wohl deutlich teurer werden, denn auch sie werden heute mit Antibiotika vor Bakterien geschützt.

Warum gibt es so wenig neue Antibiotika?

Immer wieder liest man, der Mangel an neuen Antibiotika sei vor allem ein ökonomisches Problem; Antibiotika könnten ihre Entwicklungskosten nicht wieder einspielen. Zum Teil ist das richtig: Antimikrobielle Wirkstoffe haben eine recht kurze Einsatzdauer. Es ist ökonomisch wesentlich sinnvoller, ein Medikament gegen eine chronische Krankheit zu entwickeln, das Patienten über Jahre einnehmen müssen. Zusätzlich würden neue Antibiotika vermutlich für Notfälle zurückgehalten werden.

Doch das ist nur ein Teil der Erklärung. Denn einige große Pharmaunternehmen forschen bis heute an neuen Antibiotika – mit begrenztem Erfolg. Es hat sich herausgestellt, dass neue Antibiotika extrem schwer zu finden sind. Viele aussichtsreiche Wirkstoffe hätten sich zum Beispiel als zu giftig erwiesen, erklärte 2013 ein Industrieforscher in einem Interview. Bemerkenswert ist vor allem, dass die klassische Strategie der modernen Medikamentenforschung, aussichtsreiche molekulare Ziele zu identifizieren und Wirkstoffe dagegen zu suchen, in der Antibiotikaforschung gescheitert ist. Auch die unzähligen sequenzierten Bakteriengenome haben daran – entgegen der ersten Euphorie – nichts geändert.

Womöglich bahnt sich nun ein Paradigmenwechsel an: zurück zur Naturstoffchemie, bei der man in biologischen Proben nach interessanten Molekülen sucht. Diese Verfahren sind sehr aufwändig, aber die Entdeckung des Teixobactins bei der Analyse von im Labor nicht wachsenden Bodenmikroben zeigt, dass der Ansatz Potenzial hat.

Doch wahrscheinlich sind Hoffnungen auf ein neues goldenes Zeitalter der Antibiotika überzogen. Dass die Menschheit dank der Antibiotika ein paar Jahrzehnte lang klar die Oberhand im Kampf gegen Bakterien hatte, war vermutlich ein einmaliger historischer Glücksfall, der leichtfertig verschwendet wurde. Fachleute vermuten, dass die leicht zu findenden, wenig giftigen und einfach anwendbaren Wirkstoffklassen alle gefunden sind. Die goldenen Jahre sind vorbei.

Alexander Fleming
© Collections of the Imperial War Museums, Bild D 17801, Fotograf: Ministry of Information Photo Division Photographer, 1943 / public domain
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 Bild vergrößernPenizillin – Wie ein Pilz Leben rettet

Die Entdeckung des Penizillins gehört mit Sicherheit zu den bedeutendsten medizinischen Errungenschaften. Ihren Anfang nahm sie im Sommer 1928, als der Bakteriologe Alexander Fleming während seiner Arbeiten am St. Mary's Hospital in London bemerkte, dass eine seiner Bakterienkulturen von einem Schimmelpilz bewachsen war. Statt sie jedoch, wie seine Kollegen zuvor, einfach wegzuwerfen, sah er sie sich genauer an. Dabei entdeckte er, dass sich in der direkten Umgebung des Pilzes keine Bakterien mehr vermehrten.

Er untersuchte die Wirkung des Schimmelpilzes (Penicillium notatum) auch auf andere Bakterienarten und erkannte, dass Bakterien abgetötet wurden, für tierische und menschliche Zellen aber keine schädigende Wirkung auftrat. Die Entdeckung fand jedoch wenig Resonanz unter den Wissenschaftlern, und so dauerte es zehn Jahre, bis sich Howard Florey und Ernst Chain des Pilzes annahmen. Sie isolierten schließlich 1940 das erste Penizillin und testeten es am Menschen.

Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs verstärkte das Interesse am neuen Antibiotikum schlagartig. In den USA gelang es 1943 durch neue Stämme (Penicillium chrysogenum), den Wirkstoff in ausreichenden Mengen herzustellen, um erst verwundete Soldaten und später auch die Zivilbevölkerung zu behandeln. 1945 wurden Fleming, Florey und Chain für ihre bahnbrechenden Arbeiten mit dem Nobelpreis geehrt. Und bis heute werden mit dem Einsatz von Penizillinen unzählige Menschenleben gerettet.

Welche Antibiotika-Alternativen gibt es?

Antibiotika sind nicht die einzige Erfindung, mit der sich Lebewesen aggressive Bakterien vom Leib halten. Höhere Lebewesen wie Pflanzen, Tiere und Pilze besitzen ,- trotz ihrer immensen Unterschiede im Immunsystem – einen gemeinsamen Mechanismus, um sich die Keime vom Leib zu halten: die so genannten Antimikrobiellen Peptide. Das sind kleine Eiweiße, selten mehr als 50 Aminosäuren lang, die Bakterien und andere Mikroorganismen töten, meist indem sie deren Zellmembranen durchlöchern. Solche Stoffe können, ganz ähnlich wie Antibiotika, systematisch verändert werden, um ihre Wirksamkeit zu erhöhen. Einige solche Stoffe werden derzeit für medizinische Anwendungen getestet, sie sind aber oft recht teuer.

Eine immer wieder propagierte Möglichkeit, Bakterien zu bekämpfen, bedient sich spezieller Viren, der Bakteriophagen. Diese Form der Therapie wird seit den 1920er Jahren speziell in Russland und Osteuropa eingesetzt. Mit zunehmender Verbreitung resistenter Keime suchen immer mehr Menschen und Institutionen ihr Heil bei dieser Therapieform – der breite medizinische Einsatz der Viren lässt jedoch noch auf sich warten. Bisher gelten sie trotz ihrer langen Geschichte weiterhin als hoffnungsvolle Kandidaten und nicht viel mehr. Verantwortlich ist eine Reihe regulatorischer und technischer Hindernisse – auf absehbare Zeit werden Bakteriophagen wohl nur in Spezialfällen wie Brandwunden zum Einsatz kommen.

Daneben gibt es eine Reihe weiterer Verfahren wie zum Beispiel Nanopartikel aus Kupfer oder Silber, virale Enzyme, die Zellwände abbauen, oder gar räuberische Bakterien. Keiner dieser Ansätze ist allerdings ein vollwertiger Ersatz für die bisherigen Antibiotika. Sie werden im Magen abgebaut oder dringen aus der Blutbahn nicht ins Gewebe ein – oder sie sind ebenso anfällig für Resistenzen wie klassische Antibiotika. Die beste Chance, auch in Zukunft bakterielle Infektionen noch zu bekämpfen, dürfte im schonenden Umgang mit den vorhandenen Wirkstoffen liegen.