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Kompaktlexikon der Biologie: Antibiotika

Antibiotika, i.e.S. niedermolekulare Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen (Bakterien und Pilze), die in geringer Konzentration das Wachstum von Mikroorganismen hemmen oder diese abtöten. I.w.S. gehören dazu auch Substanzen, bei denen nur die Vorstufen von lebenden Zellen gebildet werden (semisynthetische A.) oder rein synthetische Substanzen. Auch antibiotisch wirkende Substanzen aus Pflanzen (Phytoalexine) und Tieren (Defensine) werden als A. bezeichnet. Als weitere Gruppe werden die Peptid-Antibiotika zu den A. gezählt. Unklar ist bis jetzt, ob auch Bakteriocine als A. bezeichnet werden können. Die meisten der A. im ursprünglichen Sinne werden von Bakterienarten produziert, die den Streptomycetaceae zugeordnet werden. Andere Bakteriengattungen, die A. bilden, sind Nocardia (Nocardiaceae), Micromonospora (Actinoplanaceae) und Bacillus. Zu den A. bildenden Pilzen gehören die Gatt. Penicillium, Aspergillus, Acremonium und Pleurotus.

Die Entdeckung der A. geht auf A. Fleming (1928) zurück, der beobachtete, dass Staphylococcus aureus (Staphylococcus) in einem gewissen Abstand um Kolonien des Schimmelpilzes Penicillium nicht wachsen konnte (Hemmhof). Die Bedeutung dieser Beobachtung für die Humanmedizin wurde jedoch erst 1939/40 von H.W. Florey und E.B. Chain erkannt. Die antibiotisch wirksame Substanz, Penicillin, wurde erstmals 1941 therapeutisch getestet. Darauf folgte bald die Entdeckung anderer A. Heute werden etwa 100 A. (einschließlich der semisynthetischen A.) in der Medizin verwendet.

Klassifizierung. A. können nach ihrer chemischen Struktur eingeteilt werden in Kohlenhydrat-A. (z.B. Aminoglykoside), makrozyklische Lactone (z.B. Ansamycine), Chinone und verwandte A. (z.B. Tetracycline), Aminosäuren- und Peptid-Antibiotika (β-Lactam-A.), N-haltige heterozyklische A. (Nucleosid-A.), O-haltige heterozyklische A. (Polyether-A.), alizyklische A. (Cycloheximid, Steroid-A.), aromatische A. (Chloramphenicol) und aliphatische A. (Phosphomycine) ( vgl. Tab. ).

Anwendung. A. werden hauptsächlich zur Bekämpfung bakterieller und pilzlicher Krankheitserreger, aber auch viraler Krankheitserreger von Mensch und Tier eingesetzt. Viele Infektionskrankheiten haben mit der Einführung der Antibiotika ihren Schrecken verloren. Darüber hinaus werden sie als Immunsuppressiva oder als Cytostatika bei der Behandlung von Tumorerkrankungen verwendet (Krebs). In einzelnen Ländern sind A. zur Konservierung von Nahrungsmitteln zugelassen. A. als Pflanzenschutzmittel werden vorwiegend in Japan zur Pilzbekämpfung eingesetzt. In der Tierhaltung dienen A. der Infektionsprophylaxe und der schnelleren Gewichtszunahme bei Masttieren.

Je nach Wirkungsspektrum teilt man die A. ein in Schmalbandantibiotika, die nur eine begrenzte Gruppe der Erreger (z.B. nur grampositive Bakterien) beeinträchtigen, und Breitbandantibiotika, die ein breiteres Wirkungsspektrum haben .

Wirkungsmechanismen. Zu den wichtigsten Angriffspunkten der A. gehören ( vgl. Abb. ): a) die Zellwand und ihre Synthese, b) die Struktur und Synthese der Cytoplasmamembran einschließlich der darin enthaltenen Funktionssysteme, c) die Struktur und Replikation des Chromosoms, d) die DNA-abhängige RNA-Synthese (Transkription), e) die ribosomale Proteinsynthese (Translation) und f) definierte metabolische Reaktionen (durch Antimetaboliten).

Viele A. beeinträchtigen nicht nur bestimmte Erreger, sondern können bei den zu therapierenden Organismen auch zu unerwünschten Nebenwirkungen führen. Dazu gehören Leber- und Nierenschäden (bei hohen Dosierungen), neurotoxische Schäden und allergische Reaktionen (unabhängig von der Dosis).

Industrielle Produktion. Die zur A.-Produktion verwendeten Bakterien und Pilze werden meist in Groß- Fermentern in statischer Kultur gehalten. Die Biosynthese wird bei einigen A. mit einer anschließenden chemischen Modifikation kombiniert (Semisynthese). Nur in Einzelfällen werden A. rein synthetisch hergestellt, z.B. Chloramphenicol. An der Spitze der Produktion liegen die Penicilline und Cephalosporine, gefolgt von den Tetracyclinen.

Antibiotika-Resistenz. Seit dem Einsatz von A. haben sich bei zahlreichen Mikroorganismen resistente Stämme gebildet, die durch A. nicht im Wachstum gehemmt oder getötet werden. Neben einer natürlichen Resistenz (chromosomal festgelegte Unempfindlichkeit) gibt es die durch spontane Chromosomenmutationen (Mutation) entstandene Resistenz sowie die übertragene Resistenz, die durch Übertragung von Resistenzfaktoren (Plasmide) auf andere Bakterien zustande kommt. Auf die letztgenannte Weise können Mehrfachresistenzen entstehen. Resistenzentwicklung und -ausbreitung treten vor allem dort auf, wo häufig A. eingesetzt werden, d.h. in Krankenhäusern (Hospitalismus) oder auch in der Veterinärmedizin. Eine Rolle bei der Ausbreitung von Resistenzen spielt der allzu freizügige Einsatz von A. zur Prävention und Behandlung selbst harmloser Infektionskrankheiten sowie zur Anzucht von Masttieren. Man hat festgestellt, dass Antibiotika nicht nur gegen sich selbst Resistenzen auslösen können, sondern auch gegen andere Vertreter der chemischen Gruppe, der sie angehören. Im Gegensatz zu den USA gibt es in Europa starke Bestrebungen, die Tiermast weitestgehend frei von A.-Zusätzen zu halten.

Um zu prüfen, ob ein Erreger empfindlich oder resistent gegen ein A. ist, setzt man ihn in vitro verschiedenen Konzentrationen der Substanz aus (Verdünnungsreihentest, Agardiffusionsmethode).



Antibiotika: Wichtige Antibiotika, ihre chemische Zuordnung sowie ihre Produzenten (Auswahl)



Antibiotika: Bakterienzelle (schematisch) mit Angabe der Angriffsorte verschiedener Antibiotika

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Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
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Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
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Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
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Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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