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Antibiotika: Neue Chancen bei Antibiotika-Resistenz

Krankheitserreger lernen, Antibiotika auszutricksen. Manche von ihnen besiegen bereits sämtliche gegen sie verfügbaren Waffen. Doch Biochemiker beginnen diese Strategien der Bakterien zu verstehen – und begegnen ihnen mit maßgeschneiderten Medikamenten.


Schon Alexander Fleming, der Entdecker des Penizillins, hatte gewarnt: Krankheitskeime können gegen Antibiotika unempfindlich werden! In den letzten Jahren nun häufen sich tatsächlich alarmierende Meldungen über pathogene Bakterienstämme, die sich durch die bewährten Medikamente nicht mehr bekämpfen lassen.

Anfangs erschienen Antibiotika als Wunderwaffe. Viele bakterielle Infektionskrankheiten, von Lungen- und Hirnhautentzündung bis zu Tuberkulose und Syphilis, verloren vor gut fünfzig Jahren ihre Schrecken. Doch schon bald begannen einzelne Mikroben, diese neuen Waffen der Medizin zu übertrumpfen.

Unter den über hundertfünfzig heute therapeutisch einsetzbaren Antibiotika ist kaum noch eines, gegen das einzelne mutierte Erregerstämme nicht schon Resistenzen entwickelt hätten. Dabei müssen sie den Schutzmechanismus nicht einmal in jedem Fall selbst erfinden. Denn Bakterien können solche genetischen Anleitungen auch von anderen Keimen übernehmen, zum Beispiel von harmlosen Darmbewohnern.

Durch sein eigenes Verschulden, durch falschen wie übermäßigen Einsatz von Antibiotika züchtet der Mensch regelrechte "Super-Stämme" von pathogenen Mikroben heran, die sich vielseitig wehren, also gegen mehrere Antibiotika resistent sind. Bald wird eine Behandlung zu früh abgebrochen, bald werden Antibiotika bei Infektionen verabreicht, gegen die sie in Wirklichkeit machtlos sind. Das betrifft insbesondere Viruserkrankungen. Nach Meinung von Experten sind ein Drittel bis die Hälfte der ärztlichen Verschreibungen dieser Medikamente unnötig. Ebenso anfechtbar ist der hohe Antibiotika-Verbrauch für Nutztiere. In den USA wandern über zwei Drittel der jährlichen Produktion in die Tierhaltung, ein Großteil davon als Masthilfe. Auch in Seifen und Geschirrspülmitteln haben Antibiotika nichts zu suchen. All diese Übertreibungen bewirken nur, dass die mit den Medikamenten angreifbaren Keime verschwinden und sich stattdessen wehrhafte Varianten durchsetzen.

Aber selbst ohne so viel Missbrauch wird jedes Antibiotikum irgendwann "veralten". Denn Bakterien sind von Natur aus Überlebenskünstler. Mit ihrer rasanten Vermehrung – viele teilen sich alle paar Stunden – und einigen anderen Eigenschaften, die genetische Veränderungen begünstigen, gelingt es ihnen immer wieder, sich schnell an widrige Verhältnisse anzupassen. Auch zukünftig ist also mit neuen hartnäckigen Formen von Pathogenen zu rechnen. Uns bleibt daher nichts anderes übrig, als die Abwehrmechanismen der Mikroben jedes Mal noch zu übertrumpfen.

Jahrzehntelang glaubten Mediziner, den Kampf gegen Krankheitskeime hätten sie unter anderem dank der Antibiotika so gut wie gewonnen. Erst die Erkenntnis, dass dieses Gefecht bei vielen pathogenen Bakterien ein steter Wettlauf um die besseren Waffen ist, brachte die Forschung über Mikrobenbekämpfung in Hochschulen und Industrie während der letzten zehn Jahre wieder in Schwung. Wissenschaftler weltweit suchen nun nach geeigneten Strategien, um in diesem Wettlauf vorn zu bleiben. Für neue Antibiotika wenden sie dazu Erkenntnisse aus der Genom- und Proteinforschung an. Auch die neuen Wirkstoffe werden sicherlich nur eine Zeit lang helfen. So verlautete kürzlich über Linezolid, das erste klinisch eingesetzte Antibiotikum eines neuen Typs seit zwanzig Jahren, dass bereits Resistenzen aufgetreten sind, nur ein Jahr nach der Zulassung in den USA. Davon dürfen die Forscher sich aber nicht entmutigen lassen. Die Studien an weiteren Substanzen sind bereits fortgeschritten. Zurücklehnen wird man sich nie dürfen – doch jedes fortschrittliche Medikament verspricht bei verantwortungsvollem Umgang damit immerhin wieder eine Zeit lang Hilfe.

Fast alle bisherigen Antibiotika stammen letztlich aus der Natur, von Pilzen, Pflanzen und auch von Bakterien. Diese Organismen schufen solche Stoffe im Konkurrenzkampf um begrenzte Ressourcen als Waffe gegen störende Bakterien – und auch in der Natur entwickeln Mikroben Gegenstrategien, wenn sie solchen Giften ausgesetzt sind. Früher spürten Wissenschaftler die Wirksubstanzen nur auf und verbesserten sie teilweise, aber sie schufen nicht selbst neue Antibiotika.

Von diesen Vorgängen nahm erstmals 1928 der schottische Bakteriologe Alexander Fleming Notiz. Er züchtete damals am Londoner St. Mary’s Universitätskrankenhaus in Kulturschalen Staphylokokken, Bakterien, die häufig Eiterungen, Wund- und Darminfektionen hervorrufen und deswegen im Klinikbetrieb gefürchtet sind. Doch eines der Gefäße war versehentlich verunreinigt worden: Auf dem Nährboden wuchsen auch Kolonien des grünen Schimmelpilzes Penicillium notatum. Der Schimmelpilz aber schien etwas abzusondern, das die Staphylokokken absterben ließ: das dann nach ihm benannte "Penizillin". Mediziner erkannten allerdings erst mehr als zehn Jahre später, dass dieser Stoff sich als Medikament für den Menschen eignet, weil er dessen Zellen nicht in gleicher Weise schädigt. Seitdem blühte die Antibiotikaforschung auf. Die Wissenschaftler entdeckten viele weitere Gifte von Pilzen und anderen Organismen, die Bakterien abtöten oder zumindest ihr Wachstum behindern, die unser Organismus aber toleriert.

Zu den wichtigsten heutigen Antibiotika gehört das 1956 von Mitarbeitern des Pharma-Unternehmens Eli Lilly gefundene "Vancomycin". Um herauszufinden, wie dieser Stoff Bakterien tötet, brauchten Wissenschaftler dreißig Jahre: Er stört einen bestimmten Schritt bei der Zellwandsynthese. In dieser Weise wirken, wie wir inzwischen wissen, auch einige andere Antibiotika. Zusammen mit Vancomycin werden sie in der Klasse der "Glycopeptide" zusammengefasst. Neben ihnen kennen Biochemiker noch etwa sechs andere größere Antibiotikaklassen. Vancomycin gilt oft als letzter Rettungsanker bei Krankenhaus-Infektionen mit Stämmen des Eitererregers Staphylococcus aureus, die bereits gegen das sonst gebräuchliche Methicillin resistent sind. Um so alarmierender sind Meldungen der letzten Jahre von ersten Vancomycin-Resistenzen dieses Krankheitskeimes.

Verletzliche Zellwand

Der Wirkmechanismus von Vancomycin macht verständlich, wieso die Glykopeptide Bakterien vernichten, aber nicht menschliche Zellen. Anders als Bakterien besitzen unsere Zellen über der Außenmembran keine Zellwand, also keine zusätzliche feste äußere Stützstruktur. Ihnen verleiht stattdessen ein inneres Zellskelett Stabilität.

Doch Bakterien würden ohne eine dicke, Form gebende Zellwand am eigenen Innendruck zerplatzen. Eben das bewirkt jedoch Vancomycin. Solch eine Wand stellt gewissermaßen einen Filz aus miteinander verwobenen, von Enzymen verknüpften Molekülen dar. Hauptsächlich sind dies Zucker und Peptide. Die Zuckermoleküle sind in langen Ketten verbunden und bilden sozusagen ein Grundgerüst. Und an jedem zweiten Zucker hängt ein Peptid, eine kurze Kette aus Aminosäuren, den Bausteinen auch von Proteinen. Jeweils zwei dieser Peptide sind miteinander verknüpft. So bilden sie zwischen den Zuckerketten in verschiedenen Richtungen Brücken. Biochemiker nennen den verwobenen Molekülkomplex "Peptidoglykan".

Eine Bakterienzelle muss an ihrer Wand ständig herumbauen, um schadhafte Stellen auszubessern und die Fläche zu vergrößern, wenn sie wächst. Doch Vancomycin verhindert die Verknüpfung der Peptide. Es verwehrt einem Enzym den Zugriff, das die Peptide verbindet und dazu vorher ihre letzte Aminosäure abspalten muss. Das Antibiotikum passt nämlich hervorragend an das noch unverbundene Ende der Peptidketten und "besetzt" es. Folglich wird die Bakterienwand instabil, und die Zelle zerplatzt.

Bakterienstämme aber, die gegen Vancomycin resistent sind, bieten dem Antibiotikum einfach nicht mehr die passgenaue Angriffsfläche. Wissenschaftler untersuchten diesen Mechanismus an Vancomycin-resistenten Enterokokken: an sich meist ungefährliche Darmbakterien, die unter Umständen allerdings bedrohliche Infektionen verursachen können. Erste gegen das Medikament widerstandsfähige Varianten tauchten in den späten achtziger Jahren auf. Normalerweise würde Vancomycin zu den endständigen Aminosäuren der Peptidketten fünf so genannte Wasserstoffbrücken ausbilden, schwache chemische Bindungen – als würde es sich daran mit fünf Fingern festkrallen. Doch bei den resistenten Bakterien kann das Antibiotikum sich nur noch mit vier "Fingern" anklammern: An der letzten Aminosäure ist ein Stickstoff–Wasserstoffpaar gegen Sauerstoff ausgetauscht. Der Giftstoff sitzt nun so locker, dass Enzyme des Erregers ihn wieder entfernen können und die Zelle ihre stabile Wand trotzdem bauen kann. Durch diese winzige Veränderung sinkt die Wirksamkeit von Vancomycin auf ein Tausendstel.

Im Gegenzug versuchen die Forscher, Vancomycin mehr Angriffsstärke zu verleihen. Sie entdeckten zum Beispiel, dass einige andere Glycopeptid-Antibiotika lange, Wasser abstoßende Ketten tragen. Diese Ketten haben eine hohe Affinität zu den – ebenfalls Wasser abstoßenden – Bausteinen der bakteriellen Zellmembran unterhalb der Zellwand, wo sich diese Antibiotika deswegen gut verankern können. Mit solchen Ketten versahen Wissenschaftler von Eli Lilly auch Vancomycin. Das abgewandelte Molekül wird bereits klinisch erprobt. Es erweist sich tatsächlich als wirksam gegen Vancomycin-resistente Enterokokken.

Wir selbst verfolgen einen anderen Weg. Manche Antibiotika der Glycopeptid-Klasse bilden Zweierkomplexe und agieren so gleichsam mit vereinten Kräften. Auch von Vancomycin lassen sich solche Doppelmoleküle herstellen, was ihren Zugriff in der Zellwand deswegen verbessert, weil mehr Wirksubstanz zugegen ist: Wenn einer der Partner eine Bindungsstelle findet, bringt er einen zweiten zur Verstärkung mit. Wir arbeiten daran, Varianten des Antibiotikums herzustellen, die bereitwilliger Paare bilden als bisherige. Kürzlich konnten wir eine Anzahl solcher Doppel-Moleküle gewinnen, die sich als ausgesprochen wirksam gegen Vancomycin-resistente Enterokokken erweisen.

Doch Enterokokken können Vancomycin noch auf andere Weise widerstehen, mit einem erst kürzlich entdeckten Mechanismus. In dem Fall hängen sie an das Ende der Peptidkette in der Zellwand eine zusätzliche Aminosäure, die viel größer ist als die übrigen – als würden sie einen breitschultrigen Wachposten vor den Eingang stellen, an dem Vancomycin nicht vorbeikommt. Das Wettrennen wird also weitergehen.

Bestimmte Stämme des gefürchteten Eitererregers Staphylococcus aureus haben allerdings wieder eine andere Lösung gefunden, Vancomycin auszutricksen. Das Bakterium bildet kurzerhand eine dickere Zellwand. Zugleich reduziert es die Quervernetzungen zwischen Peptiden. Für diese Zellen macht es keinen Unterschied, wenn sich Vancomycin an die Peptidketten setzt.

Suche nach der Achillesferse

Diese Beispiele zeigen, dass kleinste Abweichungen in einzelnen Molekülen über die Wirksamkeit von Antibiotika entscheiden können. Das gilt für die Krankheitserreger ebenso wie für die gegen sie eingesetzten Medikamente. Und weil Bakterien immer neue Schliche finden, muss die Wissenschaft ständig die alten Antibiotika aufpolieren und auch immerfort neue liefern. Aus verschiedenen Gründen kann sie dabei allerdings nicht mehr so vorgehen wie früher.

Jahrzehntelang wurden antibiotika-verdächtige Stoffe an Kulturen mit lebenden Bakterien getestet – insgesamt mit beträchtlichem Erfolg, wie schon die Entdeckung von Vancomycin beweist. Diese Methode war recht praktisch, denn erstens war die Arbeit überschaubar und zweitens konnte man die Substanzen gewissermaßen blind prüfen, musste also nicht vorher wissen, wo in der Bakterienzelle ein Stoff angreifen würde. Falls ein Erreger irgendwo eine verwundbare Stelle für das getestete Molekül besaß, erwischte man die so zwangsläufig.

Ein Nachteil des Verfahrens ist aber, dass auch in unseren Zellen vielfach die gleichen Angriffspunkte existieren. Viele der biochemischen Abläufe sind bei uns ja ähnlich wie in Bakterien. Die entsprechenden Stoffe sind dann auch für den Menschen giftig. Aus heutiger Sicht stört an dem früheren Vorgehen aber besonders, dass es nicht aufzeigt, wo und wie ein bestimmter Giftstoff genau wirkt, also was er in der Bakterienzelle eigentlich macht. Ohne präzisere Kenntnisse hiervon lässt sich heutzutage praktisch kein Medikament mehr bis zum therapeutischen Einsatz bringen.

Heute gehen die Wissenschaftler darum meist anders vor. Sie testen nicht mehr die Wirkung von Substanzen auf komplette Bakterien, sondern überprüfen von vornherein den Effekt auf bestimmte molekulare Mechanismen. Sie würden zum Beispiel gezielt nach Hemmstoffen für das Enzym suchen, das die Peptidketten in der Bakterienwand verknüpft. Der Aufwand lohnt, denn wenn sich eine Substanz als wirksam erweist, kennt man schon ihr Angriffsziel. Dennoch waren die Forscher bisher mit diesem Verfahren nicht völlig zufrieden. Weil sie gewöhnlich nur den Effekt auf jeweils ein Enzym kontrollieren konnten, in Zellprozesse aber oft zahlreiche Enzyme eingebunden sind, kostete die Methode entsprechend viel Zeit. Deswegen versuchen Biochemiker nun, die Vorteile der früheren und dieser Vorgehensweise zu verbinden. Sie verlagern dazu ganze Stoffwechselwege von Bakterien ins Reagenzglas und können so komplette Reaktionssysteme –Systeme mit vielen beteiligten Enzymen – durchchecken. Wenn der betreffende Stoffwechselprozess zusammenbricht, bedeutet dies, dass die Testsubstanz entweder eines der beteiligten Enzyme entscheidend stört oder eine größere Anzahl von ihnen irritiert.

Dass neue Antibiotika heute mit wesentlich größerem Durchsatz getestet werden können, verdanken wir auch der Automatisierung und Miniaturisierung der Prüfverfahren. Robotik ermöglicht, in einer Woche Tausende von Verbindungen zu untersuchen. Modernste Anlagen durchmustern sogar Hunderttausende chemischer Substanzen am Tag. Zugleich sinken die Einzelkosten beträchtlich, weil immer geringere Mengen an Reagenzien ausreichen.

Genomik verhilft zu neuen Angriffszielen

Die rasche Durchmusterung wiederum stellt Chemiker vor das Problem, überhaupt genügend neue Moleküle zu liefern. Doch die so genannte kombinatorische Chemie macht dies möglich. So bezeichnen Wissenschaftler automatisierte Verfahren, mit denen sie in kurzer Zeit unzählige neue Molekülvarianten gewinnen. Wahrscheinlich werden auch Bakterien selbst zukünftig neue Testmoleküle synthetisieren helfen. Die Idee ist, die Mechanismen der Antibiotika-Produktion von Mikroben auszunutzen, die Bakterien aber genetisch so zu programmieren, dass sie abgewandelte Versionen des Moleküls bilden.

Auch sonst nutzen wir bei der Suche nach neuen Antibiotika in hohem Maße die jüngsten Entwicklungen in der Genomik und Molekularbiologie. Erkenntnisse über den genetischen Apparat, besonders über die Proteinsynthese sowie über die Funktion von bestimmten Proteinen erlauben, gewissermaßen hinter die Kampflinien der Erreger vorzudringen und gezielt deren eigene molekulare Abwehr auszutricksen. Genetiker und Biochemiker rüsten dabei an allen Fronten: Sie attackieren essenzielle – lebenswichtige – Gene, den Prozess der Proteinsynthese und die Eiweißstoffe. Zu ihren Zielen gehört unter anderem, pathogene Bakterien ihrer Infektiosität zu berauben oder ihnen die Fähigkeit zu nehmen, eine Resistenz auszubilden. Wie erreichen sie das?

Viele der bekannten Antibiotika behindern in den Erregern irgendwelche lebenswichtigen Funktionen. Die Suche nach den dafür verantwortlichen essenziellen Genen hat zwar erst eingesetzt. Doch Forscher vermögen die unverzichtbaren Gene eines Organismus bereits relativ schnell aufzuspüren, indem sie systematisch jede einzelne seiner Erbanlagen außer Betrieb setzen. Sie erfahren dabei auch viel über die Funktion von anderen, nicht unbedingt überlebenswichtigen Erbanlagen, auf die man ebenfalls Antibiotika ansetzen könnte.

Zu dieser Fraktion gehören die Erbsequenzen für die so genannten Virulenzfaktoren, die dem Erreger helfen, einen menschlichen Wirt überhaupt zu befallen und sich im Organismus auszubreiten – nämlich dessen Immunreaktion zu umgehen. In der Vergangenheit ließen sich die Gene dafür sehr schwer finden, denn sie werden erst durch bestimmte Abläufe im Wirtsgewebe aktiviert. Diese Vorgänge lassen sich im Labor kaum nachstellen. Mittlerweile können Wissenschaftler aber im lebenden Erreger praktisch jedes beliebige Gen mit einer definierten DNA-Sequenz inaktivieren und damit zugleich markieren. Mit so modifizierten Mikroben infizieren sie dann einen Wirtsorganismus, um zu schauen, auf welche der inaktivierten Gene der Erreger beim Infektionsprozess nicht verzichten kann. Konkret prüfen sie, ob manche Gene in später gewonnenen Proben keine Markierung mehr tragen. Darunter sollten folglich die Gene für Virulenzfaktoren sein.

Schon lange wünschen sich Mediziner, die Virulenzfaktoren von pathogenen Bakterien hemmen zu können. Sie vermuten, dass das Immunsystem dann eines Erregers Herr würde, bevor der sich breit macht. Und es sieht so aus, als stimme diese Idee. Als Wissenschaftler kürzlich einen Virulenzfaktor von Staphylococcus aureus mit einem künstlichen Molekül hemmten, vermochten damit infizierte Mäuse dem verheerenden Keim Widerstand zu leisten und die Infektion zu überwinden.

Ein weiteres Angriffsziel sind Gene und deren Proteine, die Bakterien zur Resistenz gegen Antibiotika verhelfen. Ließen sich die betreffenden Erbfaktoren beziehungsweise deren Genprodukte ausschalten, würden bislang nicht mehr wirksame Medikamente wieder einsetzbar. Diesen Ansatz verfolgen Mediziner bei den Beta-Lactam-Antibiotika, zu denen die Penizilline gehören. Auch diese Antibiotika-Gruppe blockiert die Synthese der Bakterienzellwand: Sie hemmen das Enzym, welches die Peptidketten verknüpft. Die meisten Penizillin-resistenten Bakterien bilden zur Gegenwehr ein weiteres Enzym, Beta-Lactamase, das in dem Antibiotikum eine chemische Bindung aufbricht. Das Penizillin erhält dadurch eine andere räumliche Struktur und vermag deswegen das Verknüpfungsenzym nicht mehr zu behindern. Gegenmittel, welche Beta-Lactamase nicht zum Zuge kommen lassen, machen darum die Antibiotika wieder effektiv. Genau das ist das Geheimnis des Breitspektrum-Medikaments Augmentan. Das Kombinationspräparat enthält das Penizillin Amoxicillin und als Hemmstoff die damit verwandte Clavulansäure.

Bereits jetzt gibt es Methoden, um zu bestimmen, welche Gene in einer Zelle gerade abgelesen werden. Bald wird es zur alltäglichen Routine gehören, auf diese Weise Virulenzfaktoren und Resistenzmechanismen aufzuspüren. Die Forscher werden dann sozusagen beobachten, welche Gene das Bakterium augenblicklich benutzt. Virulenzfaktoren zum Beispiel machen sich verdächtig, weil deren Gene erst deutlich aktiv sind, wenn der Erreger einen Wirt infiziert. Und Gene für Antibiotika-Resistenzen sind besonders gefragt, wenn die Bakterien dem Medikament ausgesetzt sind.

Schwachstelle Proteinsynthese

Solche Gene dürfen solange schweigen, wie sich die Zelle nicht gegen das Gift schützen muss. Obwohl diese Untersuchungsverfahren noch sehr jung sind, lassen sich damit jetzt schon Umschläge und feinere Veränderungen in der Genaktivität erkennen. Musterverschiebungen sollten den Wissenschaftlern zukünftig ebenfalls anzeigen, ob eine Substanz einen völlig neuen Wirkmechanismus hat oder ob sie die Zelle an einer Stelle angreift, die der Antibiotika-Forschung neue Felder eröffnet.

Auch die Enzymsynthese (oder allgemeiner Proteinsynthese) selbst bietet verschiedene direkte Angriffspunkte für Antibiotika. Dabei haben es die Mediziner besonders auf Moleküle aus "Ribonucleinsäure" – RNA – abgesehen, die mit der Erbsubstanz DNA chemisch verwandt ist. Sowohl die direkte Genabschrift für Enzyme besteht daraus als unter anderem auch wesentliche Teile der Ribosomen, jener großen Gebilde, in denen die Zellen ihre Proteine herstellen.

Die Ribosomen enthalten die meiste der in einer Zelle vorhandenen RNA. Weil diese Proteinfabriken sich nicht selbst zu reparieren vermögen, sind sie besonders verletzlich. Für Antibiotika bietet die ribosomale RNA gleich mehrere Bindungsstellen. 1987 wiesen Wissenschaftler nach, dass Wirkstoffe der Aminoglykosid-Gruppe, zu der Streptomycin gehört, an diese RNA binden. Wenn das geschieht, lesen die Ribosomen die Genabschrift nicht mehr korrekt und stellen unbrauchbare Proteine her. Nur sind viele dieser Substanzen leider auch für den Menschen giftig und daher von begrenztem medizinischen Nutzen. Sie gelten eher als Medikamente für Notfälle. Kürzlich gelang es aber Mitarbeitern des Scripps Forschungsinstituts in La Jolla (Kalifornien), ein künstliches Doppelmolekül herzustellen, das für den Menschen weniger toxisch sein könnte.

Im Wettlauf vorn bleiben

Die RNA-Moleküle, die eine Bauanleitung für Enzyme darstellen, bieten sich für medizinische Eingriffe schon deswegen an, weil zu jedem Protein eine spezifische RNA-Sequenz vorkommt. Es liegt nahe, unerwünschte Moleküle solcher so genannten Boten-RNA gezielt auszuschalten. Diese RNA entsteht – gewissermaßen als Negativkopie eines Gens – immer dann, wenn die Zelle das entsprechende Protein benötigt. Nach der Herstellung wandert sie vom Gen zum Ribosom. Im Prinzip könnte man sie irgendwo abfangen.

Da gäbe es etwa die Möglichkeit, störende Boten-RNA mit ganz kleinen organischen Molekülen zu malträtieren, die sich an einer bestimmten Stelle der RNA festsetzen können. Das würde die Enzym-Schablone unbrauchbar machen. Beim Immunschwächevirus HIV gelang Wissenschaftlern dieser Ansatz bereits.

Große Aufmerksamkeit gilt aber auch der "Antisense-Therapie"‚ bei der unbequeme Boten-RNA regelrecht eine maßgeschneiderte Zwangsjacke erhält. Hier stellt man, ebenfalls aus RNA, eine genaue Negativkopie der unerwünschten Sequenz her. Diese Kopie klammert sich fest an die Boten-RNA und setzt sie so außer Gefecht. Manchmal kann das Antisense-Molekül sein Opfer sogar zerstören. Kürzlich hat das US-amerikanische Gesundheitsministerium das erste Antisense-Mittel zugelassen: einen Wirkstoff gegen das menschliche Zytomegalie-Virus. Geeignete Medikamente gegen bakterielle Infektionen lassen allerdings noch auf sich warten. Bisherige Substanzen sind für Menschen zu giftig. Und es gelingt auch noch nicht, genug Wirkstoff an Ort und Stelle zu bringen. Trotz der Schwierigkeiten halten Wissenschaftler den Ansatz für viel versprechend.

Wie all dies zeigt, lassen sich die Genomik und andere molekulare Disziplinen aus der modernen Antibiotikaforschung nicht mehr wegdenken. Erst der präzise Einblick in molekulare Abläufe bei Bakterien lenkt das Augenmerk der Forscher auf viele lohnende Angriffsziele in deren Zellen. Dadurch umschiffen sie auch das Dilemma, mit dem Mediziner in den vergangenen Jahrzehnten oft konfrontiert waren: dass neu entwickelte Antibiotika sich nicht zur Behandlung eignen, weil sie auch für Menschen giftig sind. Heute kann man durch Genvergleich vorher feststellen, ob der Mensch ein mögliches Zielmolekül ebenfalls aufweist oder nicht. Und ein Genvergleich zwischen Bakterien zeigt, ob das Medikament voraussichtlich ein breites Spektrum von Erregern schädigt, weil viele Bakterien die betreffende Erbsequenz besitzen, oder ob es nur ganz wenige Pathogene angreifen kann.

Könnten Ärzte in Zukunft bei einer Infektion am genetischen Profil und der Genaktivität des Mikroorganismus früh feststellen, welcher Erregerstamm den Patienten befallen hat, genügte zur Behandlung ein selektiv wirkendes Antibiotikum, das im Idealfall nur diese Teilpopulation, nicht aber andere Varianten der Bakterienart schädigte. Das hätte den Vorteil, dass in der Erregerpopulation insgesamt weniger Selektionsdruck herrschte, eine Resistenz zu entwickeln. Solche Analysen könnten schon bald zum medizinischen Alltag gehören.

Zwar erscheinen die Aussichten, dass auch künftig schlagkräftige Antibiotika verfügbar sein werden, besser als seit Jahrzehnten, nach den euphorischen Anfängen und den vielen herben Rückschlägen in der Folgezeit. Nur wissen wir jetzt: Der Kampf gegen Pathogene mit chemischen Waffen und die Herstellung von Resistenzen dagegen sind uralt. Aufgeben werden die Bakterien ihn wohl nie. Gegen jedes neue Medikament werden sie eine Abwehr finden, und wenn sie nur in einem Molekül ein einziges Atom austauschen. Für uns kommt es vor allem darauf an, unser Arsenal – obwohl es wächst – nicht zu verschwenden, sondern die Waffen sehr überlegt und verantwortungsvoll einzusetzen. Dann dürfen wir hoffen, in dem Kampf zumindest nicht zu unterliegen.

Literaturhinweise


Antibiotikaresistenz: eine globale Herausforderung. Von Stuart B. Levy in: Spektrum der Wissenschaft, 5/1998, S. 34.

Antibiotikaresistenz. Von Antoine Adremont et al. in: Spektrum der Wissenschaft, 7/1997, S. 50.


STECKBRIEF


Das Problem

Bakterien, die Antibiotika ausgesetzt sind, erwerben von Natur aus bald Abwehrmechanismen. Häufig benutzte Antibiotika verlieren darum mit der Zeit fast zwangsläufig ihre Durchschlagskraft.

Die Lösung

Wissenschaftler erforschen diese Abwehrmechanismen der Krankheitserreger und setzen sie gezielt außer Gefecht: mit maßgeschneiderten chemischen Verbindungen.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 2001, Seite 68
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 2001

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 2001

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