Wenn Keime zu Killern werden
Ohne wirksame Antibiotika können harmlose Infektionen tödlich werden. Die einstige Wunderwaffe der Medizin scheint stumpf geworden zu sein. Wie sind wir da reingeraten und wie kommen wir da wieder raus?
Auf den Punkt gebracht
- Resistenz. Laut der WHO sind multiresistente Erreger das dringlichste Gesundheitsrisiko unserer Zeit. Sie bedrohen den medizinischen Fortschritt.
- Risiko. Antibiotika heilen nicht nur Krankheiten, sie verhindern auch Infektionen. Jahrzehntelang wurden sie massenhaft in Human- und Veterinärmedizin eingesetzt.
- Kehrseite. Nun zeigt sich, dass immer mehr Bakterien gleich gegen eine Vielzahl von Antibiotika resistent sind – mit potenziell tödlichen Folgen für den Menschen.
- Kurswechsel. Jeder kann mithelfen, Resistenzen zu verhindern, etwa durch eine Änderung seines Speiseplans und den selteneren Griff zu Antibiotika.
Die Antibiotikakrise mag aktuell von den Titelseiten der Medien verschwunden sein, aus den Krankenbetten und den Intensivstationen ist sie es jedoch nicht: Jährlich sterben nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation WHO 700.000 Menschen an Keimen, gegen die Antibiotika nicht mehr wirken; allein in Europa sind es 35.000. In beiden Fällen handelt es sich um sehr vorsichtige Schätzwerte.
Manche Experten glauben an deutlich mehr Opfer: In der renommierten medizinischen Fachzeitschrift „The Lancet“ geht ein Forscherteam davon aus, dass 2019 weltweit 4,95 Millionen Todesfälle auf Antibiotikaresistenz zurückgehen: Eine Infektion kippt in eine Sepsis, der Körper wendet sich gegen sich selbst und zerstört sein eigenes Zellgewebe, um die Keime loszuwerden. Das bedeutet den sicheren Tod.
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Fortschritt vernichtet
Auf einmal scheint also die Welt des 19. Jahrhunderts in die Medizin zurückgekehrt zu sein. Antibiotika, einst die Wunderwaffen gegen tödliche Infektionen, sind stumpf geworden. „Die Antibiotikaresistenz droht hundert Jahre medizinischen Fortschritts zunichte zu machen“, warnt Tedros Adhanom Ghebreyesus, Generaldirektor der WHO. Wie konnte es dazu kommen?
Eine These ist, dass Antibiotika ein Opfer ihres eigenen Erfolgs sind: Der massenweise Einsatz von keimtötenden Wirkstoffen in der Human- und Veterinärmedizin hat auch die Anpassung dieser Keime an neue Herausforderungen beschleunigt. Resistente Bakterien überleben länger und können ihre Gene besser weitergeben; nicht resistente Bakterien werden verdrängt. Sind die Resistenzen einmal da, wachsen sie exponentiell.
Zahlen & Fakten
Aufstieg und Fall der Antibiotika: 1877-1930
Ab 1877
Die Wissenschaft entdeckt, dass Menschen und ihre Umwelt ein Zusammenspiel von Mikroben sind: Louis Pasteur fasst die Konkurrenz von Bakterien als „Leben verhindert Leben“ zusammen, Paul Vuillemin prägt den Begriff „Antibiosis“ und meint damit, dass sich Mikroben gegenseitig in Wachstum und Fortpflanzung behindern können. Ernest Duchesne findet heraus, dass Schimmelpilze auch heilende Wirkung haben.
1928
Alexander Fleming entdeckt zufällig die Wirkung von Penicillin, dem Stoffwechselprodukt eines Pilzes. Er hatte eine Staphylokokken-Kultur über die Sommerferien im Labor stehenlassen und stellte im Herbst fest, dass überall dort, wo sich der Pilz breitgemacht hatte, die Bakterien nicht gewachsen waren.
ab 1930
Pestizide erobern die Landwirtschaft und verändern das mikrobielle Leben des Bodens und der Gewässer. Vier Millionen Tonnen Herbizide, Insektizide und Fungizide werden jährlich weltweit versprüht.
Das Problem ist lange bekannt und kostet viel Geld. Produktivitätsverluste und teure Behandlungen schlagen in der EU mit 1,5 Milliarden Euro im Jahr zu Buche, die von den Gesundheitssystemen getragen werden müssen. Und dennoch: Zwischen 2012 und 2021 stieg die Verabreichung von Breitbandantibiotika in Krankenhäusern um 15 Prozent an, wie die EU-Gesundheitsbehörde ECDC in einem Bericht feststellte.
Einsatz in Massentierhaltung
Im Sommer letzten Jahres scheiterte ein Versuch der Europäischen Kommission, Landwirte zu strengeren Regeln für den Einsatz von Antibiotika in Ställen und Mastanlagen zu verpflichten und insbesondere die wertvollen Reserveantibiotika der Humanmedizin zu überlassen.
Doch die These vom Zuviel kann das Resistenzproblem nicht zur Gänze erklären. Denn insgesamt ist der Einsatz von Antibiotika rückläufig – speziell in der Landwirtschaft, wo die Abgabemengen in der EU zwischen 2011 und 2021 um 46,5 Prozent sanken. Dennoch nehmen die Resistenzen zu. Die gefährlichen Acinetobacter-Bakterien, die unter anderem Gehirnhaut- und Lungenentzündung sowie Wundinfektionen auslösen können, sind gleich gegen eine Vielzahl von Antibiotika resistent.
Im Jahr 2021 wurden um 121 Prozent mehr Fälle von Acinetobacter gemeldet als 2018 und 2019 zusammen. Auch E.coli-Bakterien, die praktisch überall vorkommen, sind inzwischen multiresistent. Das kann im schlimmsten Fall bedeuten, dass Durchfallerkrankungen nicht mehr zu heilen sind. Warum nehmen die Resistenzen zu, wenn der Antibiotikaverbrauch doch sinkt?
Vom Erfolg zur Bedrohung
Die Entdeckung der „Wunderwaffe Antibiotika“ war Zufall. Der schottische Arzt Alexander Fleming erforschte in den 1920er-Jahren Staphylokokken; das sind Bakterien, die Wundinfektionen auslösen. Er legte Kulturen in Petrischalen an. Dann kamen die Sommerferien, Fleming fuhr auf Urlaub, und als er im Herbst in sein Labor zurückkehrte, stellte er fest, dass sich in der Petrischale mit den Staphylokokken ein Schimmelpilz ausgebreitet hatte. Fleming bemerkte verwundert, dass sich in der Umgebung des Pilzes keine Staphylokokken vermehrt hatten. Der Pilz musste eine antibiotische Wirkung haben: Was Fleming entdeckt hatte, war das Penicillin, ein Stoffwechselprodukt des Schimmelpilzes.
Zahlen & Fakten
Aufstieg und Fall der Antibiotika: 1940er-1950er Jahre
1941
Der erste Mensch wird mit Penicillin behandelt. Das Medikament rettet im Zweiten Weltkrieg vielen verletzten Soldaten das Leben, indem es den durch Bakterien verursachten Wundbrand heilt. Penicillin wird schnell zum heiß begehrten Mangelmedikament, das auf dem Schwarzmarkt zu hohen Preisen gehandelt wird, insbesondere nach dem Krieg. Der Film „Der dritte Mann“ (1949) von Carol Reed handelt davon.
ab 1943
Zwischen 1943 und 1964 werden 13 Antibiotika-Klassen gegen diverse Krankheiten entwickelt. Zwischen 1983 und 2014 kommen noch einmal acht neue Wirkstoffe dazu.
ab 1950
Der Plastik-Boom beginnt. Einmal zu Mikroplastik zersetzt, ist dieses Plastik heute eine Quelle für resistente Keime. Laut EU gelangen bis zu 430.000 Tonnen Mikroplastik jährlich in die Umwelt.
Zehn Jahre später wurde es möglich, Penicillin in großen Mengen zu erzeugen. Im Zweiten Weltkrieg rettete dieses erste Antibiotikum tausenden Soldaten das Leben, indem es tödliche Wundinfektionen stoppte. Ab den 1940er-Jahren machte sich die Pharmawirtschaft daran, gegen viele andere pathogene Keime Antibiotika zu entwickeln. Heute gibt es dreizehn unterschiedliche Klassen von Antibiotika, die in ihrer gesamtheitlichen Wirkung nicht nur Infektionen beherrschbar machten, sondern auch neue Behandlungsmöglichkeiten eröffneten.
So wurden plötzlich operative Eingriffe wie Implantate möglich. Antibiotika verhindern Entzündungen beim Einsatz von künstlichen Hüftgelenken, Knieprothesen oder Zahnimplantaten. Auch Krebsbehandlungen sind ohne Antibiotika nicht denkbar. Wenn das körpereigene Immunsystem infolge einer Chemotherapie geschwächt ist und Infektionen schlecht bekämpfen kann, unterstützen antibiotische Medikamente das Abwehrsystem des Körpers. Im Schatten dieses Erfolgs bahnte sich abseits der Kliniken, Krankenhäuser und Arztpraxen ein Problem an, das lange unbemerkt blieb.
Alles mit allem verbunden
Die Entdeckung der mikrobiellen Welt im 19. Jahrhundert hatte nicht allein der Medizin einen entscheidenden Schub gegeben. Die entstehende Agrarindustrie entdeckte Möglichkeiten, mikrobielle Toxine nachzubauen und im Pflanzenschutz einzusetzen: Bereits 1892 konnte der heutige Chemie-Riese Bayer-Monsanto Dinitro-o-kresol, das erste synthetische Insektenvernichtungsmittel, produzieren. Im Jahr 1907 wurde auf Basis von Formaldehyd das Bakelit erfunden, der erste echte Kunststoff ohne ein einziges natürliches Molekül.
Eine große Artenvielfalt ist ein natürlicher Schutz vor Pathogenen.
Helmut Bürgmann (Mikrobiologe)
Es ist kein Zufall, dass die heute selbstverständliche Massentierhaltung nach dem Zweiten Weltkrieg ihren Anfang nahm: Erst Antibiotika machten es möglich, Tiere auf engstem Raum zu halten. Was haben Pestizide, Plastik und Massentierhaltung mit der Resistenzkrise zu tun? Die Zusammenhänge zeigen sich in ihrer Dramatik erst durch die Biodiversitätsforschung und die Beschäftigung mit den Auswirkungen auf die Ökosysteme dieser Welt: Gemeinsam mit den Antibiotika haben antimikrobielle Substanzen wie Pestizide und bestimmte Medikamente offenbar dafür gesorgt, dass die bakterielle Vielfalt von Ökosystemen wie Böden und Gewässern gesunken ist, während Mikroplastik ein ideales Habitat für resistente Keime zu sein scheint.
Biodiversität als Lebensgrundlage
„Eine große Artenvielfalt ist ein natürlicher Schutz vor Pathogenen“, erklärt der Mikrobiologe Helmut Bürgmann. „Jede Art besetzt in einem Ökosystem eine bestimmte Nische, es gibt zahlreiche Interaktionen zwischen den Mikroorganismen, die sich auf diese Weise gegenseitig stützen. Eine einzelne Art – ob krank machend oder nicht – kann daher nicht leicht dominant werden. Das ist erst dann möglich, wenn ein System gestört ist.“ Je größer die genetische Vielfalt, desto besser funktioniert die Anpassungsfähigkeit aller Organismen in einem Ökosystem.
Zahlen & Fakten
Aufstieg und Fall der Antibiotika: 1960er Jahre-2017
ab 1960
Fleisch wird durch Massentierhaltung zum Billigprodukt. Dies ist nur durch den Einsatz von Antibiotika im großen Stil möglich. 70 Prozent aller Antibiotika werden in der Massentierhaltung eingesetzt. Rückstände kommen direkt über das Fleisch in die Nahrung. Die Gülle begünstigt auch die Resistenzbildung im Boden. Jährlich werden laut FAO rund 80 Milliarden Tiere (davon 2018 69 Milliarden Hühner, 1,5 Milliarden Schweine und 302 Millionen Rinder) geschlachtet.
ab 2000
Die Produktion von Antibiotika verlagert sich aus Kostengründen nach Asien. 80 Prozent der weltweit verfügbaren Medikamente stammen heute aus China und Indien. Der Nachschub stockt.
2017
Die Weltgesundheitsorganisation WHO schlägt Alarm, warnt vor der zunehmenden Antibiotikaresistenz und gründet die Global Antibiotic Research and Development Partnership (GARDP), eine gemeinnützige Organisation, die die Entwicklung neuer Behandlungen für arzneimittelresistente Infektionen vorantreibt. Die EU will den Antibiotika-Einsatz reduzieren, insbesondere jenen der Agrarwirtschaft.
Bürgmann ist Forschungsgruppenleiter für Mikrobielle Ökologie am Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag und untersucht derzeit gemeinsam mit der Ökologin Giulia Gionchetta, wie sich Antibiotikaresistenzen in sogenannten Biofilmen bilden – also zum Beispiel auf glitschigen Stellen, die Steine in Fließgewässern aufweisen.
Solche Biofilme sind für die Erforschung von Resistenzen besonders wertvoll, weil sie winzige mikrobielle Lebensgemeinschaften auf kleinstem Raum darstellen. Bürgmann und Gionchetta „bombardieren“ solche Biofilme mit resistenten E.-coli-Bakterien, um zu erforschen, ob sie ihre Antibiotikaresistenzen dort an andere Bakterien weitergeben können. Dies wird Rückschlüsse auf die Verbreitung und weitere Evolution von multiresistenten Keimen ermöglichen, weil man dann genauer weiß, unter welchen Bedingungen sich genetische Eigenschaften in einem Ökosystem halten, auch wenn ihr Ursprungsorganismus bereits verschwunden ist.
Mikroplastik als Resistenzverstärker
Untersuchungen anderer Forschungsgruppen an Mikroplastik im Boden haben gezeigt, dass die Partikel von einem Biofilm umgeben sind, der von resistenten Keimen dominiert wird. Gülle-Einsatz und höhere Temperaturen verstärken nämlich die Entstehung von Resistenzgenen im Boden. Das Mikroplastik im Ackerboden wird so zu einer zuverlässigen Quelle resistenter Keime beziehungsweise entsprechender Gene – insbesondere bei höheren Temperaturen. Keine guten Aussichten in Anbetracht des Klimawandels.
Auch wenn viele Umweltgifte eine Rolle spielen: Ganz aus der Verantwortung kann die Humanmedizin nicht entlassen werden. Dass Bakterien lernen, sich gegen Feinde wie antibiotische Medikamente zur Wehr zu setzen, ist ein Grundprinzip der Evolution. „Wir leben nicht in einer sterilen Welt“, sagt die Infektiologin Petra Apfalter vom Ordensklinikum Linz. Sie ist für den jährlich in Österreich erscheinenden Resistenzbericht verantwortlich und beklagt das mangelnde infektiologische Wissen in der Bevölkerung. „Es hat dazu geführt, dass Antibiotika viel zu schnell verschrieben werden“, sagt sie.
Mikroplastik im Ackerboden wird zu einer zuverlässigen Quelle resistenter Keime – insbesondere bei höheren Temperaturen. Keine guten Aussichten in Anbetracht des Klimawandels.
Nach achtzig Jahren intensiver Nutzung von Antibiotika sind es altbekannte Keime wie E. coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae oder Streptococcus pneumoniae, die zu Todesfällen führen. Gerade ein Körper mit geschwächtem Immunsystem bietet für krank machende Keime gute Voraussetzungen, um sich an Antibiotika anzupassen. Das macht Krankenhäuser und Intensivstationen zu Hotspots für Mutationen. Aber es ist nicht nur das Krankenhaus, es sind auch die Gesetze der mikrobiellen Welt insgesamt, die wir glaubten durch Antibiotika kontrollieren zu können. Tatsächlich ist diese Kontrolle eine Illusion: „Zehntausende zum Teil unbekannte Mikroben im Darm entscheiden darüber, wie gut wir uns fühlen“, erklärt die Molekularbiologin Christine Moissl-Eichinger.
Das Netflix-Modell
Und neue Antibiotika? Die Entwicklung neuer Antibiotika wird angesichts der Resistenzentwicklung zu einer besonderen Herausforderung für die Medizin. Kürzlich wurde ein natürliches Pflanzentoxin, Albicidin, als ein neuer Kandidat speziell bei multiresistenten Keimen diskutiert. Eine Anwendung ist aber längst nicht in Sicht.
Auch aus marktwirtschaftlicher Sicht scheinen neue Antibiotika ein Ding der Unmöglichkeit: Sie würden das Geschäftsmodell der Pharmaindustrie auf den Kopf stellen. Die Entwicklung eines neuen Medikaments kostet rund 1,5 Milliarden Euro. Diese Kosten werden üblicherweise durch den massenweisen Verkauf hereingespielt. Neue Antibiotika müssten aber Notfallmedikamente bleiben, um Resistenzen zu vermeiden. Darum sind viele Pharmafirmen längst aus der Antibiotika-Entwicklung ausgestiegen. Hilfe kommt von der öffentlichen Hand und durch Forschungsgemeinschaften von Pharmafirmen: „Wir entwickeln neue Erlösmodelle, die ähnlich wie Netflix funktionieren“, erklärt Managerin Irina Alekseeva vom Arzneimittelhersteller MSD.
Und es gibt ein weiteres Problem: 42 Prozent der weltweit verfügbaren Antibiotika werden in China hergestellt. Europa kommt mit Produktionsstätten in Italien, der Schweiz, Spanien, Belgien und Dänemark auf 19 Prozent Weltmarktanteil. Lieferengpässe gibt es schon länger, Rohstoffmangel ebenso. Letzterer hat überdies damit zu tun, dass auch die Pilze, Bakterien und Pflanzen verschwinden, deren Wirkstoffe für zukünftige Antibiotika gebraucht werden.
Conclusio
Die Gesundheitsbehörden schlagen Alarm: Antibiotika gegen einst tödliche Keime verlieren ihre Wirksamkeit. Gefährdet sind vor allem kranke Menschen auf Intensivstationen, sie sind der Ort für Resistenzentwicklungen. Doch das Problem geht weit über die Medizin hinaus. Antibiotika werden auch in der Massentierhaltung verwendet. Über das Fleisch und die Gülle gelangen die Stoffe in die Nahrungskette des Menschen und tragen zusätzlich zum Problem bei. Neueste Forschungen zeigen, dass auch das Mikroplastik eine entscheidende Rolle spielt. Um eine Lösung für das Problem zu entwickeln ist eine Zusammenschau von verschiedenen Fachbereichen in der Gesellschaft notwendig. Antibiotikaresistenz kann nur gelöst werden, wenn verschiedene Akteure rasch Maßnahmen ergreifen.
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