Was versteht man unter einer Antibiotikaresistenz?

Resistenz gegen Antibiotika meint die Fähigkeit eines Bakteriums, unempfindlich gegenüber der schädigenden Wirkung von Antibiotika zu sein.

Wie entsteht Antibiotikaresistenz eigentlich?

Wenn ein Bakterium der Wirkung von Antibiotika ausgesetzt wird, gibt es drei mögliche Folgen - es stirbt, es vermehrt sich nicht weiter, oder es kann sich weiter vermehren. Welches der drei Ergebnisse eintritt, wird unter anderem von drei Einflussfaktoren bestimmt: Antibiotika Konzentration, Mutation der Bakterien und Austausch genetischer Information unter Bakterien.

Antibiotika Konzentration

Im Allgemeinen führt eine größere Menge Antibiotika eher zum Tod oder zur Stagnation von Bakterien, weniger Antibiotika ermöglichen eher das Überleben und Teilen der Bakterien. Eine Bakterien leben innerhalb eines "Biofilms", der sie wie ein dickes Gelee umschließt und so als Schild wirkt. Um die Bakterien alle zu erreichen, muss das Antibiotikum durch den Biofilm gelangen. Tief im Biofilm gelegene Bakterien können so dem Angriff des Antibiotikums entgehen, das nicht bis in die Tiefe durchdringen kann.

Bakterienmutation

Wenn sich Bakterienzellen vermehren, besteht eine kleine Chance, dass die neuen Zellen nicht exakte Kopien der Ursprungszelle sind. Diese Änderungen im Erbgut der Zellen nennen wir Mutationen. Das kann bei einem Bakterium zur Änderung der Bakterienwand führen, in einem anderen funktioniert ein Enzym nicht mehr so gut, und so weiter. Mutationen liegen vielen der Mechanismen der Evolution zu Grunde, und die Vielfalt des Lebens beruht häufig auf vielen Mutationen, die im Laufe der Jahrtausende aufgetreten sind und sich als günstig erwiesen haben. Größere Tiere benötigen oft hunderte oder tausende von Jahren, bis eine Mutation eine ganze Spezies erfasst (oder gänzlich neue Spezies hervorbringt). Mutationen werden mit jeder neuen Geburt weitergegeben, daher dauert es bei Tieren so lange, die oft erst aufwachsen müssen und nach Jahren erst eigene Nachkommen haben.

Bakterien vermehren sich innerhalb von Stunden. Dadurch können Mutationen in einem sehr viel kürzeren Zeitraum auftreten. Diese Mutationen (wie zum Beispiel eine Veränderung der Bakterienwand) können es für Antibiotika sehr schwierig machen, in das Bakterium einzudringen, oder an der Wand kleben zu bleiben, wodurch die Antibiotika nicht mehr ausreichend wirken können.

Vier der typischen Veränderungen eines Bakteriums, die es gegenüber Antibiotika widerstandsfähiger machen, sind:

Neue Enzyme entstehen, die Antibiotika deaktivieren oder zerstören.
Antibiotika werden aus dem Bakterium rausgeworfen.
Veränderungen der Bakterienwand verhindern ein Eindringen der Bakterien.
Manche Bakterien behindern die Energiebildung in Bakterien. Dagegen hilft die Entwicklung einer neuen Art Energiegewinnung.

Diese kleinen mutierten Bakterien gedeihen dort, wo die nicht mutierten Bakterien sterben. Neue Antibiotika (oder eine größere Menge des selben Antibiotikums, wenn die Bakterien nur wenig resistent sind) sind nötig, um sie noch töten zu können.

Der Mensch sucht weiter nach neuen Antibiotika, um das Immunsystem zu unterstützen. Bakterien hingegen werden auch weiterhin mutierte Artgenossen in ihren Kolonien haben, die potentiell gegen Antibiotika resistent sind!

Der Austausch von Genen zwischen Bakterien

Eine interessante Angewohnheit der Bakterien ist die Vorliebe, untereinander Informationen auszutauschen, ganz gleich zwei alten Bekannten, die sich im Park treffen. Das funktioniert auch zwischen zwei unterschiedlichen Bakterienarten. Als Folge davon können Bakterien, die eine Widerstandskraft gegen Antibiotika entwickelt haben, diese über ein oder mehrere Gene an andere Bakterien weitergeben. Von Treffen zu Treffen entstehen damit mehr und mehr Bakterien, die gelernt haben, diesem Antibiotikum zu widerstehen!

Wie stellen wir eine Antibiotikaresistenz fest?

Um das geeignetste Antibiotikum gegen eine Infektion zu finden, muss man wissen, wie wirksam das jeweilige Antibiotikum das Wachstum von Bakterien verhindern, oder Bakterien töten kann. Das kann man mit einem Experiment herausfinden! Wenn man das Experiment dann mit vielen verschiedenen Antibiotika durchführt, kann man sogar sehen, wie resistent das Bakterium insgesamt ist.

Schritt 1:

Place a tiny but equal amount of bacteria into a series of test tubes full of clear, nutritious bacterial broth (chicken soup for the bacteria!). Next, put increasing amounts of antibiotic into the test tubes (doubling the antibiotic concentration as you go). Warte jetzt 24 Stunden.

1. Einige der Röhrchen sind trübe geworden! Die Antibiotikakonzentration in diesen Röhrchen war zu niedrig, um die Vermehrung der Bakterien zu verhindern.

2. Einige dieser Röhrchen sind noch durchsichtig! Die Konzentration des Antibiotikums in diesen Röhrchen war ausreichend, um die Vermehrung der Bakterien zu verhindern. Die niedrigste Konzentration, bei der die Bakterienvermehrung verhindert werden kann, wird Minimale Hemmkonzentration (MHK) genannt. Im obigen Schaubild findet man die MIC anhand des ersten klaren Teströhrchens. Aber Moment! Sind die Konzentrationen der Antibiotika auch hoch genug, um die Bakterien zu töten, oder verhindern sie nur die Vermehrung? Das können wir herausfinden!

Schritt 2:

Nimm eine kleine Menge Flüssigkeit aus den noch klaren Teströhrchen aus Schritt 1 und fülle diese jeweils in ein neues Röhrchen, das mit Nährlösung gefüllt ist. Fülle keine Antibiotika in die neuen Teströhrchen. Warte wieder 24 Stunden. Beachte: Ein wenig Antibiotikum wird in der Probe aus Schritt 1 sein. Das ist jedoch zu wenig, als dass die Ergebnisse in Schritt 2 dadurch beeinflusst würden.

3. Einige der Teströhrchen sind nun trüb geworden! Die Bakterien wachsen wieder! Das bedeutet, die Konzentration des Antibiotikums aus Schritt 1 konnte die Bakterien nicht töten, es verhinderte lediglich die Teilung.

4. Die Reagenzgläser sind noch klar! Dies bedeutet, dass die Konzentration des Antibiotikums in Schritt 1 die Bakterien abgetötet hat. Die niedrigste Konzentration eines Antibiotikums, bei der die Bakterien getötet werden heißt Minimale Bakterizide Konzentration (MBK). In der Abbildung oben ist die Konzentration im ersten klaren Reagenzglas in Schritt 2 die MBK.

Sobald du die benötigten Konzentrationen eines Antibiotikums kennst, mit denen Bakterien am Wachstum gehindert (MHK) oder getötet (MBK) werden, weißt du, ob diese Dosis einem Menschen sicher verabreichen könntest. Wenn du diese Konzentration verabreichen darfst, dann sprechen wir davon, dass das Bakterium "sensibel" gegenüber einem Antibiotikum ist. Wenn nicht, dann nennt man das Bakterium "resistent" gegen dieses Antibiotikum. Nun gilt es, ein Antibiotikum auszuwählen, das die infektionsauslösenden Bakterien effektiv bekämpfen kann, ohne dabei den Patienten zu schaden, oder ihr Ökosystem der guten Bakterien zu zerstören.

Wie widerstandsfähig sind Pathogene geworden?

Im Lauf der Jahre sind einige Bakterien resistenter gegen Antibiotika geworden als andere. Hier ein kurzer Blick auf einige der häufigsten und/oder problematischsten der resistenten Bakterien:

Carbapenem-resistente Enterobakterien (CRE): Einige der CRE Stämme sind nicht behandelbar, da sie resistent gegenüber allen Antibiotika sind. Patienten, deren Blutstrom mit diesen Bakterien infiziert ist, haben eine Mortalitätsrate von 50%. Diese Infektionen sind selten, erregen aber große Besorgnis.
Clostridium difficile (C. difficile): Dieses Bakterium befällt den Darm üblicherweise, nachdem andere Antibiotika die natürliche Darmflora zerstört haben. Es verursacht Symptome wie schmerzhafte, blutige Durchfälle und Fieber. C. difficile tritt häufig in Krankenhäusern und Wohnheimen auf und kann für Ältere sehr gefährlich werden. Das Bakterium besitzt natürliche Resistenzmechanismen gegen Bakterien und bildet Sporen, die nur äußerst schwer abzutöten sind.
Neisseria gonorrhoeae: Dieses Bakterium verursacht die zweithäufigste Infektion in Nordamerika (Gonorrhoe, Tripper) und kann zu Beeinträchtigungen der Fruchtbarkeit führen. Ursprünglich war es sehr einfach zu behandeln, aber mittlerweile sind etwa 30% der Bakterienstämme resistent gegen ein Antibiotikum.

Wie kannst du verhindern, dass Antibiotikaresistenzen entstehen?

Will man Antibiotikaresistenzen begrenzen, ist es wichtig, dass Bakterien auf dem gesamten Planeten (in uns selbst, in Tieren und die Bakterien in der Umwelt) so wenig Kontakt mit Antibiotika haben, wie möglich. Zwei der Möglichkeiten, um eine übermäßige Exposition zu vermeiden, sind:

Verantwortungsvolle Einnahme von Antibiotika: Nimm Antibiotika nur bei einer bakteriellen Infektion (nicht bei einem Virus), und wähle eines mit einem engen Wirkungsspektrum, damit das natürliche bakterielle Ökosystem keinen Schaden leidet. Bitte die Medizinprofis dabei gezielt um Hilfe. Ähnliches gilt bei Tieren - Antibiotika nur bei bakteriellen Infektionen, keine ungezielte Fütterung an gesunde Tiere, und ein möglichst enges Wirkspektrum. Wenn wir die benötigten Antibiotika wirklich gezielt einsetzen können wir verhindern, dass sie unwirksam werden.
Verantwortungsvolle Entsorgung: Nicht mehr benötigte Antibiotika müssen auf eine Art und Weise entsorgt werden, die verhindert, dass die in der Umwelt lebenden Bakterien damit in breiten Kontakt kommen. Spült man Antibiotika einfach die Toilette runter, gelangen Bakterien in Wasser und Boden damit in Kontakt. Besser ist es, sie in der Apotheke zurückzugeben, oder in einen Plastikbeutel zu verpacken und dann erst in den Müll zu werfen.

Referenzen

Silver, L. L. (2011). Challenges of Antibacterial Discovery. Clinical Microbiology Reviews, 24(1), 71–109. doi:10,1128/CMR.00030-10

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