Antibiotika

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Penicillium expansum (Foto H. Plicka/BMLV)

Die Bezeichnung Antibiotikum (Paul Vuillemin 1889) leitet sich von Antibiose (von gr. Anti = gegen und bios = Leben) ab. Antibiotika sind niedermolekulare Stoffwechselprodukte von Pilzen oder Bakterien, die schon in geringer Konzentration in der Lage sind, das Wachstum von anderen Mikroorganismen zu hemmen (= Bakteriostatika) oder diese abzutöten (= Bakterizide). Antibiotika werden als Arzneimittel zur Behandlung von bakteriellen Infektionskrankheiten eingesetzt. Man unterscheidet zwischen natürlichen und künstlich hergestellten Antibiotika. Die meisten heute auf dem Markt befindlichen Antibiotika leiten sich von Naturstoffen, hauptsächlich von Pilzen und Bakterien, ab.

Das bekannteste natürliche Antibiotikum ist das Penicillin. Alexander Fleming hat 1928 die Wirkung von Substanzen, die im Schimmelpilz Penicillium vorhanden sind, auf Bakterien entdeckt, doch erst viele Jahre später konnte dieser Wirkstoff in so großer Menge gewonnen werden, dass er als Medikament eingesetzt werden konnte.

Bereits 30 Jahre vor Flemings Entdeckung hat der französische Militärarzt Ernest Duchesne in seiner Doktorarbeit seine Beobachtungen über die Wirkung von Schimmelpilzen gegen Bakterien beschrieben. Diese wurde damals jedoch vom Institut Pasteur abgelehnt. Erst 1949, vier Jahre nachdem Alexander Fleming den Nobelpreis erhalten hatte, wurde Duchesne von der französischen Académie de Médecine posthum für seine Verdienste geehrt.

Das künstlich hergestellte und 1910 von Paul Ehrlich eingeführte Arsphenamin gilt als das als erste entdeckte Antibiotikum der Geschichte. Es ist ein Schmalspektrum-Antibiotikum und ermöglichte erstmals eine wirksame und relativ ungefährliche Therapie der damals weit verbreiteten Syphilis. Arsphenamin ist in der modernen Medizin inzwischen von neueren Wirkstoffen abgelöst worden. 1935 wurde dann das von Gerhard Domagk entdeckte Sulfonamid auf den Markt gebracht.

Wie wirken Antibiotika?

Die Antwort liegt in den strukturellen Unterschieden zwischen Bakterienzellen und menschlichen bzw. tierischen Zellen. Antibiotika sind so gebaut, dass sie nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip nur an Bakterienzellen, nicht aber an menschliche oder tierische Zellen andocken können. So werden gezielt nur Bakterien vernichtet.
Manche Antibiotika zerstören die Zellwand, andere greifen direkt in den Stoffwechsel der bakteriellen Zellen ein, indem sie die Bildung von Proteinen beeinträchtigen bzw. wirken sie am Bakterienchromosom und verhindern, dass die DNA entspiralisiert ("abgewickelt") wird bzw. Gene abgelesen werden können.

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Grafik: Wirkungsweise von Antibiotika

Zusammenfassend unterscheidet man folgende Wirkungsmechanismen:

  • bakteriostatisch: Bakterien werden an der Vermehrung gehindert
  • bakterizid: Bakterien werden zwar getötet, sind aber weiterhin physisch vorhanden
  • bakteriolytisch: Bakterien werden getötet, ihre Zellwand wird aufgelöst

Wann werden Antibiotika eingesetzt?

Antibiotika zählen zu den weltweit am häufigsten verschriebenen Medikamenten. Mit dreizehn Prozent Marktanteil bilden sie den größten Einzelbereich nach der gesamten Erfassung unseres Arzneimittelverbrauchs. Antibiotika werden auch als Arzneimittel gezielt im Rahmen einer veterinärmedizinischen Behandlung in der Tierhaltung eingesetzt. Die Einsatzart als Futterzusatz ist in der EU seit Anfang 2006 verboten.

Warum gibt es Resistenzen gegen Antibiotika?

Unter Antibiotikaresistenz versteht man die erworbene Widerstandsfähigkeit von Bakterienstämmen gegen ein Antibiotikum, gegen das sie normalerweise empfindlich wären. Antibiotikaresistenzen sind ein Teil des programmierten Adaptionsmechanismus, der in jeder Bakterienzelle vorhanden ist und der bedingt, dass sich Bakterien ständig an die sich verändernden Umweltbedingungen anpassen. Wenn ein Bakterium resistent gegen ein Antibiotikum wird, bedeutet das, dass die minimale Konzentration an Antibiotikum (MHK), die ursprünglich das Bakterium im Wachstum gehindert hat, nicht mehr wirkt und das Bakterium nicht mehr am Wachstum gehindert wird. Man geht davon aus, dass Mikroorganismen beinahe gegen jedes Antibiotikum Resistenzen entwickeln können.

Wie kommt es zu dieser Fähigkeit der Mikroorganismen? Zum einen bestehen primäre Resistenzen, das heißt, bestimmte Bakterien sind von Natur aus resistent gegen bestimmte Wirkstoffe. Dies ist allgemein bekannt und wird in der Behandlung von bakteriellen Infektionen bei Mensch und Tier von den Ärzten und Tierärzten entsprechend beachtet. Teilweise wird daher dieses bekannte Phänomen auch verwendet, um Bakterien zu identifizieren. Antibiotika werden auch als Selektionsmittel in der Molekularbiologie verwendet. Beim Klonieren wird die Eigenschaft der Resistenz gegen ein bestimmtes Antibiotikum als Erkennungszeichen benutzt, ob ein Stamm ein bestimmtes Gen trägt, das man dem Bakterium einbauen möchte.

Zum anderen gibt es Sekundärresistenzen, damit meint man erworbene Resistenzen. Das bedeutet, dass Bakterien durch Veränderung ihrer Gene (spontane Mutationen) oder durch Aufnahme von zusätzlichen Genen die Fähigkeit erlangen, gegen einen Wirkstoff resistent zu sein.

Die Resistenz der Bakterien hat verschiedene Mechanismen als Grundlage:
Viele Bakterien können Antibiotika abbauen oder so umbauen, dass diese ihre Wirkung verlieren. So werden zum Beispiel Penicilline durch ein Enzym abgebaut, das von Bakterien gebildet wird (β-Lactamase).
Andere Bakterien ändern die Zielstrukturen, an denen die Antibiotika angreifen, so dass dieses so genannte Schlüssel-Schloss-Prinzip nicht mehr wirkt, das Antibiotikum also das Bakterium nicht mehr schädigen kann. Weiters können Antibiotika aktiv aus Zellen ausgeschleust werden. Diese Form der Resistenz kann zur Entfernung der Antibiotika aus der Zelle führen.

Bereits wenige Jahre nach der Anwendung der Antibiotika waren die Menschen mit der Resistenzentwicklung konfrontiert. Ein Grund dafür war der sorglose Einsatz dieser Stoffe und die unkritische Anwendung sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin. Daher muss die Anwendung von Antibiotika mit der nötigen Sorgfalt und mit einem hohen Maß an Verantwortungsbewusstsein erfolgen.

So ist es im Humanbereich wichtig, die Verschreibung von Antibiotika mit dem Patienten zu besprechen und nur dann zu verwenden, wenn der Einsatz auch gerechtfertigt und sinnvoll ist. Eine Unterdosierung von Antibiotika kann Resistenzen auslösen, ebenfalls eine zu kurze Anwendungsdauer, hier ist die Verantwortung des Patienten von Bedeutung.

Der Einsatz von Antibiotika in der Veterinärmedizin ist viel stärker reguliert als noch vor einigen Jahren. Leistungsförderer sind nicht mehr erlaubt, über Tiergesundheitsdienste ist der Arzneimitteleinsatz weitgehend tierärztlich und amtlich überwacht. Zusätzlich werden von der öffentlichen Hand Überwachungsprogramme durchgeführt, damit das Risiko der Antibiotikaanwendung und der Resistenzentwicklung möglichst kontrollierbar ist.

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