Wir kennen nur ein Prozent von ihnen

Bakterien sind als Krankheitserreger in Verruf. Wir sollten jedoch viele neue entdecken

Text: Lukas Schöppl | aus HEUREKA 4/16 vom 27.10.2016

Wenn die Temperaturen fallen und die Nase läuft, liegt die Apotheke nah. Ihr Besuch sieht hierzulande jedoch anders aus als etwa in Großbritannien. Verweist eine pharmazeutisch-kaufmännische Assistentin in Österreich auf Erkältungstees und allenfalls Paracetamol, Ibuprofen & Co zur Schmerzlinderung, bekommt man in England schnell ein schwaches Antibiotikum empfohlen. In Österreich erfolgt eine Abgabe von Antibiotika ausschließlich mit Rezept, in England sind schwache Antibiotika rezeptfrei. Durch zu leichtfertige Verabreichung von Antibiotika entwickeln Bakterien jedoch schneller Resistenzen. Ein Umstand, der bei weiterer Eskalation die Medizin viele Jahre zurückzuwerfen droht.

Antibiotika, die Stoffwechselprodukte bzw. Ausscheidungen von Pilzen und Bakterien, werden seit mehr als hundert Jahren verwendet - Bakterien gegen Bakterien. Ernest Duchesnes Studien zu bakterienabtötenden (anti-biotischen) Substanzen in Schimmelpilzen der Gattung Penicillium und Alexander Flemings Entdeckung des Penicillium notatum verdanken wir Antibiotika, wie wir sie heute kennen. Kaum eine andere Entdeckung in der Medizin bot derart bahnbrechende Erfolge. Doch ihre Wirkung lässt nach.

Die Antibiotika nehmen in unserem Leben immer mehr zu

Schuld daran ist die Verabreichung der Arzneimittel. Während unsere britische Pharmazeutin sich bestimmt um unser Wohl sorgt, sorgt sie durch übermotivierten Verkauf von Antibiotika für das genaue Gegenteil. Auch in der Tierhaltung werden Antibiotika eingesetzt, um unseren Fleischkonsum garantieren zu können. So gelangen die Wirkstoffe auch in den menschlichen Kreislauf. Bakterien, die durch Antibiotika abgetötet werden, geben Teile ihrer DNA an andere Bakterien weiter, die sich dadurch selbst gegen die Wirkstoffe immunisieren und damit antibiotikaresistent werden.

Dem österreichischen Antibiotikaresistenzbericht AURES von 2014 ist zu entnehmen, dass im Jahr 2013 in Österreich 54,98 Tonnen antimikrobiell wirksame Substanzen zur Behandlung von Rindern, Schweinen, Geflügel, Schafen und Ziegen von pharmazeutischen Unternehmen eingesetzt wurden. Das sind 3,3 Prozent mehr gegenüber 2012. Die weitreichenden Folgen für die Medizin beschreibt EU-Gesundheitskommissar Vytenis Andriukaitis so: "Wenn diese Entwicklung nicht unter Kontrolle gebracht wird, hat sie die Macht, die Uhr in der Medizin um hundert Jahre zurückzudrehen."

Antibiotika werden täglich in Krankenhäusern verwendet. Dies führt auch zur Entwicklung der gefürchteten resistenten Krankenhauskeime. Einer von ihnen, MRSA, wurde vor Kurzem häufig auf den Ärmeln und Säumen von Ärztekitteln gefunden. Das hatte zur Folge, dass über die Abschaffung dieser medizinischen Kleidung diskutiert wird.

Drei Methoden gegen die wachsende Antibiotikaresistenz

Was kann man tun, um der steigenden Bedrohung durch "Superbugs", wie antibiotikaresistente Keime genannt werden, entgegenzuwirken? Eine Möglichkeit ist, Antibiotika seltener zu verwenden. In Österreich geht der Antibiotikakonsum offiziell kontinuierlich zurück. Internetanbieter, die Arzneimittelpreise dumpen und Medikamente günstiger als mit Rezept anbieten, füttern jedoch eine Dunkelziffer.

Ein anderer Ansatz geht davon aus, dass es immer Resistenzen geben wird. Also muss man von einer anderen Seite an das Problem herangehen. Mithilfe von Abwehrpeptiden soll das Immunsystem gestärkt werden. Peptide sind Immunmodulatoren, die aus kurzen Aminosäureketten bestehen. Diese lösen den Biofilm auf, also die Schleimschicht, zu der sich Bakterien zusammenschließen und in der sie sich einbetten. Diese Biofilme sind für rund zwei Drittel aller Infektionen verantwortlich.

Die dritte Möglichkeit packt das Problem an der Wurzel an, also bei den Bakterien.

Mehr, viel mehr Bakterien als bekannte Sterne

Bakterien sind erforscht - und dennoch mystisch zugleich. Vor allem aufgrund ihrer gewaltigen Zahl. Schätzungen zufolge existieren ungefähr fünf Quintillionen - das sind sieben Nullen mehr als die Zahl der bekannten Sterne. So liegt der Stand der erforschten Bakterien bei nicht einmal einem Prozent.

Wie in der Kosmologie spricht man auch in der Mikrobiologie von dunkler Materie, meint hier jedoch den unerforschten Großteil aller Bakterien. Diese "dunkle Materie" kann auch als "Dunkelziffer" verstanden werden. Könnten Wissenschafter nur ein Prozent mehr Bakterien entdecken, würde die Anwendung von Antibiotika in der Medizin gerettet sein. Das Problem der Antibiotikaresistenzen wäre um zumindest weitere hundert Jahre hinausgezögert.

Daher setzt der russisch-amerikanische Mikrobiologe Slava Epstein alles daran, dieses eine Prozent mehr zu schaffen und dadurch neue, effektive Antibiotika aus Bakterien zu gewinnen.

Doch das Unterfangen ist alles andere als leicht. Ein Grund für die große Dunkelziffer der Bakterien ist ein Phänomen, das in der Mikrobiologie unter dem Namen "Great Plate Count Anomaly" läuft. Manche Bakterien können weniger erfolgreich kultiviert werden als andere. Früher machten Wissenschafter dafür vor allem den Nährboden Agar verantwortlich, eine gallertartige Substanz aus Algen, die als Trägermaterial in Petrischalen verwendet wird. Doch Epstein bezweifelt, dass das Problem bei Agar liegt. Man dürfe sich bakterielles Leben nicht vorstellen wie ein mikroskopisch kleines Abbild unserer sichtbaren Welt - Bakterien wachsen nicht wie Kartoffeln in der Erde. Bakterieller Stoffwechsel funktioniert anders. So konnten beispielsweise Cyanobakterien aufgrund ihrer schleimartigen, grünen Konsistenz Photosynthese betreiben und vor dreieinhalb Milliarden Jahren dafür sorgen, dass unsere Atmosphäre heute zu 21 Prozent aus Sauerstoff besteht.

Auch die Ernährung von Bakterien ist unterschiedlich. Während Säugetiere durchaus ähnliche Nahrung zu sich nehmen, fressen manche Bakterien Ammonium, manche auch Wasserstoff.

Bakterien kooperieren auf mannigfaltige Art und Weise miteinander. Manche leben symbiotisch: Die Ausscheidungen des einen sind die Nahrung eines anderen.

Weg von der isolierten Betrachtung hin zur gemeinsamen Erforschung

Doch nicht nur in der Nahrung, auch in anderen Bereichen lässt sich eine wechselseitige Abhängigkeit feststellen. Bakterien kommunizieren auch miteinander. Eine wichtige Rolle bei der Erforschung von Bakterien spielt also nicht nur die Ernährung, sondern auch das Umfeld, der Kontext, in dem sie sich befinden.

Bislang wurden Bakterien isoliert in einzelnen Petrischalen kultiviert und konnten dadurch leicht erforscht werden. Doch genau hier lag der Fehler der Mikrobiologie. Durch die Isolation können Organismen nicht miteinander in Verbindung treten und nicht gedeihen. Sie befinden sich in einem Umfeld, das, metaphorisch gesprochen, zu trist und uninteressant ist, um sich zu kultivieren. Wir sprechen also tatsächlich von Bakterien-Kulturen. Laut Epstein müsse man davon absehen, Bakterien getrennt voneinander zu kultivieren.

Bei einer gemeinsamen Kultivierung verlegt sich das Problem auf das Separieren von verschiedenen Bakterienkulturen auf einem Nährboden. Dieses bei Weitem nicht einfache Unterfangen ist Epstein mithilfe einer Membran mit winzigen Löchern gelungen. Durch die Membran können die Bakterien voneinander getrennt werden. So vermochte er neue Bakterien entdecken. Nun gilt es, die Prototypen zu verbessern, um neue Medikamente generieren zu können.

Mikrobiologische Forschung zu finanzieren ist nicht einfach. Pharmakonzerne halten lieber an Medikamenten fest, die begleitend zu Krankheiten verabreicht werden und Symptome hemmen oder hinauszögern, statt Medikamente zu schaffen, die schnell wirken und nur selten benutzt werden müssen. Doch angesichts der bedrohlichen Lage, in die uns die Antibiotikaresistenzen bringen, bleibt zu hoffen, dass wir in die kleinen Bakterien große Summen an Geld investieren.

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