Das Thema Antibiotikaresistenz gewinnt immer mehr an Bedeutung, da hinsichtlich des immer noch häufigen Einsatzes von Antibiotika auch bei eher harmloseren Erkältungskrankheiten zunehmend Bakterienstämme resistent gegen bestimmte Medikamente werden.
Dies ist besonders bedenklich und lädt zum Umdenken ein, da Erkältungskrankheiten und grippale Infekte im Vergleich zu ernsteren Erkrankungen, wie Entzündungen der Lunge und anderer Organe, meistens viralen Ursprungs sind und gar nicht mit Antibiotika therapiert werden können.
Auch aus der Schweinemast ist bekannt, dass vorsorglich Antibiotika verschrieben werden, um schon vorbeugend eventuelle bakterielle Infektionen zu bekämpfen. So konnten sich im Laufe der Zeit Keime entwickeln, die sich nicht mehr ohne Weiteres mit Antibiotika bekämpfen lassen, wie methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA), die nicht nur in Krankenhäusern anzutreffen sind.
Weniger bekannt ist aber und wurde jetzt durch einen in Spektrum der Wissenschaft erschienen Artikel untermauert, dass
geringe Konzentrationen von Antibiotika ebenfalls das Gegenteil der erwünschten Therapie hervorrufen, nämlich widerum eine Antibiotikaresistenz ankurbeln kann.
Kohanski, M. A., De Pristo, M. A. , Collins, J. J. haben dies in ihrem in „
Molecular Cell, Volume 37, Issue 3, 311 – 320, 12. Februar 2010“ veröffentlichten Artikel wissenschaftlich untersucht, indem sie gezeigt haben, dass bei geringen Antibiotikakonzentrationen vermehrt reaktive Sauerstoffradikale (ROS) gebildet werden, die über den
Mechanismus des oxidativen Stresses die Mutationsrate steigern und damit Antibiotikarresistenzen auslösen.
Dabei agieren die Antibiotika als aktive mutagene Reaktionspartner, sind also unmittelbar an der Antibiotikaresistenz über molekulare Mechanismen beteiligt.
In
Spektrum der Wissenschaft vom 10. Februar 2010 ist u.a. zu lesen, dass Mikrobiologen schon seit langem wissen, dass beim Einsatz von Antibiotika besser „geklotzt als gekleckert“ werden sollte. Zu groß sei die Gefahr, am Ende versehentlich aus vielen anfälligen Keimen einer unangenehmen Bakteriengesellschaft jene wenigen widerstandsfähigen Überlebenden zu selektieren, die sich dann anschließend konkurrenzlos und noch schlechter kontrollierbar vermehren.
Tatsächlich sorgen niedrige Dosen von Antibiotika allerdings nicht nur für eine Selektion der wenigen bereits resistenten Keime, sondern beschleunigen in allen Bakterien im Umfeld auch die Mutationsrate – was dann die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass neue Resistenzen gegen alle möglichen anderen Antibiotika überhaupt erst entstehen, berichtet nun ein Forscherteam um James Collins von der Harvard University und seine Kollegen.
Sie hatten schon vor einiger Zeit darauf hingewiesen, dass manche Antibiotika auch deshalb wirken, weil sie die Bakterien zur verstärkten Produktion von reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) anregen, die dann widerum unter anderem in die Atmungsprozesse der Zelle eingreifen und sie nachhaltig schädigen. Gleichzeitig sind ROS aber auch dafür verantwortlich, dass fehleranfällige DNA-Notfall-Reparaturmechanismen angekurbelt werden und „zufällige“ Mutationen stattfinden können, die dann ebenfalls zu den gefürchteten Antibiotikaresistenzen führen. Andere reaktive Sauerstoffradikale, wie etwa Hydroxylradikale, schädigen direkt die DNA und führen über diesen Mechanismus zu Mutationen. Genau dies, so die Hypothese von Collins und Kollegen, könnte gerade Bakterien schnell mutieren lassen, die niedrigen Dosen von Antibiotika ausgesetzt sind. Sie werden dadurch z. B. in die Lage versetzt, Gifte aus ihrem Zellinneren leichter herauszutransportieren, wodurch sie eine höhere Überlebenschance gegenüber Bakterienstämme aufweisen, die nicht über diese Fähigkeit verfügen.
Die Forscher untermauerten ihre Theorie experimentell mit den Bakterienstämmen E. coli MG 1655 und Staphylococcus-aureus-Kulturen, die sie im Experiment verschiedenen niedrig dosierten Antibiotikakonzentrationen aussetzten. Dabei bestätigte sich ihre Theorie, da die Konzentration von ROS ebenso wie die Mutationsrate in den Keimen deutlich anstieg. Fügten die Forscher einen Wirkstoff zu, der die Hydroxylradikale abfängt, so sank die Mutationsrate dagegen wieder.
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Ausblick:
Die neuen Erkenntnisse sollten beim Einsatz von Antibiotika dringend bedacht werden, meinen Collins und Kollegen. Um die Entstehung von Resistenzen zu verhindern, sollten unterdosierte Antibiotikagaben vermieden werden. Dies kann erreicht werden, indem Antibiotika lange genug über einen bestimmten Zeitraum auch nach Verschwinden der Symptome der bakteriellen Infektion eingenommen werden, die Einnahme sorgfältig jeden Tag in der angegebenen Dosis stattfindet und Wechselwirkungen mit anderen Medikamenten vermieden werden.
Neue therapeutische Ansätze, in denen Antibiotika mit ROS-Fängern kombiniert werden, sind denkbar und wären wünschenswert, damit die Bekämpfung der Keime nicht gleichzeitig deren Mutationsrate und damit ihre Chancen erhöht, sich der Bekämpfung in Zukunft durch Ausbildung von Antibiotikaresistenzen zu entziehen.
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Chemie für Interessierte:
Laut Definiton werden als ROS „Reaktive Sauerstoffspezies“ bezeichnet. Die Abkürzung ROS stammt aus dem Englischen und bedeutet übersetzt: „reactive oxygen species„und wird auch oft ungenau als „Sauerstoffradikale“ übersetzt.
ROS sind für den Organismus schädliche Formen des Sauerstoffs, die bei oxidativem Stress und damit bei verschiedensten Erkrankungen sowie beim Alterungsprozess eine wesentliche pathophysiologische Rolle spielen. Reaktive Sauerstoffspezies bewirken bei Proteinen Proteinoxidation und bei Lipiden Lipidperoxidation.
Zu den ROS gehören zum einen
freie Radikale wie das Hyperoxid-Anion (alte Bezeichnung: Superoxid-Anion: O
2·
? )das hochreaktive
Hydroxyl-Radikal OH·, das Peroxylradikal ROO· und das Alkoxylradikal RO· von Lipiden. Zum anderen
stabile molekulare Oxidantien wie Wasserstoffperoxid H
2O
2, Hydroperoxid ROOH, Ozon O
3 und die Hypochlorit-Anion OCl
?sowie
angeregte Sauerstoffmoleküle (Singulett-Sauerstoff
1O
2). In
Wikipedia finden Sie eine Tabelle der ROS mit Formelzeichen, Bezeichnung und Anmerkung zu eden einzelnen ROS.
Dr. Heike Jürgens
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Weiterführende Literatur/Quellen:
– „Antibiotika aus der Natur“ von Marion & Michael Grandt, gebunden 256 Seiten, Kropp-Verlag
Zum Inhalt:
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