Antibiotika: Bakterien waren schon immer resistent

Penicillium notatum ist ein unscheinbarer Schimmelpilz. Purer Zufall machte ihn 1928 zum Ausgangspunkt einer medizinischen Revolution. Der Pilz hatte Petrischalen verunreinigt, auf denen Bakterien wuchsen. Dem Londoner Bakteriologen Alexander Fleming fiel auf, dass überall dort, wo Penicillium sich breit machte, der Bakterienrasen zerstört war. Das war die Geburtsstunde des Penicillins, eines der ersten Antibiotika.

Fortan war es möglich, bis dahin unheilbare Infektionen durch Bakterien zu kurieren und unzählige Menschenleben zu retten. Doch schon bald nach der Einführung des Medikaments 1946 zerbrachen sich Ärzte den Kopf über ein wachsendes Problem: Manche Keime trotzten dem Penicillin oder anderen Medikamenten gegen Bakterien – sie waren resistent geworden. Solche Resistenzen sind jedoch kein neuzeitliches Phänomen, wie eine Studie kanadischer Forscher nun zeigt. Die Wissenschaftler fanden im ewigen Eis des Yukon-Gebiets im äußersten Nordwesten Kanadas 30 000 Jahre alte Bakterien, die bereits auf vielfältige Art und Weise resistent gegen Antibiotika waren.

Gerry Wright von der McMaster-Universität in West Hamilton und sein Team gewannen Erbinformation aus durchgefrorenen Bohrkernen von Erdschichten aus dem späten Pleistozän. Dass er sich wirklich in dieser Erdepoche befand, belegten die Erbgutspuren von typischen Tieren und Pflanzen dieser Zeit, etwa von Mammut und Bison. Dann fahndete er nach Erbsubstanz von Bakterien und hier insbesondere nach jenen Abschnitten der Erbinformation DNS, mit denen die Mikroben sich gegen Antibiotika wappneten. Und wurde fündig. Wright entdeckte vielfältige Erbanlagen, die gegen Penicillin, Tetracyclin und Glykopeptid-Antibiotika feiten.

Sein besonderes Augenmerk richtete Wright, wie er in einer Online-Veröffentlichung im Fachblatt „Nature“ berichtet, auf eine Resistenz gegen Vancomycin. Dieser Wirkstoff ist vor rund 30 Jahren als hochwirksames Reservemittel gegen lebensbedrohliche multiresistente Staphylokokken auf den Markt gekommen. Es dauerte keine zehn Jahre, bis diese Hoffnungen einen Dämpfer erhielten: Zum Schrecken der Mediziner waren Vancomycin-resistente Keime aufgetaucht. Die letzte Barriere war gefallen.

Vancomycin heftet sich an die Zellwand der Bakterien und verhindert deren Montage, die Mikrobe platzt. Um die Attacke abzuwehren, benutzen die Mikroorganismen eine Einheit aus drei Genen, Operon genannt. Die mit Hilfe dieser Gene produzierten Eiweiße bauen die Zellwand so um, dass das Vancomycin nicht mehr andocken kann und so entschärft wird. Die Wissenschaftler fanden Elemente des Operons bei mehreren Bakterienarten im Dauerfrost. Es gelang ihnen sogar, entsprechende Eiweiße (Proteine) nach der „antiken“ Bauanleitung zu montieren. Die fertigen Proteine unterschieden sich nur in Äußerlichkeiten von heutigen Resistenz-Eiweißen.

„Antibiotika gehören zur natürlichen Ökologie des Planeten“, sagt Wright. „Wenn wir glauben, wir könnten ein Medikament entwickeln, gegen dass es keine Resistenz geben kann, dann betrügen wir uns selbst.“ Mikroorganismen hätten bereits einen Weg gefunden, diesen Mitteln aus dem Weg zu gehen, noch bevor der Mensch überhaupt gelernt hätte, sie zu benutzen.

Die meisten Antibiotika sind wie das Penicillin von Naturstoffen abgeleitet und werden seit Millionen, zum Teil vielleicht schon seit Milliarden von Jahren von Bakterien und Pilzen gebildet. Als Gifte dienen sie Mikroben dazu, sich unliebsame Konkurrenz vom Leib zu halten – wie das von Pilzen hergestellte, gegen Bakterien gerichtete Penicillin.

Aber diese kriegerische Sichtweise auf die Antibiotika ist stark vereinfacht. Das zeigten Untersuchungen in den letzten Jahren eindrucksvoll. In geringer, ungiftiger Dosis fungieren Antibiotika als vielseitige Botenstoffe, die Genschalter umlegen, den Stoffwechsel von Mikroben beeinflussen und ihr Wachstum steuern. So bringt der gegen Pilze gerichtete, von Bakterien produzierte Wirkstoff Nystatin das Bakterium Bacillus subtilis dazu, sich zusammen mit Artgenossen in einem Biofilm zu organisieren und gegen die Umwelt abzuschotten.

Mindestens ebenso vielfältig wie die Antibiotika sind die Mechanismen, mit denen sich Mikroben ihrer erwehren. Schon aus Selbstschutz haben Bakterien, die Antibiotika herstellen, Wege gefunden, sich gegen sie zu wappnen. Alle Bakterien besitzen von Natur aus eine Vielfalt von Resistenz-Genen. Wie verbreitet sie sind, offenbarte eine 2006 veröffentlichte Studie, in der getestet wurde, wie 500 verschiedene im Boden lebende Bakterien auf ein Spektrum von 21 Antibiotika reagierten. Ergebnis: Alle Bakterien waren gegen mehrere Wirkstoffe resistent, im Durchschnitt gegen sieben bis acht Medikamente. Gegen jedes Mittel gab es Resistenzen.

Es ist erstaunlich, dass trotz dieser weit verbreiteten und uralten Selbstschutz-Mechanismen der Bakterien Antibiotika in der Medizin in den meisten Fällen doch noch wirken. Und das, obwohl die Behandlung dazu führen kann, dass die unter Druck geratenen Mikroorganismen ihre Gegenwehr massiv verstärken. Erst, wenn Forscher den Mikrokosmos der Bazillen wirklich durchdrungen haben, werden gefährliche Infektionen eine Sache der Vergangenheit sein. Penicillin war nur der Anfang.