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Antibiotika verlieren ihre Wirksamkeit: Ein Wettlauf gegen die Bakterien

Zukünftige Antibiotika sollen gezielt nur Krankheitserreger ins Visier nehmen und dadurch Resistenzen bei Mensch und Tier verringern. Daran forscht Nobelpreisträgerin Ada Yonath.
Juliette Irmer
In der Nutztierhaltung werden Antibiotika auch vorsorglich eingesetzt. (Bild: Louis Berg/Keystone)

In der Nutztierhaltung werden Antibiotika auch vorsorglich eingesetzt. (Bild: Louis Berg/Keystone)

Eine der grössten Errungenschaften der Medizin droht ihre Schlagkraft zu verlieren, denn Ärzten gehen wirksame Antibiotika aus. Was nach Schwarzmalerei klingt, sorgt zahlreiche Wissenschafter schon seit Jahren, und die Warnungen werden immer eindringlicher: «Die Zahl multiresistenter Bakterienstämme wächst», sagt Nobelpreisträgerin Ada Yonath, «zusammen mit der geringen, im Prinzip vernachlässigbaren Zahl neuer Antibiotika wird das zu einem kolossalen Risiko für die menschliche Gesundheit.»

Infektionen mit multiresistenten Bakterien sind nur schwer zu heilen, manchmal schlägt überhaupt kein Antibiotikum mehr an. In diesem Fall müssen Menschen sich auf ihr eigenes Immunsystem verlassen, um die bakterielle Infektion zu bekämpfen, und das gelingt nicht immer. Jährlich sterben aus diesem Grund etwa 700'000 Patienten, und Wissenschafter befürchten, dass die Zahl in Zukunft deutlich steigen wird.

Ein menschengemachtes Problem

Das Resistenzproblem ist menschengemacht: Weltweit verordnen Ärzte zu häufig Antibiotika, fordern Patienten die potenten Medikamente selbst gegen Schnupfen ein, verfüttern Landwirte sie an Nutztiere, damit diese nicht erkranken und schneller wachsen. Auf Dauer macht das die Wirkstoffe für Bakterien ungefährlich. Ein besseres Beispiel für Evolution gibt es kaum: Denn ein hoher Selektionsdruck – überreichlich Antibiotika – lässt jene Bakterien überleben, denen dank einer Mutation, also einer zufälligen Erbgutveränderung, der Wirkstoff nichts mehr anhaben kann. Verschärfend kommt hinzu, dass Bakterien ihre erworbenen Resistenzen untereinander austauschen können, auch art­übergreifend.

«Eines ist klar: Bakterien sind ‹schlau› und werden gegen jedes Medikament Resistenzen ent­wickeln. Also müssen wir Wirkstoffe finden, bei denen das lang­samer passiert.»

Das sagte Yonath an der vor wenigen Tagen zu Ende gegangenen Nobelpreisträger­tagung in Lindau. Yonath widmet sich dieser Aufgabe am israelischen Weizmann-Institut für Wissenschaften in Rehovot.

Für die Forschung an Ribosomen hat Yonath einen Nobelpreis erhalten. Ribosomen spielen als Proteinfabrik eine fundamentale Rolle in der Zelle und sind deswegen ein idealer Angriffspunkt für Antibiotika: «Mehr als 40 Prozent der genutzten Antibiotika zielen auf Ribosomen und stoppen oder hemmen die Proteinbiosynthese», sagt Yonath. Glücklicherweise unterscheiden sich die Ribosomen von Bakterien und Menschen ein wenig in ihrer Grösse und Form, so dass Antibiotika nur bakterielle Pro­teinfabriken blockieren.

Die Chemikerin hat bereits zahlreiche Antibiotika-Ribosom-Komplexe visualisiert und im Detail gezeigt, wo die Medikamente im dreidimensionalen Gefüge binden, was Rückschlüsse auf die Wirkweise erlaubt. So wurde klar, dass die meisten Antibiotika in der Nähe des aktiven Zentrums der Ribosomen binden, also dort, wo die Proteinbausteine aneinandergekoppelt werden.

Die Chemikerin und Nobelpreisträgerin Ada Yonath.

Die Chemikerin und Nobelpreisträgerin Ada Yonath.

Resistenzmechanismus im Reserve-Antibiotikum

Mittlerweile nutzt Yonaths Team die Kryo-Elektronenmikroskopie zur Visualisierung der Ribosomen, für deren Entwicklung 2017 der Nobelpreis verliehen wurde. Damit haben die Forscher etwa den Resistenzmechanismus im Reserve-Antibiotikum Linezolid gegen den berüchtigten MRSA-Keim entdeckt: Den Bakterien fehlt nur ein Proteinbaustein im Ribosom, was zu einer Strukturveränderung führt, die Linezolid unwirksam macht.

Der Blick auf die molekularen Details ermöglicht zweierlei: Die Modifizierung bestehender Wirkstoffe und die Entwicklung neuer Antibiotika. «Wir identifizieren in den Ribosomen verschiedener Krankheitserreger zunächst neue Angriffsziele für Antibiotika», erklärt Yonath. Die dann neu geschaffenen Wirkstoffe sollen gezielt nur einen bestimmten Krankheitserreger vernichten oder hemmen und harmlose ­Bakterien verschonen. Also der Gegenentwurf zu den oft verschriebenen Breitbandantibiotika, die häufig auch die Darmflora angreifen. Die Resistenzentwicklung wird aus mehreren Gründen verringert:

«Zum einen handelt es sich um chemische Substanzklassen, die die Bakterien noch nicht kennen, zum anderen wirken sie erregerspezifisch und werden deswegen seltener eingesetzt.»

Wichtig ist ihr ausserdem, biologisch abbaubare Antibiotika zu entwickeln: Ein Grossteil der hunderttausend Tonnen Antibiotika, die Menschen weltweit ­einnehmen oder an Nutztiere verfüttern, gelangt über die menschlichen und tierischen Ausscheidungen in die Umwelt, den Boden und das Wasser.

Über Kläranlagen wieder in den Menschen

«Viele gängige Antibiotika sind unverdauliche Moleküle, die biologisch nicht abbaubar sind. Sie sind so klein, dass sie in Kläranlagen meist nicht herausgefiltert werden und letztlich wieder zu uns gelangen können.» Düngt der Bauer seine Felder mit Klärschlamm, trinken wir später ­womöglich kontaminierte Milch. Je mehr Antibiotika aber in die Umwelt gelangen, desto höher der Selektionsdruck auf Bakterien, desto höher die Wahrscheinlichkeit für weitere resistente Bakterienarten.

Allerdings bringen auch selektiv wirkende Antibiotika Herausforderungen mit sich: Die Diagnostik müsste sich verbessern. Statt wie momentan üblich ein Breitbandantibiotikum zu verschreiben, ohne vorab zu prüfen, um welchen Erreger es sich handelt, müsste man den Erreger in Zukunft schnell und präzise bestimmen. Und dann ist da noch das ­Finanzierungsproblem, sagt Yonath:

«Viele Pharmahersteller investieren nicht in neue Antibiotika, weil es ein Ungleichgewicht gibt zwischen Entwicklungskosten und Profit»

Hinzu kommt: «erregerspezifische Antibiotika sind noch weniger profitabel als Breitbandantibiotika.» Dennoch erwartet die Nobelpreisträgerin, dass die Pharmabranche ihrer Verantwortung nachkommt.

Nobelpreis für Yonath

Im Jahr 2009 hat die Israelin Ada Yonath, gemeinsam mit Venki ­Ramakrishnan und Tom Steitz, den Nobelpreis für Chemie für ihre Pionierarbeit an Ribosomen erhalten. Ribosomen sind jene lebenswichtigen Zellorganellen, welche die genetische Information der DNA in Proteine übersetzen. Ada Yonath gelang es, Ribosomen zu kristallisieren und ihre dreidimensionale Struktur mithilfe der Röntgenstrukturanalyse bis auf die atomare Ebene zu entschlüsseln. Die 79-jährige Strukturbiologin arbeitet heute am Weizmann-Institut für Wissenschaften im israelischen Rechowot. (jm)

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