Chemie ist… Antibiotika!

Bild: freestocks.org [Public Domain] / Unsplash

Noch vor einhundert Jahren war eine infizierte Wunde oder eine Ansteckung mit Tuberkulose ein Todesurteil. Das änderte sich dramatisch, als die Antibiotika entdeckt wurden. Viele tödliche Krankheiten waren plötzlich heilbar. Doch seit einigen Jahren verlieren die Antibiotika zusehends an Wirkung. Denn die Natur passt sich an.

Der Weiße Tod

Im Deutschland der 1880er Jahre war jeder zweite Todesfall von 15- bis 40-Jährigen auf eine einzige Krankheit, Tuberkulose, zurückzuführen. Und selbst heute ist ein Viertel der Weltbevölkerung mit den Erregern infiziert, auch wenn sie nur bei einem kleinen Bruchteil ausbricht.[1]Fact Sheet „Tuberculosis“ der Weltgesundheitsorganisation WHO. Stand: 18. September 2018. Lange Zeit glaubten viele Menschen nicht, dass sich die Krankheit durch Ansteckung ausbreitet – bis der Mediziner Robert Koch bewies, dass es Bakterien sind, die die Krankheit auslösen und dass die Krankheit hochansteckend ist. Dafür erhielt er den Nobelpreis.

Kinder können sich leicht mit Tuberkulose anstecken, wie diese Plaket aus den USA zwischen 1936 und 1941 zeigt. Bild: Children’s Bureau Centennial [CC BY 2.0] / Wikimedia Commons
Ab diesem Zeitpunkt konnten sich die Menschen besser vor der Tuberkulose schützen, die auch als der Weiße Tod oder Schwindsucht bezeichnet wurde. In der ärmeren Bevölkerung nannte man diese lungenzerstörende Krankheit auch „die Motten“. Eine Aussicht auf Heilung gab es nicht wirklich.

Erst etwa 50 Jahre nachdem die Tuberkuloseerreger entdeckt wurden, wurden wirksame Heilmittel bekannt: Antibiotika. Das Wort setzt sich aus den beiden griechischen Begriffen „anti“ (gegen) und „bios“ (Leben) zusammen: Denn sie töten Mikroorganismen ab. Das ist auch der Grund, warum es keinen Sinn hat, Antibiotika gegen Virus-Erkrankungen einzusetzen, denn Viren sind keine Lebewesen.

Arsenal an Wirkstoffen

1940 entdeckte der schwedische Biochemiker Jorgen Lehmann, dass para-Aminosalicylsäure das Wachstum der Erreger hemmt. Sieben Jahre später wurde der erste Patient von der Tuberkulose geheilt, mit einem Wirkstoff namens Streptomycin. Inzwischen sind unzählige Antibiotika bekannt, die in ihrer Struktur und ihrer Wirkung völlig unterschiedlich sind.

Antibiotika sind keine einheitliche Stoffgruppe. Deshalb können die Moleküle sich stark voneinander unterscheiden.

Allen gemeinsam ist, dass die das Wachstum von Mikroorganismen hemmen oder sie ganz abtöten. Von der Struktur ausgehend werden sieben Arten von Antibiotika unterschieden:

  • β-Lactame sind leicht an ihrer speziellen viereckigen Struktur in den Wirkstoff-Molekülen erkennbar. Sie hemmen ein Enzym, das den wichtigen Zellwand-Baustein Murein der Erreger herstellt. Durch die Hemmung wird die Zellwand löchrig, bis das Bakterium schließlich stirbt. Zu den β-Lactamen zählt auch das Penicillin, das als erstes Antiobiotikum medizinisch genutzt wurde.
  • Glykopeptide hemmen ebenfalls die Herstellung des Zellwandbestandteils Murein, allerdings blockieren sie nicht das Enzym selbst, sondern binden an den Murein-Bausteinen. Dadurch wird die Zellwand ebenfalls löchrig und das Bakterium stirbt.
  • Polyketide binden an das Ribosom, also an die Maschinerie, die Erbinformation ausliest und sie in Proteine umwandelt. Weil sie die Herstellung der lebenwichtigen Proteine des Erregers verlangsamen, wirken Polyketide bakteriostatisch.
  • Ganz ähnlich wirken auch Aminoglycosid-Antibiotika: Sie verlangsamen allerdings nicht die Synthese der Proteine, sondern stören sie. Dabei entstehen Proteine, die der Erreger nicht nutzen kann, weshalb er schließlich stirbt. Anders als Polyketide wirken Aminoglycoside also bakteriozid.
  • Polypeptid-Antibiotika stören die Transportprozesse in der Zellmembran der Erreger. Schadstoffe können dadurch nicht mehr aus der Zelle entsorgt werden, sodass das Bakterium sich schließlich selbst vergiftet.
  • Chinolon-Antibiotika verhindern, dass die Bakterien-DNA überhaupt ausgelesen kann. Denn sie hemmen das Enzym DNA-Gyrase, dessen Aufgabe es ist, die DNA-Stränge zu entwirren.
  • Sulfonamide greifen in den Folsäurezyklus des Erregers ein. Dadurch wird er an der Herstellung der Erbinformation gehindert.

Antibiotika bekämpfen Bakterien also auf sehr verschiedene Arten – das müssen sie auch. Denn immer weniger Antibiotika sind heute noch wirksam. Gegen die Gonorrhoe etwa gibt es nur noch zwei zuverlässige Antibiotika: Das Makrolid-Antibiotikum Azithromycin und das β-Lactam Ceftrioxin.

Das Leben findet immer einen Weg

Ursache ist die Evolution: Denn schon durch kleine genetische Veränderungen in den Codes für die Enzyme, der Zellwand oder der Ribosomen können die Wirkstoffe nicht mehr andocken – die Erreger sind dadurch resistent. Stattdessen löschen die Wirkstoffe weiter die nicht-resistenten Bakterien aus und schaffen den widerstandsfähigeren Verwandten damit auch noch die Konkurrenz aus dem Weg.

Unsere beste Waffe gegen viele tödliche Infektionskrankheiten wird also immer wirkungsloser, je öfter wir sie benutzen. Neue Antibiotika zu finden ist schwierig, und wenn welche gefunden wurden, dauert es nur wenige Jahre, bis die Erreger auch dagegen resistent sind. Daher lohnt es sich für die Industrie kaum, neue Antibiotika zu entwickeln. Dass Pharmafirmen auch noch erwischt wurden, wie sie in Indien Antibiotika-Abfälle ins Abwasser leiteten und damit der Resistenzbildung einen großen Schub verpassten, ist dabei auch wenig hilfreich.

Es ist also eine Frage der Zeit, bis längst vergessene Krankheiten wieder zurückkommen. Resistente Formen der Tuberkulose breiten sich bereits in Europa wieder aus.[2]„Resistente Tuberkulose in Osteuropa weiter auf dem Vormarsch“, Deutsches Ärzteblatt, 15. November 2017.

Quellen   [ + ]

1. Fact Sheet „Tuberculosis“ der Weltgesundheitsorganisation WHO. Stand: 18. September 2018.
2. „Resistente Tuberkulose in Osteuropa weiter auf dem Vormarsch“, Deutsches Ärzteblatt, 15. November 2017.

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