Immer wieder kommt es vor, dass Patienten mit schweren Infektionen plötzlich nicht mehr auf Antibiotika ansprechen, obwohl diese zuvor wirksam waren. Ein US-Forschungsteam um Sardar Karash von der University of Washington in Seattle hat nun einen bislang unbekannten Mechanismus entdeckt, der für diese schlagartige Resistenzentwicklung verantwortlich ist: Umweltbakterien – also Bakterien aus Boden, Wasser oder Luft – übertragen Resistenzgene in Form von ringförmigen DNA-Stücken, sogenannten Plasmiden, auf krankheitserregende Bakterien. Die Folgen können verheerend sein, insbesondere für Patienten mit Vorerkrankungen.
Überraschender Resistenzsprung bei Mukoviszidose-Patienten
Den Forschern war der Effekt ursprünglich bei Menschen mit Mukoviszidose (zystische Fibrose, CF) aufgefallen. Diese Patienten entwickeln häufig schwerwiegende Lungeninfektionen und werden dann intensiv mit dem Antibiotikum Tobramycin behandelt. Bei einigen Patienten stieg die Antibiotikaresistenz jedoch unmittelbar nach Beginn der Therapie um mehr als das Zehntausendfache an. „Man ging bisher davon aus, dass die Resistenzentwicklung im Körper des Patienten durch die Anhäufung von Mutationen im bakteriellen Genom verursacht wird“, erklärte Karash. „Da dieser Prozess schrittweise abläuft, haben Ärzte Zeit, darauf zu reagieren.“ Der plötzliche Anstieg ließ sich dadurch jedoch nicht erklären.
Die Analyse des Erbguts der krankmachenden Bakterien zeigte, dass sie Plasmide erworben hatten, die neue Resistenzgene enthielten. Wurden solche Plasmide in Antibiotika-empfindliche Bakterien eingefügt, stieg die Resistenz sprunghaft an. Doch wie gelangten die DNA-Ringe in die Lunge der Patienten und in die Bakterien? „Viele Bakterien können Plasmide nicht aus eigener Kraft aufnehmen, daher vermuteten wir, dass sie dabei Hilfe hatten“, sagte Mitautor Pradeep Singh von der University of Washington.
Umweltbakterien als Überträger identifiziert
Das Team fand in der im Fachjournal „Nature Microbiology“ vorgestellten Studie heraus, dass kurz vor der Entwicklung einer Resistenz vorübergehend Umweltbakterien in Lungenproben einiger Patienten aufgetaucht waren. Karash analysierte diese Bakterien und fand den entscheidenden Beweis: Sie enthielten genau die Resistenzen verursachenden Plasmide. Tests zeigten, dass sich die Plasmide auf Antibiotika-empfindliche Erreger übertragen ließen, die Infektionen in den Lungen auslösen. In der Folge stieg die Antibiotikaresistenz schlagartig um das Tausendfache an. „Wir finden hin und wieder Umweltbakterien in Patientenproben“, sagte Singh, „aber wir hielten sie für ziemlich harmlos, da sie nicht sehr virulent sind und nur vorübergehend auftreten.“ Diese Einschätzung müsse nun revidiert werden.
Der identifizierte Mechanismus könnte besonders folgenreich sein, heißt es in der Studie. Das Ausmaß der entstehenden Resistenz überwinde wahrscheinlich jede beim Menschen mögliche Dosierung, selbst sehr hohe Konzentrationen. Während herkömmliche Resistenzen durch Mutationen oft nur eine allmähliche Abschwächung der Antibiotikawirkung bewirken, führt der horizontale Gentransfer über Plasmide zu einer sofortigen und extremen Unempfindlichkeit. Für Patienten mit Mukoviszidose kann das eine Verschlechterung der Lungenfunktion, die Notwendigkeit einer Lungentransplantation oder sogar den vorzeitigen Tod bedeuten.
Globale Bedrohung durch übertragbare Gene
Die Forscher warnen vor weitreichenden Konsequenzen. „Wenn Umweltbakterien Resistenzgene in menschliche Organe transportieren können, müssen wir uns Gedanken darüber machen, welche anderen Gene möglicherweise übertragen werden könnten“, erklärte Karash. Umweltbakterien seien äußerst vielfältig, ergänzte Singh: „Sie können Gene tragen, die fast alles bewirken können.“ So könnten sie Krankheitserregern etwa helfen, mehr Nährstoffe aufzunehmen, Immunreaktionen zu blockieren oder Barrieren zu überwinden, die die Ausbreitung von Infektionen einschränken. Neue Strategien seien nötig, um dieser neu erkannten Gefahr zu begegnen.
Antibiotikaresistente Infektionen stellen bereits heute ein großes globales Gesundheitsproblem dar. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation sterben jährlich rund 1,27 Millionen Menschen direkt an Infektionen mit resistenten Erregern. Hinzu kommt, dass Antibiotika vielerorts nicht optimal eingesetzt werden. Eine kürzlich im Fachjournal „The Lancet Public Health“ veröffentlichte Studie zeigt, dass einfache Mittel für häufige bakterielle Infektionen zu wenig genutzt werden, während insbesondere in ärmeren Ländern Patienten oft nicht die starken Medikamente erhalten, die bei schweren Infektionen nötig wären. Der neu entdeckte Übertragungsweg über Umweltbakterien könnte die Situation weiter verschärfen, da er die Resistenzentwicklung beschleunigt und unvorhersehbar macht.
Die Forscher fordern daher ein Umdenken: Bisher konzentrierten sich Maßnahmen vor allem auf die Kontrolle des Antibiotikaeinsatzes und die Überwachung von Krankenhauskeimen. Der neue Mechanismus zeige, dass auch Umweltbakterien als Reservoir für Resistenzgene ernst genommen werden müssten. Weitere Studien seien nötig, um zu klären, wie häufig dieser Übertragungsweg ist und ob er sich durch einfache Hygienemaßnahmen oder andere Interventionen unterbrechen lässt. Bis dahin müsse das Bewusstsein für die potenzielle Gefahr geschärft werden, die von scheinbar harmlosen Umweltbakterien ausgeht.
