Alternativen zu Antibiotika: Why and How

Das Problem der Antibiotikaresistenz wird durch die Entwicklung und Übertragung von Genen verursacht, die eine Resistenz gegen medizinisch wichtige Antibiotika in menschliche Krankheitserreger übertragen. Der Erwerb solcher Resistenzgene durch Krankheitserreger erschwert die Behandlung von Krankheiten, erhöht die Gesundheitskosten und steigert die Morbidität und Mortalität bei Mensch und Tier. Da sich die Antibiotikaresistenz immer weiter ausbreitet, werden Antibiotika als so genanntes letztes Mittel immer wertvoller. Die Verringerung oder Verhinderung der Verbreitung von Antibiotikaresistenzgenen in menschlichen Krankheitserregern ist derzeit von großer internationaler Bedeutung.

Die komplexen Faktoren, die zu dem Problem der Antibiotikaresistenz geführt haben, werden deutlich, wenn man mögliche Lösungen zur Verringerung oder Verhinderung dieses Problems untersucht. Erstens haben mehr als 70 Jahre Antibiotikaeinsatz bereits zu einer Selektion verschiedener und hochmobiler Antibiotikaresistenzgene in menschlichen Krankheitserregern und verwandten Bakterien geführt. Diese resistenten Bakterien verbreiten sich in der Umwelt über Wasser, Luft, Wildtiere und Menschen. Daher sind gezielte Strategien zur Eindämmung des Problems erforderlich, um die Verbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien in der Umwelt von den „Hot Spots“ der potenziellen Resistenzentwicklung aus zu verringern. Zweitens können hochmobile Resistenzgene horizontal von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden. Die Übertragung von Resistenzgenen kann durch Antibiotika selbst angeregt werden. Daher ist der umsichtige Einsatz von Antibiotika eine mögliche Strategie zur Eindämmung der Verbreitung von Resistenzgenen unter Bakterien. Schließlich können neue Resistenzgene, die noch nicht klinisch relevant sind, aufgrund des Selektionsdrucks aus den riesigen Reservoirs von Umwelt- und Kommensalbakterien entstehen. Im Vergleich zu anthropogen selektierten Resistenzgenen sind diese Resistenzgene in der Regel nicht auf mobilen genetischen Elementen (MGEs) zu finden, so dass sie einen mehrstufigen Selektionsweg auf MGEs – wie Integrons, Transposons und Plasmiden – durchlaufen müssen, bevor sie in einen menschlichen Krankheitserreger gelangen. Ein Beispiel hierfür ist die Entstehung der klinisch relevanten und durch Plasmide übertragenen CTX-M-5-Beta-Laktamasen mit erweitertem Spektrum aus dem Chromosom des kommensalen Bakteriums Kluyvera ascorbata . Eine umsichtige Antibiotikabehandlung ist auch wichtig, um den Selektionsdruck für das eventuelle Auftreten von noch unbekannten Antibiotikaresistenzgenen zu verringern.

Antibiotische Umsicht bedeutet, dass Antibiotika nur dann eingesetzt werden, wenn sie ausdrücklich benötigt werden, und zwar in der für die Behandlung der Krankheit am besten geeigneten Dosis. Dies ist ein nebulöses Konzept, das schwer zu definieren ist – insbesondere in Fällen, in denen es um die menschliche Gesundheit geht, wenn die Gesundheit des Einzelnen, nicht der Bevölkerung, von unmittelbarer Bedeutung ist. Nichtsdestotrotz ist die Verfügbarkeit wirksamer Alternativen zu Antibiotika von zentraler Bedeutung für die Umsetzung einer umsichtigen Antibiotikapolitik. Der Einsatz von Antibiotika-Alternativen zur Förderung der Gesundheit und zur Verringerung von Krankheiten wird den Einsatz von Antibiotika verringern und damit den Selektionsdruck für das Auftreten und die Übertragung von Antibiotikaresistenzgenen mindern.

Antibiotika werden zur Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten bei Mensch und Tier eingesetzt. In der Vergangenheit wurden Antibiotika auch zur Wachstumsförderung bei Tieren eingesetzt, die der Lebensmittelerzeugung dienen, obwohl diese Praxis in den Vereinigten Staaten nicht mehr erlaubt ist. Für diese vielfältigen Verwendungszwecke gibt es verschiedene Alternativen, von denen einige in Tabelle 1 aufgeführt sind.

Zur Behandlung bestimmter Krankheiten gibt es zahlreiche Alternativen zu Antibiotika, darunter die Bakteriophagen-Therapie, räuberische Bakterien, Bakteriozine und der kompetitive Ausschluss von Krankheitserregern. Leider hat keine davon eine vergleichbare Wirksamkeit wie eine Antibiotikabehandlung gezeigt. Der Vorteil dieser Ansätze besteht jedoch darin, dass die Behandlung nur auf das krankheitsverursachende Bakterium abzielt und nicht auf die anderen Mitglieder der nützlichen mikrobiellen Gemeinschaften des Wirts, die als Kommensalen fungieren. Dies steht im Gegensatz zu den meisten Antibiotika, die in der Regel neben dem pathogenen Zielbakterium auch Nebenwirkungen auf kommensale Bakterien haben. Die weitere Entwicklung dieser spezifischen Ansätze für die Behandlung von Krankheiten ist gerechtfertigt, um die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit von Antibiotika-Alternativen zu verbessern.

Die Bakteriophagen- oder Phagentherapie gehört zu den am intensivsten untersuchten Alternativen zu Antibiotika für die Behandlung von Krankheiten. Phagenviren infizieren Bakterien, und die Verwendung von Phagen zur Behandlung bakterieller Krankheiten wird seit über einem Jahrhundert untersucht. In Osteuropa sind bereits mehrere Phagentherapeutika erhältlich und im Einsatz, aber aufgrund der unterschiedlichen Wirksamkeit werden Phagentherapeutika in den Vereinigten Staaten eher nicht vermarktet. Zu den Vorteilen der Phagentherapie gehören die Spezifität für eine bestimmte Bakterienpopulation und die Wirksamkeit bei Infektionen der Haut oder Schleimhäute. Zu den Nachteilen gehört, dass die Therapie die Kenntnis des Zielbakteriums und ausreichend große Populationen des Zielbakteriums erfordert und dass sich Resistenzen entwickeln können. Der therapeutische Phage müsste also aktualisiert werden.

Obwohl die Behandlung von Krankheiten die offensichtlichste Anwendung von Antibiotika ist, werden viele Antibiotika auch zur Vorbeugung von Krankheiten eingesetzt. Bei Schweinen wird etwa die Hälfte aller Antibiotika zur Krankheitsvorbeugung eingesetzt. Die Krankheitsvorbeugung bei Mensch und Tier wurde durch die heutigen Kenntnisse über Hygiene und Ernährung gefördert. Weitere Verbesserungen in den Bereichen Hygiene und Ernährung, insbesondere in der Tierhaltung, werden zu einem geringeren Einsatz von Antibiotika beitragen. Zusätzlich zu diesen scheinbar primitiven Maßnahmen haben molekulare Entwicklungen wie die Impfung dazu beigetragen, bakterielle Primär- und Sekundärinfektionen, die den Einsatz von Antibiotika erforderlich gemacht hätten, zu reduzieren. Impfstoffe sind nach wie vor eine der wichtigsten Möglichkeiten, um Infektionen zu verhindern.

Eine weitere vielversprechende Maßnahme ist der Einsatz von Immuntherapeutika, d. h. Molekülen, die das Immunsystem des Wirts stärken, um Krankheiten in infektionsanfälligen Zeiten generell zu verhindern. Ein erfolgreiches Immuntherapeutikum in der Humanmedizin ist Pegfilgrastim, ein Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor (G-CSF), der verwendet wird, um die Neutrophilenproduktion bei chemotherapeutisch behandelten Patienten mit geringer Neutrophilenzahl anzuregen. Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Neutrophilenzahl im Blut hilft dem Immunsystem, Infektionen zu verhindern. Immuntherapeutika werden auch in der Landwirtschaft eingesetzt, z. B. Pegbovigrastim, ein bovines G-CSF, das Rindern vor der Geburt verabreicht wird, um das Immunsystem zu stärken und das Auftreten von Mastitis zu verringern. Der Vorteil dieser Immuntherapeutika besteht darin, dass sie im Allgemeinen das Immunsystem stärken, um Infektionskrankheiten zu verhindern. Der Nachteil ist, dass der Zeitpunkt der Verabreichung genau festgelegt werden muss, was eine potenzielle Herausforderung für die Anwendung in landwirtschaftlichen Betrieben darstellt.

Schließlich hat die Verwendung von Pro-, Prä- oder Synbiotika zur Modulation der mikrobiellen Darmgemeinschaft in Richtung Gesundheit eine uneinheitliche Wirksamkeit gezeigt. Probiotika sind lebende Organismen, die absichtlich an einen Wirt verfüttert werden und typischerweise als „gute“ Bakterien bekannt sind, Präbiotika sind molekulare Vorläufer, die das Vorhandensein der vorhandenen „guten“ Darmmikrobiota eines Wirts erweitern, und Synbiotika sind eine Kombination aus beidem. Alle diese „-Biotika“ sollen die Darmmikrobiota in einer Weise beeinflussen, die die Gesundheit verbessert. Die mikrobielle Gemeinschaft des Darms von Säugetieren ist jedoch ein komplexes Konsortium aus mehr als 500 verschiedenen Bakterienarten, und den Forschern fehlt derzeit das Wissen über den genauen Mechanismus, wie jedes Mitglied zur Gesundheit des Wirts beiträgt. Dieses mangelnde Verständnis trägt wahrscheinlich zu den unterschiedlichen Ergebnissen bei, die mit der Modulation der mikrobiellen Darmgemeinschaft als Alternative zu Antibiotika erzielt werden. Die Untersuchung der Interaktion von Darmbakterien untereinander und mit ihren tierischen Wirten ist derzeit weltweit ein aktives Forschungsgebiet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lösungen für das Problem der Antibiotikaresistenz vielschichtig sind und die Verringerung des Antibiotikaeinsatzes durch die Verwendung alternativer Produkte beinhalten. Es gibt keine Alternative, die den Einsatz von Antibiotika vollständig ersetzen kann, da eine Vielzahl spezifischer und allgemeiner Methoden erforderlich ist, um Krankheiten vorzubeugen und zu behandeln. Immuntherapeutika, Impfstoffe und die Modulation der Darmmikrobiota könnten zu den vielversprechendsten Ansätzen gehören.

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