Warum Antibiotika ihre Wirkung verlieren

Damit ein Antibiotikum wirkt, muss es einen lebenswichtigen Vorgang in der Bakterienzelle ausreichend stören. Penicilline beispielsweise blockieren Enzyme, die für den Aufbau einer stabilen Zellwand benötigt werden. Andere Antibiotika verhindern die Herstellung von Proteinen oder stören das Kopieren der Erbinformation. Empfindliche Bakterien können sich dadurch nicht mehr vermehren oder sterben ab. 

Resistente Bakterien besitzen Eigenschaften, durch die ein bestimmtes Antibiotikum nicht mehr ausreichend wirkt. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten. Besonders anschaulich ist eine davon: Das Bakterium bildet ein Enzym, das den Wirkstoff spaltet. Das Antibiotikum ist vorhanden, kann seine Aufgabe aber nicht mehr erfüllen.

ESBL und Carbapenemasen: Der Wirkstoff wird unbrauchbar

Genau nach diesem Prinzip arbeiten ESBL, also Betalaktamasen mit erweitertem Wirkspektrum. Diese Enzyme können zahlreiche Penicilline und Cephalosporine unwirksam machen. Bakterien wie Escherichia coli oder Klebsiella pneumoniae können sie bilden.

Carbapenemasen können auch Carbapeneme spalten. Das ist besonders problematisch, weil diese Antibiotika bei bestimmten schwer behandelbaren Infektionen benötigt werden. Carbapenemase-bildende Bakterien aus der Gruppe der Enterobacterales werden als CPE bezeichnet.

Andere Resistenzen beruhen auf einem veränderten Angriffspunkt. Bei MRSA, dem Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus, ermöglicht ein zusätzliches, durch die meisten Betalaktam-Antibiotika schlecht hemmbares Enzym den weiteren Zellwandaufbau. Bei VRE, den Vancomycin-resistenten Enterokokken, sind Zellwandbausteine verändert, an die Vancomycin normalerweise bindet. 

Bakterien können außerdem weniger Wirkstoff hineinlassen oder ihn mit speziellen Pumpen wieder hinausbefördern. Mehrere dieser Mechanismen können gleichzeitig auftreten und zur Resistenz gegen mehrere Antibiotikaklassen beitragen.

Welche Resistenzen besonders häufig sind

Das hängt vom Erreger, vom Antibiotikum und vom untersuchten Bereich ab. In Deutschland war 2024 beispielsweise ungefähr die Hälfte der untersuchten E. coli gegen Aminopenicilline wie Ampicillin oder Amoxicillin resistent. Auch Resistenzen gegen Fluorchinolone und bestimmte Cephalosporine der dritten Generation waren häufig.

Diese Zahlen stammen aus Untersuchungen von Blut- und Liquorproben. Sie beschreiben damit klinische Befunde. Für Abwasser oder andere Lebensräume muss die Verteilung gesondert untersucht werden. 

Wenn Resistenzen einen Vorteil verschaffen

Manche Resistenzeigenschaften sind von Natur aus vorhanden. Andere entstehen durch Veränderungen im Erbgut oder werden durch zusätzliche Gene erworben.

Entscheidend ist dann, unter welchen Bedingungen die Bakterien leben. Wird ein Antibiotikum eingesetzt, werden empfindliche Bakterien gehemmt. Resistente Bakterien können dagegen überleben und sich weiter vermehren. Dadurch kann ihr Anteil innerhalb einer mikrobiellen Gemeinschaft zunehmen. 

Hinzu kommt der Austausch von Erbinformation. Resistenzgene können auf Plasmiden liegen, zusätzlichen DNA-Molekülen, die zwischen Bakterien übertragen werden können. Auf einem solchen Plasmid können gleich mehrere Resistenzgene sitzen.

Eine Resistenzeigenschaft kann sich damit auch über die Nachkommen eines einzelnen Bakteriums hinaus verbreiten. Unter bestimmten Voraussetzungen sogar zwischen verschiedenen Bakterienarten. 

Was eine Abwasserprobe sichtbar macht

Jeden Tag gelangen mit dem Abwasser Bakterien aus Haushalten und Krankenhäusern in die Kläranlagen. Mit ihnen kommen auch ihre Resistenzgene an. Abwasserproben eröffnen dadurch einen zusätzlichen Zugang zur Beobachtung ihrer Verbreitung. 

vermicon weist ausgewählte Resistenzgene mit der quantitativen PCR nach und bestimmt ihre Menge. Dazu gehören Gene für ESBL und Carbapenemasen. Wiederholte Untersuchungen können Veränderungen der nachgewiesenen Resistenzgene sichtbar machen. Für belastbare Vergleiche müssen dabei auch die Probenahme und wechselnde Verdünnungen des Abwassers berücksichtigt werden.

Dabei bleibt die richtige Einordnung entscheidend: Ein Gennachweis zeigt zunächst, dass die entsprechende Erbinformation in der Probe vorhanden ist. Welche lebenden Bakterien sie tragen und wie sich deren Resistenz tatsächlich ausprägt, muss ergänzend untersucht werden. 

Wer Antibiotikaresistenzen verstehen will, muss deshalb auch ihre Verbreitung verfolgen. Die Abwasserprobe am Zulauf einer Kläranlage eröffnet dafür einen Blick auf das, was aus vielen Haushalten und Einrichtungen zusammenkommt.