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Resistenzen

Antibiotika im Abwasser – mehr als ein Umweltproblem

Antibiotika gelangen auf verschiedenen Wegen in das Abwasser und damit in die Umwelt. Selbst geringe Rückstände steigern die Ausbildung und Verbreitung multiresistenter Bakterien. Was muss sich etwa in der Landwirtschaft und beim Konsumverhalten der Verbraucher ändern, um das Resistenz-Problem einzudämmen?
Anna Carolin Antropov
17.08.2021  12:00 Uhr

Multiresistente Bakterien tummeln sich überall in der Umwelt. Eine nicht unerhebliche Rolle bei ihrer Entstehung und Verbreitung nehmen dabei Antibiotika-Rückstände im Abwasser ein. Früher habe man dieses Problem massiv unterschätzt, da die Arzneien ja stark verdünnt werden. »Doch bereits winzige Konzentrationen, die um Zehnerpotenzen unter der minimalen Hemmkonzentration liegen, können Resistenzen selektieren«, erklärt Professor Dr. Ulrike Holzgrabe von der Universität Würzburg. »Das bedeutet, dass nur noch resistente Bakterien weiterwachsen oder sogar neue Resistenzen entstehen.« Meist werden sie über horizontalen Gentransfer übertragen.

Hintergrundwissen zur Resistenzbildung

Einige Keime sind von Anfang an immun gegenüber bestimmten Wirkstoffen. Diese primäre Resistenz beruht zum Beispiel auf dem Aufbau ihrer Zellwand und besteht bei der gesamten Spezies. Sie beschreibt die Lücke im Wirkspektrum eines Antibiotikums.

Um sich an ihre Umwelt anzupassen, können Bakterien Resistenzen aber auch entwickeln oder erwerben. Während sie sich rasend schnell vermehren, entstehen zufällige, ungerichtete Mutationen. Es ist nur eine Frage der Statistik, ehe dabei Zielstrukturen, die von den Antibiotika angesteuert werden, verändert oder Enzyme hoch- oder herunterreguliert werden. Teilweise genügt eine einzige Mutation im Chromosom (Einschrittresistenz vom Streptomycin-Typ). Manchmal müssen dafür mehrere Mutationen hintereinander auftreten (Mehrschritt-Resistenz vom Penicillin-Typ).

Die so entstandenen Resistenzen können Bakterien untereinander übertragen (»horizontaler Gentransfer«). Denn mobile DNA-Segmente, die gelegentlich ihren Platz ändern, ermöglichen einen Genaustausch. Resistenzgene können beispielsweise auf einem Plasmid liegen. Diese ringförmige DNA ist sehr klein und befindet sich außerhalb des Chromosoms. Daher kann sie leicht und sogar Spezies-übergreifend zwischen Bakterien ausgetauscht werden.

Ob durch Mutation oder Gentransfer: Unter dem Einfluss des Antibiotikums bringt die Resistenz einen Überlebensvorteil. Heute weiß man, dass selbst subletale Dosen einen Selektionsdruck ausüben. Die minimale Selektions-Konzentration liegt mindestens hundertfach unter der minimalen Hemmkonzentration (MHK).

Manchmal sind mehrere Resistenzgene aneinandergekoppelt, etwa gegen ein Antibiotikum sowie gegen Biozide oder Schwermetalle. Dann genügt einerseits schon das Vorliegen nur des Schwermetalls oder Biozids, dass alle Gene – also auch das Antibiotikum-Resistenzgen – in der Umwelt bestehen bleiben und sich verbreiten (»Co-Selektion«). Andererseits werden sie als Einheit gemeinsam übertragen.

So gelangen Antibiotika in die Umwelt

Doch wie gelangen Antibiotika eigentlich in die Umwelt und insbesondere in das Abwasser? Hierfür gibt es verschiedene Eintragsquellen: Krankenhäuser/Pflegeeinrichtungen, Industrie/Herstellung, Tiermast und Landwirtschaft.

»Das Problem der Antibiotika im Abwasser ist, dass wir selbst Antibiotika ausscheiden«, erinnert Holzgrabe. Prinzipiell entscheiden die Stabilität des Wirkstoffs und seine Abbaubarkeit, wie viel Wirkstoff die Umwelt gelangt. Beispielsweise Betalactam-Antibiotika finden sich trotz häufiger Verordnung kaum in der Umwelt, weil sie bei der Bakterienbekämpfung abgebaut werden. Fluorchinolone hingegen werden kaum metabolisiert und sind noch dazu hochwirksam.

Je nach Wirkstoff landen über den Urin und Faeces bis zu 90 Prozent unverändert in der Toilette. Kommunale Kläranlagen sind jedoch nicht dafür ausgerichtet, Mikroverunreinigungen wie Antibiotika herauszufiltern. Das gilt auch für Bakterien. Denn obwohl das Abwasser in Kläranlagen meist eine dreistufige Behandlung durchläuft, sinkt die Bakterienkonzentration nur um zwei bis drei Zehnerpotenzen. Bakterien liegen im Klärschlamm also gleichzeitig mit Antibiotikarückständen vor.

Ähnlich sieht es in der Tiermast sowie in Aquakulturen aus. Dabei unterscheiden sich konventionelle und ökologische Tierhaltung deutlich. Holzgrabe isst persönlich nur noch Biofleisch, denn: »Überall dort, wo Tiere eng auf eng zusammenleben, werden Antibiotika appliziert, damit es keine Infektionsherde gibt.« Und das ist eine ganze Menge: In der Landwirtschaft landen rund zwei Drittel der 100 000 Tonnen Antibiotika, die jährlich weltweit hergestellt werden.

Wird der Boden mit Gülle gedüngt, landen Antibiotikarückstände mit den Ausscheidungen der Tiere auf dem Feld. Das sind vor allem Tetracycline, Trimethoprim sowie Sulfonamide. Während Tetracycline stark an Bodenpartikel binden, sind Sulfonamide beispielsweise gut wasserlöslich und damit mobil. Zwar bleiben Antibiotika vorrangig in Oberflächengewässern. Dennoch fanden Forschungsprojekte in Einzelfällen das Sulfonamid Sulfamethoxazol sogar im Grundwasser.

Gülle wie auch Klärschlamm stellen zudem ein wunderbares Reservoir für Bakterien dar: Die hohe Bakteriendichte und der ausreichende Nährstoffgehalt machen sie zu echten »Hot-Spots« zur Ausbildung und Weitergabe von Antibiotikaresistenzen. Gülle ist durch Ausscheidungen ohnehin mit resistenten Bakterien belastet. Weitere Stressfaktoren wie Schadstoffe (Zink, Kupfer) oder Biozide fördern zusätzlich die Bildung neuer Kombinationen dieser Resistenzen und begünstigen die Selektion. Der wechselseitige Einfluss von Antibiotikamischungen und Umweltschadstoffen muss jedoch noch intensiver untersucht werden.

One Health: Alles hängt zusammen

Gerade in Wirkstoff-produzierenden Staaten wie Indien und China werden Flüsse und Umgebung mit Antibiotika und anderen Arzneistoffen kontaminiert. Bei der Herstellung gelangen teils große Mengen in die Umwelt. Multiresistente Keime besiedeln von dort aus nicht nur die Bewohner. Denn Menschen sind ein wunderbarer Vektor, um sie über die ganze Welt zu verteilen: »Rund 70 Prozent der Urlauber haben nach einem Indienaufenthalt ein verändertes Mikrobiom«, so Holzgrabe. Dafür genüge bereits der Verzehr von belastetem Essen und Trinken. Zwar mündet das nicht zwangsweise in einer Infektion. Multiresistente Keime können jedoch beispielsweise Säuglinge oder Kranke gefährden oder Resistenzen auf andere Pathogene übertragen.

Die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt hängt also unmittelbar zusammen. »Der One-Health-Ansatz ist zentral«, so Holzgrabe. »Man muss nicht nur weniger Antibiotika beim Menschen, sondern auch in der Tiermedizin einsetzen.« Und dann noch die richtigen: Daher hat die Europäische Arzneimittelagentur (EMA) eine Empfehlung veröffentlicht, welche Antibiotikaklassen in der Tiermedizin bevorzugt eingesetzt und welche gemieden, nur eingeschränkt oder mit Vorsicht genutzt werden sollen.

Politisch gehen die ersten Schritte in die richtige Richtung. Im Sinne des Vorsorgeprinzips besteht jedoch deutlicher Handlungsbedarf – und die zunehmende Resistenzproblematik erfordert schnelles Handeln.

So vielfältig die Eintragsquellen sind, so vielseitig bieten sich Handlungsoptionen. Pharmazeutisches Personal leistet durch die Beratung zur korrekten Einnahme sowie Anwendungsdauer einen wertvollen Beitrag. Auch mit Aufklärungsarbeit rund um Antibiotika ließe sich mit Geduld viel erreichen. Hinter einem Schnupfen stecken schließlich meist Viren, denen Antibiotika nichts anhaben. Aber auch jeder Einzelne kann durch sein Konsumverhalten Einfluss nehmen. Denn Antibiotika in der Umwelt sind mehr als ein Umweltproblem.

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