Antibiotikum

Definition und Einordnung [Abschnitt: Der Begriff]

Antibiotika sind ursprünglich natürlich gebildete, niedermolekulare Stoffwechselprodukte von Pilzen oder Bakterien. Bereits in geringer Konzentration hemmen sie das Wachstum anderer Mikroorganismen oder töten sie ab. Im weiteren Sinn zählen auch teilsynthetische, vollsynthetische und gentechnisch gewonnene antimikrobielle Substanzen dazu, nicht jedoch Desinfektionsmittel. Antibiotika werden vor allem zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt und gehören zusammen mit Antimykotika, Virostatika, Antiprotozoika und Anthelminthika zu den Antiinfektiva. 75 Prozent der in den USA zwischen 1981 und 2010 neu zugelassenen Antibiotika gingen auf natürliche Rohstoffe zurück.

Geschichte und Herstellung [Abschnitt: mehrere]

Louis Pasteur erkannte 1877, dass manche Bakterienarten einander am Wachstum hindern. Bereits im 10. Jahrhundert zeigte eine Rezeptur aus Knoblauch, Zwiebeln, Wein, Ochsengalle und einem Kupferkessel in Untersuchungen eine Wirkung gegen Staphylococcus aureus und MRSA. 1893 isolierte Bartolomeo Gosio aus Penicillium die Mycophenolsäure. Ernest Duchesne untersuchte 1896 und 1897 die antibiotische Wirkung von Schimmelpilzen und zeigte unter anderem, dass Penicillium glaucum Escherichia coli und Typhusbakterien bekämpfen konnte.

Paul Ehrlich führte 1910 das 1909 entdeckte Arsphenamin (Salvarsan) gegen Syphilis ein. Es war ein synthetischer Wirkstoff mit engem Wirkungsspektrum. 1928 entdeckte Alexander Fleming in einer verschimmelten Staphylokokkenkultur Penicillin; 1929 veröffentlichte er seine Ergebnisse. Die erste Behandlung eines Menschen erfolgte 1941, nachdem Ernst B. Chain und Howard W. Florey Penicillin ausreichend rein gewinnen konnten. Danach wurden unter anderem Streptomycin, Chloramphenicol und Tetracyclin entwickelt.

Antibiotika werden heute biotechnologisch durch Pilze oder Bakterien wie Streptomyceten hergestellt, chemisch verändert (Semisynthese) oder vollständig synthetisch produziert. Von etwa 8000 bekannten antibiotischen Substanzen werden nur rund 80 therapeutisch angewendet. 2005 waren in Deutschland 2775 Antibiotikapräparate zugelassen.

Wirkung und wichtige Stoffgruppen [Abschnitt: Wirkung antibakteriell wirksamer Antibiotika]

Antibiotika wirken entweder bakteriostatisch, indem sie die Vermehrung hemmen, oder bakterizid, indem sie Bakterien abtöten. Ihre Angriffspunkte sind Strukturen, die sich von menschlichen Zellen unterscheiden: die Murein-Zellwand, bakterielle Ribosomen, die DNA-Replikation oder die Folsäuresynthese. Breitbandantibiotika wirken gegen viele verschiedene Bakterien.

β-Lactame wie Penicilline, Cephalosporine, Monobactame und Carbapeneme blockieren Penicillin-Binde-Proteine und damit die Mureinbiosynthese. Die instabile Zellwand führt durch osmotischen Druck zur Lyse. β-Lactamase-Hemmer wie Clavulansäure schützen diese Wirkstoffe vor bakteriellen β-Lactamasen. Glykopeptide wie Vancomycin hemmen ebenfalls den Aufbau der Zellwand und wirken gegen grampositive Bakterien.

Tetracycline hemmen an der 30-S-Ribosomenuntereinheit die Proteinsynthese und wirken bakteriostatisch; Calcium- und Magnesiumionen verschlechtern ihre Aufnahme. Makrolide und Lincosamide binden an die 50-S-Untereinheit und blockieren die Proteinbildung. Aminoglykoside greifen an der 30-S-Untereinheit an und wirken bakterizid. Polypeptide schädigen die Zellmembran. Fosfomycin hemmt das Enzym MurA, Chinolone blockieren die DNA-Gyrase und verhindern dadurch die DNA-Replikation. Sulfonamide stören den Folsäurezyklus; in Kombination mit Trimethoprim können sie bakterizid wirken. Ansamycine hemmen die bakterielle RNA-Polymerase, Nitroimidazole verursachen unter sauerstoffarmen Bedingungen DNA-Strangbrüche.

Probleme, Resistenzen und Anwendungen [Abschnitt: mehrere]

Antibiotika sind meist gut verträglich, können aber Allergien, Störungen der Darmflora, Durchfall, Pilzinfektionen und selten eine pseudomembranöse Colitis verursachen. Möglich sind außerdem Sehnenrisse durch Fluorchinolone, Herzrhythmusstörungen durch eine verlängerte QTc-Zeit, neurotoxische Wirkungen sowie Nieren- und andere Organschäden. Tetracycline verlieren durch Calcium aus Milchprodukten an Wirkung. Kürzere Therapien können Nebenwirkungen vermindern, etwa bei Lungenentzündung 3–5 statt 7–10 Tage.

Antibiotikaresistenz bedeutet, dass Bakterien durch Vermehrung unempfindlicher Individuen gegen einen oder mehrere Wirkstoffe widerstandsfähig werden. Multiresistente Erreger wie MRSA, VRE und MRGN nehmen zu. 2005 infizierten sich rund drei Millionen Europäer mit resistenten Bakterien; 50.000 starben. Für 2050 werden ohne Gegenmaßnahmen jährlich bis zu 10 Millionen Todesfälle geschätzt. Reserveantibiotika wie Linezolid, Daptomycin, Tigecyclin und Streptogramine sollen schweren Fällen vorbehalten bleiben.

In der Tierhaltung dient der Einsatz der Behandlung oder als Metaphylaxe des gesamten Bestands; Wachstumsförderung ist in der EU seit Anfang 2006 verboten. Hoher Einsatz erzeugt Selektionsdruck und fördert resistente Erreger. In der Molekularbiologie markieren Antibiotikaresistenzen Plasmide, die ein gewünschtes Gen tragen.

Forschung und verantwortlicher Einsatz [Abschnitt: mehrere]

Da die Zahl neuer Antibiotika sinkt, werden neue Angriffspunkte untersucht, etwa die Aminosäure- und Fettsäuresynthese, Wirts-Erreger-Proteine und Mechanismen des bakteriellen Überlebens. Beispiele sind Acyldepsipeptide, Teixobactin, Bakteriophagen und Outer Membrane Protein Targeting Antibiotics. Auch eine Hemmung von Krankheitserregern ohne deren Abtötung wird erforscht, weil dadurch der Selektionsdruck geringer wäre.

Antibiotika sollten bei Virusinfektionen nicht eingesetzt werden, da sie gegen Viren wirkungslos sind. Die individuelle, verantwortungsvolle Entscheidung über eine Therapie wird als „Antibiotic Stewardship“ bezeichnet. Antibiotikarückstände aus Tierhaltung und Produktion gelangen in die Umwelt und können dort resistente Bakterien fördern.