Resistenz

Bedeutung und Entstehung von Resistenz

Resistenz bezeichnet die Widerstandsfähigkeit eines Lebewesens gegen meist schädliche Umwelteinflüsse, etwa Parasiten, Infektionen, Krankheiten oder Klima. Bei Tier- und Pflanzenschädlingen umfasst sie auch die Widerstandsfähigkeit gegen Bekämpfungsmittel; bei Bakterien und Viren gegen Medikamente.

Resistenz kann erblich bedingt sein und wird dann natürliche oder primäre Resistenz genannt. Sie kann aber auch durch Umweltbedingungen, zum Beispiel Ernährung, entstehen. In der Zucht ist es ein wichtiges Ziel, durch Mutation oder Kreuzung und anschließende künstliche Selektion resistente Populationen zu schaffen.

Resistenz von Mikroorganismen

In Populationen von Mikroorganismen sind manche Individuen weniger anfällig für ein Antibiotikum als andere. Bei einer Behandlung sterben die empfindlichsten zuerst, während die resistentesten länger überleben. Wird die Behandlung zu früh beendet, können diese überlebenden Mikroorganismen sich vermehren. Die neue Population ist dadurch im Durchschnitt resistenter als die ursprüngliche. Nach mehreren solchen Selektionsvorgängen können Krankheiten durch diese Erreger mit Antibiotika kaum noch behandelt werden.

Wichtige Resistenzmechanismen sind:

• Effluxpumpen in der äußeren Zellmembran pumpen Antibiotika aus der Zelle, sodass ihre Konzentration im Zellinneren unter einem kritischen Niveau bleibt.
• Genmutationen verändern das Gen für das Protein, das die Bindungsstelle oder den Wirkort des Antibiotikums bildet.
• Bei der metabolischen Entgiftung spalten Enzyme den Wirkstoff.
• Wird ein Stoffwechselweg blockiert, kann ein Mikroorganismus unter Umständen einen alternativen Stoffwechselweg aktivieren.

Resistenzgene können beispielsweise auf Plasmiden liegen und durch Konjugation von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden. Krankheitserreger wie Pseudomonas können dadurch mehrere Resistenzfaktoren erwerben und multiresistent werden. Besonders in Krankenhäusern begünstigt der kontinuierliche Selektionsdruck durch notwendige Antibiotikagaben diese Entwicklung.

Resistenz von Pflanzen

Bei Pflanzen bezeichnet Resistenz die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Schädlinge. Gegenüber abiotischen Schadfaktoren wie Kälte oder Herbiziden spricht man dagegen von Toleranz. Die Resistenzzüchtung kombiniert unterschiedliche qualitative und quantitative Resistenzen von Sorten und Arten und ist für den Pflanzenschutz besonders wichtig.

Bei der Nichtwirtsresistenz sind alle Sorten und Genotypen einer Pflanzenart gegen alle Rassen eines Krankheitserregers resistent. Bei rassenspezifischer Resistenz kann ein einzelner Wirtsgenotyp gegen bestimmte Stämme oder Rassen eines Pathogens resistent sein. Diese qualitative Resistenz folgt einem Ja-nein-Prinzip: Virulente Rassen verursachen ungehinderten Befall, während avirulente Rassen bei einer passenden Pflanze vollständig abgewehrt werden. Sie beruht meist auf einem oder wenigen Genen und wird deshalb auch vertikale Resistenz genannt. Häufig löst der Kontakt mit einer avirulenten Rasse einen hypersensitiven Zelltod aus. Die betroffene Zelle und möglicherweise Nachbarzellen sterben ab, bevor sich das Pathogen weiter ausbreiten kann. Diese Resistenz kann jedoch von vielen Pathogenen schnell überwunden werden.

Partielle oder horizontale Resistenz lässt einen Befall zu, verlangsamt aber das Infektionsgeschehen stark. Sie beruht auf vielen Genen und mehreren Resistenzmechanismen und ist weitgehend unabhängig von der jeweiligen Pathogenrasse. Deshalb wird sie auch rassenunspezifisch oder quantitativ genannt. Eine Anpassung der Pathogene ist schwieriger, weil mehrere kompensatorische Mutationen gleichzeitig nötig wären. Durch Kreuzung können mehrere partielle Resistenzen kombiniert werden. Partielle Resistenzen treten meist bei nur leicht betroffenen Pflanzen auf.

Qualitative und quantitative Resistenzen beruhen auf biochemischen Vorgängen. Nach ihrer Auslösung bleiben sie häufig drei bis sieben Tage aktiv und schützen die Pflanze vorübergehend vor späteren Infektionen. Dies heißt induzierte Resistenz. Eine erhöhte Schwefelmenge in der Umwelt kann eine schwefelinduzierte Resistenz auslösen.

Menschen, Tiere und Pflanzenschutz

Viele Unkräuter sind gegen Herbizide, Insekten gegen Insektizide und Pilze gegen Fungizide resistent. Das erschwert den modernen Ackerbau und die Bekämpfung von Krankheiten, die durch Insekten verbreitet werden, etwa Malaria.

Menschen und Tiere besitzen neben einzelnen Resistenzmechanismen, den Restriktionsfaktoren, auch erworbene Widerstandsfähigkeit gegen Krankheitserreger. Diese Immunität entsteht im Laufe des Lebens durch eine Anpassung des Immunsystems an Erreger, denen der Organismus ausgesetzt war. Der Vorgang heißt Immunisierung. Gegen wechselnde Temperatureinflüsse besteht außerdem Temperaturresistenz.

Fungizidresistenz

Pilze können Resistenzen besonders schnell entwickeln, weil sie innerhalb einer Vegetationsperiode mehrere Generationen bilden. Werden ihre Sporen mit dem Wind verbreitet, kann sich eine neue Resistenz, etwa beim Echten Getreidemehltau oder beim Kaffeerost, innerhalb weniger Wochen über mehrere 100 km ausbreiten. Beim Apfelschorf bleibt die Ausbreitung dagegen eher lokal, beispielsweise im Bodenseegebiet. Um Resistenzbildung zu verringern, soll bei der Anwendung von Fungiziden regelmäßig die Wirkstoffgruppe gewechselt werden.

Pharmakologie und Neurobiologie

In der Pharmakologie bedeutet Resistenz, dass ein normalerweise wirksamer Einfluss nicht mehr ausreichend wirkt. Das kann geschehen, wenn Rezeptoren auf Zielzellen fehlen oder blockiert sind, sodass ein Neurotransmitter oder Hormon seine Wirkung nicht wie gewohnt entfaltet. Für dieselbe Wirkungsintensität ist dann eine höhere Dosis nötig; die Effektivdosis steigt. Ein bekanntes Beispiel ist die Insulinresistenz. Eine mögliche Resistenz gegen niedrige Strahlendosen aufgrund von Hormesis wird diskutiert; sie könnte durch die Aktivierung zellulärer Reparaturmechanismen ab einem Schwellenwert entstehen. In der Neurobiologie bezeichnet man die Resistenz gegen wiederholte Reize als Habituation.