FHNW

Wenn Bakterien die Antibiotika fressen

Hier wird Wasser gesäubert, doch laufen auch noch kaum erforschte Prozesse mit Antibiotika und Bakterien ab.

Hier wird Wasser gesäubert, doch laufen auch noch kaum erforschte Prozesse mit Antibiotika und Bakterien ab.

Antibiotikaresistenz entsteht auch in Abwasserreinigungsanlagen – die Hochschule für Life Sciences sucht Wege, gefährliche Superresistenzen zu verhindern.

Philippe Corvini schwankt zwischen Besorgnis, Neugier und Genugtuung. Letzteres empfindet der Leiter des Instituts für Ecopreneurship der Hochschule für Life Sciences der Fachhochschule Nordwestschweiz (HLS FHNW) in Muttenz, weil sein Team einen neuen Ansatz zur Erforschung von Antibiotikaresistenzen entwickelt hat.

Dieses Problem ist in der Tat besorgniserregend: Jährlich 10 Millionen Tote durch Bakterien, die auf Antibiotika nicht mehr reagieren, prognostiziert die Weltgesundheitsorganisation WHO für die Zeit ab 2050: Immer wenn die Pharmaindustrie ein neues Mittel gegen bestimmte Bakterien entwickelt hat, tauchen wenige Jahre danach Bakterienstämme auf, die gegen das Medikament immun sind. Besonders gefürchtet sind multiresistente Bakterien, gegen die viele verschiedene Antibiotika ihre Wirkung verloren haben.

Abwässer voller Antibiotika

Bakterien können Resistenzen entwickeln, wenn Patienten die Behandlung zu früh abbrechen oder wenn die Dosis insgesamt zu niedrig ist. Doch auch auf freier Wildbahn entstehen Resistenzen, denn Patienten scheiden die Medikamente wieder aus. So sind die Abwässer in Kläranlagen (ARA) durchsetzt mit verdünnten Antibiotika. Diese werden in der ARA kaum abgebaut und fliessen zusammen mit anderen Medikamenten im gereinigten Wasser in die Flüsse und Seen. Weiter verteilt man Antibiotika, mit Gülle und Mist aus Ställen, in denen Tiere damit behandelt wurden, auf Äcker und Wiesen.

Corvinis Institut erforscht unter anderem, wie man Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser entfernen kann: Schmerzmittel, hormonaktive Stoffe, Weichmacher für Kunststoffe und eben auch Antibiotika. Dabei entdeckte das HLS-Team, dass ein Microbacterium nicht nur resistent ist gegen Sulfonamide, sondern sich sogar von diesen ernährt.

Sulfonamide sind eine häufig eingesetzte Antibiotika-Klasse. Sie töten zwar die Bakterien nicht, verhindern aber, dass diese sich vermehren können. Dafür schalten sie ein Enzym aus, welches das Bakterium für die Zellteilung benötigt.

Brisanter Zielkonflikt

Während die klassische Resistenzforschung sich mit den Mechanismen befasst, wie die Bakterien die Medikamente abwehren, betrachtet die HLS das Milieu, in dem die Resistenzen sich entwickeln. ARA-Wasser und Klärschlamm sind in eine stark verdünnte Antibiotika-Suppe und enthalten bereits im Zulauf auf einen Milliliter rund eine Million Bakterien.

Konkret untersucht man in Muttenz Wasserproben aus den ARAs Birs (Birsfelden), Ergolz (Füllinsdorf), Pro Rheno (Basel) und zwei Anlagen in Karlsruhe (D). Das Team hat verglichen, wie hoch die Konzentration des Antibiotikums Sulfamethoxazol im Zulauf und im Auslauf der ARAs ist. Dabei stellte es fest, dass in der ARA Birs dessen Abbau am besten funktioniert.

Corvini weiss aber noch nicht, ob er sich darüber freuen soll: «Wir haben da einen Zielkonflikt: Einerseits möchte man, dass möglichst wenig Antibiotika in die Gewässer gelangen, da sie auch dort zu Resistenzen führen können. Andererseits werden die Antibiotika von Mikrobakterien abgebaut, die selbst resistent sind. Deren Zahl möchte man auch tief halten.» Diese können Infektionen verursachen. «Es geht also um ein neues Forschungsfeld von nationalem Interesse und ein Thema von grosser Bedeutung für die Gesellschaft.»

Gegenmittel Enzyme

Doch nicht nur das: Man weiss, wie die Resistenz funktioniert: Die Bakterien haben Ersatz-Enzyme entwickelt. Und diese – so befürchtet man – können sie untereinander weitergeben. Zudem hat man die Gene identifiziert, welche die Bakterien befähigen, sich «Antibiotikaverdauungs-Werkzeug» zu besorgen.

Pflanzt man diese Gene in ganz andere Bakterien ein, erlangen auch diese die Fähigkeit, Antibiotika zu zersetzen. «Eine Super-Resistenz, gezüchtet in unseren Abwassersystemen, ist also nicht auszuschliessen», meint Corvini, schränkt aber ein: «Bisher hat man keine Anhaltpunkte dafür, dass diese Gene zwischen den Bakterienarten spontan wandern.»

Man muss noch weiter forschen

Am Forschungsprojekt sind in Muttenz fünf Personen beteiligt. Neben der HLS FHNW sind das Karlsruher Institut für Technologie und die EAWAG (Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz) involviert. Finanziert wird es unter anderem vom Schweizerischen Nationalfonds.

Zudem beobachtet man Forschungsarbeiten in Kanada, wo man die Resistenzbildung in der Gülle aus Ställen untersucht, in denen die Tiermast mit Antibiotika gepusht wird. Nachdem man anhand der Sulfonamide die Funktion der ARAs bei der Bildung von Antibiotika-Resistenzen und Antibiotika-Abbaufähigkeit erkannt hat, gehe es nun darum, herauszufinden, wie weit dies auch auf andere Klassen von Antibiotika zutrifft. Weiter möchte man wissen, ob und wie weit man solche Prozesse steuern kann: beispielsweise indem man die Durchflussgeschwindigkeit durch die ARA oder die Konzentration des Abwassers verändert.


Symposium: BaselArea.swiss / i-net und die Hochschule für Life Sciences FHNW (HLS) führen am 25. Oktober in der «Gare du Nord» in Basel ein Symposium unter dem Titel «Keime, Antibiotikaresistenz und Desinfektion in Wassersystemen» mit Referenten aus den Bereichen Forschung, Verwaltung, Wasserversorgung und Technologieanbieter durch.

Autorin

Daniel Haller

Daniel Haller

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