• Antibiotikaresistenz

Wie antibiotische Behandlungen die Darmflora beeinträchtigen

Von |2021-03-22T10:28:19+01:00März 22nd, 2021|Kategorien: Mikrobiom|Tags: , , , , , |

Antibiotika schädigen das Mikrobiom

Von Dr. Evelyn Zientz

Keine Frage: Antibiotika sind ein Segen im Kampf gegen Infektionskrankheiten. Trotzdem sollten sie nicht allzu bedenkenlos verwendet werden, denn ihre Einnahme hat viele Schattenseiten. Es ist unser Mikrobiom, das durch Antibiotka nachhaltig geschädigt wird. Und das bleibt nicht ohne Folgen für uns.

Was sind Antibiotika?

Ein Antibiotikum ist eine Substanz, die Mikroorganismen abtötet oder deren Wachstum hemmt. Die überwiegende Mehrzahl der Antibiotika richtet sich gegen Bakterien, weil deren Zellstruktur sich deutlich von unserer eigenen unterscheidet und so eine Schädigung des Patienten ausgeschlossen ist.

Antibiotika greifen meist an zentralen Stoffwechselprozessen an und verhindern die Bildung von Proteinen, Nukleinsäuren oder auch nur schnöden Zellwänden. Damit kann die betroffene  Zelle ihr Leben nicht mehr meistern und geht zugrunde. Proteine stellen die Mehrheit der funktionalen Moleküle der Zelle dar. Sie agieren als Enzyme oder geben der Zelle als Strukturproteine Halt. Proteine haben eine bestimmte Lebensdauer, nach der sie ersetzt werden müssen. Eine Blockade der Proteinsynthese wirkt sich daher sehr schlecht auf die Lebensfähigkeit der Zelle aus.

Vor einer Zellteilung muss die Erbinformation, die in Form von DNA vorliegt, verdoppelt werden. Auch vor der Synthese von Proteinen muss erst einmal eine Nukleinsäure, die mRNA, gebildet werden, bevor ein Protein entstehen kann. Auch das ist ein guter Ansatzpunkt für Antibiotika.

Und nicht zuletzt wirken manche Antibiotika, indem sie die Vernetzung und Stabilisierung der Moleküle der Zellwand verhindern. In Bakterienzellen herrscht ein enormer Druck, vergleichbar mit einem Autoreifen, und der braucht Gegendruck, damit die Zelle nicht platzt.

Diese Mechanismen sind in allen Zellen weitestgehend identisch, und Antibiotika, die sich dagegen richten, töten dementsprechend fast alle Bakterien ab. Deswegen nennt man sie Breitbandantibiotika. Dem gegenüber stehen Antibiotika mit einem schmalen Wirkspektrum, die sich ganz spezifisch gegen einen oder wenige Erreger richten.

Das Problem hierbei ist, dass man den Erreger kennen muss, um sie einzusetzen. Das kostet Zeit und Geld und wird von den Krankenkassen nicht so gern bezahlt. Deshalb kommen oft Breitbandantibiotika zum Einsatz, womöglich häufiger, als uns gut tut, denn auch bei einer akuten Bakterieninfektion gibt es in unserem Körper viel mehr Bakterien, die wir lieber pflegen als töten sollten: Unser Mikrobiom.

Folgen einer Antibiotikabehandlung

Experten beschreiben den Zustand unseres Darm-Mikrobioms nach einer Antibiotikabehandlung oft mit einem Wald nach einem Waldbrand. Können wir es uns also erlauben, gelegentlich einen solchen Kahlschlag durchzuführen? Die Folgen einer Antibiotikabehandlung haben Forscher mittlerweile gründlich untersucht.

Reduktion von Artenvielfalt und Gesamtkeimzahl

Klar ist, dass die Einnahme von Antibiotika die Bakterienzahl reduziert. Das geht auch mit einer Abnahme der Artenvielfalt einher. Dabei kommt es zu einer Veränderung der Zusammensetzung. Entzündungsfördernde Arten sind nach der Behandlung gegenüber entzündungshemmenden überrepräsentiert.

In einer Studie führte ein Mix aus verschiedenen Antibiotika, die auf die Zellwand und Proteinsynthese wirken, zu einer Zunahme von Pathobionten, wie Clostridium difficile. Pathobionten entfalten ihr gesundheitsschädliches Potenzial, wenn sie ihre Chance wittern und verhalten sich sonst unauffällig. Andere, gesundheitsfördernde Arten wie Bifidobacterium und Butyratbildner, gingen dagegen in ihrer Anzahl zurück. Diese Bakterien stärken die Darmbarriere und schützen damit vor Entzündungen, halten Krankheitserreger in Schach und stärken das Immunsystem. Und tatsächlich zieht eine Antibiotikabehandlung oft eine Schwächung des Immunsystems nach sich.

Langzeitfolgen von Antibiotika

Etwa sechs Wochen nach Ende der Antibiotikabehandlung, so fanden die Forscher, war das Mikrobiom in seiner ursprünglichen Zusammensetzung weitgehend regeneriert. Aber eben nicht vollständig. Einige, wichtige Arten blieben auch sechs Monate nach Ende der Behandlung noch verschwunden.

Weiter stellten Forscher fest, dass eine reduzierte Artenvielfalt mit einem Risiko für bestimmte, typische Zivilisationskrankheiten einhergeht. Sie gingen davon aus, dass die Anzahl der im Mikrobiom vorhandenen Gene Rückschlüsse auf die Artenvielfalt zulässt und fanden heraus, dass eine geringe Gesamtzahl an Genen mit Entzündungen, Übergewicht und Fettstoffwechselstörungen einhergeht. Diese Störungen werden als metabolisches Syndrom zusammengefasst und stellen in unserer Gesellschaft eines der größten gesundheitlichen Probleme dar.

Verändertes Metabolom

Auch das so genannte Metabolom verändert sich nach Antibiotikaeinnahme. Das Metabolom ist die Gesamtheit der in einem biologischen System vorhandenen Stoffwechselprodukte. Sie kann man nicht so leicht in einen Zusammenhang mit der Antibiotikaeinnahme bringen, da das Metabolom redundant ist. Das bedeutet, dass eine bestimmte Verbindung von mehreren verschiedenen Arten produziert wird.

Trotz dieser Schwierigkeiten konnte man im Mausmodell einige Veränderungen des Metaboloms feststellen: In niedriger Dosierung führten Antibiotika zu einem Anstieg von Hormonen, die mit dem Kohlenhydrat-, Fett- und Cholesterinstoffwechsel assoziiert sind. Das deckt sich mit den Befunden, wonach auch eine reduzierte Artenvielfalt den Stoffwechsel negativ beeinflusst. Und passend dazu entwickelten die Mäuse prompt Übergewicht.

Außerdem stellten die Forscher eine  Zunahme von Arabinitol und Zucker im Stuhl fest.  Das kann von einer Abnahme von Arten herrühren, die diese Verbindungen normalerweise abbauen. Und diese Verbindungen können eine Infektion mit Candida albicans hinweisen. C. albicans ist ein Hefepilz, dem Antibiotika nichts anhaben können und der prächtig gedeihen kann, wenn seine bakteriellen Konkurrenten tot sind. So handelt es sich weniger um eine Infektion als um eine „Blüte“

Zucker und Arabinitol stehen auch mit einem erhöhten Risiko für eine Clostridium difficile Infektion (CDI) in Zusammenhang. Sie begünstigen möglicherweise das Wachstum dieser Bakterien. 

Direkt nach der Einnahme eines Antibiotikums kann es zu einem Abfall der Argininkonzentration kommen, vermutlich bedingt durch eine Abnahme von Argininbildnern wie Ruminococcaceae und Bacteroides. Arginin ist unter anderem die Vorstufe für immunmodulatorische Verbindungen, so dass auch auf diesem Weg das Immunsystem geschwächt wird.

Antibiotika Resistenzen

Antibiotikaresistente Bakterien sind ein zunehmendes Problem. Schon heute sterben in der westlichen Welt jährlich etwa 60 000 Menschen pro Jahr an den Folgen von Infektionen mit resistenten Bakterienstämmen und Experten schätzen, dass sich diese Zahl in den kommenden 30 Jahren verzehnfachen könnte.

Bakterien verfügen über verschiedene Mechanismen, Antibiotika unschädlich zu machen, hemmen die Aufnahme, fördern die Abgabe des Stoffes, modulieren die Zielmoleküle oder das Antibiotikum selbst, so dass es nicht mehr wirken kann. Und sie tauschen diese Fähigkeiten rege untereinander aus.

Auch die menschlichen Darmbakterien verfügen über einen Pool von Resistenzgenen. Antbiotika-Behandlungen führen dazu, dass sich diese Gene stark vermehren, denn das Antibiotikum übt einen Selektionsdruck auf die Träger der Resistenzgene aus. Nur sie können sich noch vermehren, und sie tun es. Nach Ende der Behandlung nimmt ihr Anteil an der Gesamtpopulation aber wieder ab, allerdings nur langsam.

Medizinische Konsequenzen einer Antibiotikabehandlung

Kurz- und mittelfristige Nebenwirkungen einer Antibiotikabehandlung sind Durchfälle und Magen-Darmprobleme, die bis zu acht Wochen nach Ende der Behandlung auftreten können. Der Erreger ist häufig Clostridium difficile, der einen schweren Krankheitsverlauf, der sogar tödlich enden kann, begünstigt. C. difficile ist ein verbreiteter Krankenhauskeim, der Toxine produziert, die die Mucosa schädigen und die Darmbarriere schwächen. Es hat sich gezeigt, dass Probiotika vor Infektionen mit C. difficile schützen können.

Die Langzeitfolgen einer Antibiotikabehandlung machen sich besonders bei Kindern bemerkbar, wenn das Antibiotikum auf ein sich noch entwickelndes Mikrobiom trifft. Eine Antibiotikabehandlung während der frühen Kindheit kann sich im späteren Leben in Form von Fettleibigikeit, Asthma, Allergien oder entzündlicher Darmerkrankungen auswirken.

Bei Kindern unter zwei Jahren führt eine Antibiotikabehandlung zu einer verzögerten Entwicklung des Darm–Mikrobioms und manche Bakterienarten verschwinden ganz und für immer.

Fazit:

Bei der Einnahme von Antibiotika ist Vorsicht geboten und man sollte die Kollateralschäden am Darm-Mikrobiom nicht unterschätzen.


Quelle:

Ramirez J, Guarner F, Bustos Fernandez L, Maruy A, Sdepanian VL, Cohen H. Antibiotics as Major Disruptors of Gut Microbiota. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:572912. Published 2020 Nov 24. doi:10.3389/fcimb.2020.572912


Fotonachweis: (c) adobe media, Antibiotika und Resistenzbildung. Von Zerbor

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Dr. Evelyn Zientz

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