Evolution im Eiltempo: Der Wettlauf der Bakterien gegen die Antibiotika

Evolution, also die allmähliche Veränderung von Merkmalen über die Generationen hinweg, geht bei den meisten Tieren und Pflanzen fast unbemerkt vor sich – der Vorgang dauert einfach zu lange. Bei kleinen, einzelligen Organismen lässt sich jedoch beobachten, wie sie sich in kurzer Zeit an ihre Umwelt anpassen. Ein wichtiges Beispiel dafür sind Bakterien, die eine Resistenz gegen Antibiotika entwickeln.

Bakterien auf Agarplatten

Viele Bakterien können auf Agarplatten gezüchtet werden, also in Petrischalen, die ein nährstoffreiches Gel enthalten. Mit verschiedenen Tests lässt sich dann herausfinden, ob sie resistent gegen bestimmte Antibiotika sind. Bild: CanStockPhoto

Bakterien sind winzige Lebewesen, die aus nur einer Zelle bestehen. Sie pflanzen sich fort, indem sie wachsen, ihr Erbmaterial und andere wichtige Zellbestandteile verdoppeln und sich dann teilen. Innerhalb von einigen Stunden bis Tagen entstehen aus einem einzelnen Bakterium auf diese Weise viele Milliarden Zellen!

Bakterien als Krankheitserreger können deshalb gefährlich sein; sie vermehren sich rasch und werden, da sie so klein und zahlreich sind, leicht von einem Patienten auf den nächsten übertragen. Mit der Entdeckung der Antibiotika wurde es im letzten Jahrhundert endlich möglich, bakterielle Krankheiten gezielt zu behandeln: Diese Medikamente schädigen nämlich Bakterienzellen und töten sie entweder ab oder hindern sie daran, sich weiter zu teilen. Allerdings blieben die Antibiotika nicht lange so wirksam, wie sie es zu Anfang gewesen waren. Denn gelegentlich treten Bakterien auf, die gegen das eingesetzte Medikament unempfindlich sind; sie überleben die Behandlung und vermehren sich, bis es fast nur noch resistente Bakterien gibt. Seither ist es zu einem eigentlichen Wettrüsten gekommen: Der Mensch entwickelt zwar immer neue und wirksamere Antibiotika, aber bei den Bakterien kommen auch immer neue Resistenzen vor, die sich rasch verbreiten.

Wie funktioniert Evolution?

Wie eine solche Anpassung an die Umwelt funktioniert, war in der Wissenschaftswelt lange umstritten. Erwerben Lebewesen aktiv neue Eigenschaften, die sie gerade gut gebrauchen können, und geben diese dann ihren Nachkommen weiter? Dies war die Vorstellung von Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829), einem französischen Botaniker und Zoologen. Oder entwickeln sich neue Eigenschaften rein zufällig und bieten je nach Umwelt mehr oder weniger Vorteile? Dies war die Hypothese des britischen Naturforschers Charles Darwin (1809–1882). Die Wissenschaftler Salvador Luria und Max Delbrück veröffentlichten 1943 ein Experiment mit Bakterien, dass diese Frage zu beantworten hilft. Sie erhielten später unter anderem dafür den Nobelpreis in Physiologie und Medizin.

Das Luria-Delbrück-Experiment

Erlenmeyerkolben mit Bakterienkultur

In solchen Glasflaschen, Erlenmeyerkolben genannt, bereitet man nährstoffreiche Lösungen ("Bouillon") für Bakterien oder andere Mikroorganismen vor. Die Trübung der Flüssigkeit zeigt an, dass darin bereits eine Menge Bakterien gewachsen sind. Bild: Wikimedia Commons

Luria und Delbrück züchteten ihre Bakterien in einer Flüssigkeit mit Nährstoffen. Für den Versuch verteilten sie die Flüssigkeit auf zwei Gefässe A und B, so dass in jedem Gefäss ungefähr gleich viele Bakterien waren. Den Inhalt von Gefäss A teilten sie sofort weiter in 50 kleine Portionen auf und liessen dann alle Bakterien einen Tag wachsen und sich vermehren. Erst nach der Vermehrungsphase teilten sie auch die Bakterien aus Gefäss B auf 50 kleine Portionen auf. Aus jeder Portion wurde dann ein Tropfen Bakterienlösung auf einer Agarplatte verteilt, die das Antibiotikum Streptomycin enthielt.

Was war zu erwarten? Wenn sich die Bakterien aktiv an ihre Umwelt anpassten und die Resistenz erst im Kontakt mit dem Antibiotikum entwickelten, würden auf jeder Antibiotikum-Platte etwa gleich viele Bakterien überleben. Das Ergebnis des Versuchs passte jedoch viel besser zu Darwins Hypothese: Nur in den 50 Portionen von Gefäss B waren die resistenten Bakterien ungefähr gleichmässig verteilt (sie waren ja bis unmittelbar vor dem Versuch noch gemischt). In den 50 Portionen aus Gefäss A, die schon einen Tag lang getrennt waren, gab es jedoch grosse Unterschiede: In den einen waren gar keine resistenten Bakterien zu finden, in den anderen ziemlich viele. Das bedeutet, dass in gewissen Proben (aber nicht in allen) einige Bakterien bereits die Veranlagung für eine Antibiotika-Resistenz entwickelt hatten. Dies geschah bei den einen früher, bei den anderen später in der Wachstumsphase, aber jedenfalls bevor sie mit dem Antibiotikum in Kontakt kamen.

Mutationen treten in der Natur also nicht gezielt auf, sondern es hängt vom Zufall ab, wann und wo es zu Veränderungen kommt – und diese können vorteilhaft sein oder auch nicht. Umso mehr bringt einen die Vielfalt an fantastisch angepassten Lebewesen zum Staunen, welche die Natur über Jahrmillionen hervorgebracht hat!

Auswahl von Tabletten

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Antibiotika-Resistenzen verhindern

Krankheitserreger, die gegen Medikamente unempfindlich sind, können sehr gefährlich sein. Es gibt jedoch Möglichkeiten, die Evolution von Bakterien zu resistenten Super-Keimen zu verhindern.

  • Am wichtigsten ist, Antibiotika wirklich nur dann zu verwenden, wenn sie notwendig sind. Je weniger die Bakterien in deinem Körper mit Antibiotika in Kontakt kommen, desto besser. Denn ansonsten überleben bald nur noch diejenigen, welche die Veranlagung für eine Resistenz in sich tragen. Gerade Erkältungen oder gewisse Arten von Angina, die von Viren ausgelöst werden, sollten in der Regel nicht mit Antibiotika behandelt werden (Antibiotika wirken nicht gegen Viren).
  • Wenn du Antibiotika einnehmen musst, halte dich an die angegebene Dosierung und Dauer. Vielleicht geht es dir schon nach zwei Tagen besser, aber das bedeutet nicht, dass du die Behandlung abbrechen kannst. Zu diesem Zeitpunkt ist zwar der grösste Teil der Erreger abgetötet, aber einige resistente (oder teilweise resistente) Bakterien könnten die erste Dosis Antibiotika überlebt haben. Diese müssen konsequent weiter bekämpft werden, damit sie sich nicht wieder vermehren und man eine Chance hat, sie ebenfalls loszuwerden.
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