Antibiotikaresistente Keime: Resistenzen das Wasser abgraben

25.11.2020 - Der allzu grosszügige Einsatz von Antibiotika und ihre teils falsche Einnahme führen zur Bildung von resistenten Keimen, die unsere Gesundheit gefährden. Kläranlagen sind schon heute in der Lage, einen Grossteil der Resistenzen aus dem Abwasser zu entfernen. Eine besondere Herausforderung stellen allerdings Starkregen dar.

Text: Lucienne Rey

In der Landwirtschaft werden Antibiotika zur Behandlung der Tiere eingesetzt.
© Markus Hibbeler | Ex-Press | BAFU

In populärwissenschaftlichen Zeitschriften bezeichnet man Deinococcusradiodurans schon mal als «Conan das Bakterium». Wie der Held im Filmklassiker «Conan der Barbar» hält es praktisch allen Belastungen stand und vermehrt sich selbst bei hoher atomarer Strahlung. Der Mikroorganismus gilt als Rekordhalter unter den Extremophilen – also unter den Bakterien, die selbst in unwirtlicher Umgebung wie etwa in kochend heissen, säurehaltigen Quellen gedeihen. Wobei das Conan-Bakterium selbst an vergleichsweise wenig exotischen Orten wie etwa in Kuhmist oder verfaultem Fleisch anzutreffen ist. Es steht für die Anpassungsfähigkeitder Einzeller, der frühsten Lebensform auf Erden.

Ihre Flexibilität und Vielfalt verdanken die Bakterien nicht zuletzt ihrer kurzen Generationszeit. Sind die Bedingungen günstig, verdoppelt sich ihre Zellzahl innerhalb einer halben Stunde. Entsprechend rasch kann es zu Veränderungen in ihrer Erbsubstanz kommen. Es setzen sich dann Keime mit Mutationen durch, welche diesen einen Überlebensvorteil in ihrer Umgebung bescheren.

Gesund- und Krankmacher

Ohne Bakterien gäbe es auf der Erdekein Leben. Uns Menschen dienen sie als Schutzfilm auf der Haut und helfen uns, die Nahrung zu verdauen. Allerdings existieren auch krank machende Keime, denen wir lange hilflos ausgeliefert waren: Die Pest entvölkerte bis Mitte des 18. Jahrhunderts ganze Landstriche Europas, während Typhus, Cholera und Syphilis bis ins 20. Jahrhundert ihre Opfer forderten.

Es war die Natur, die den Menschen ein wirkungsvolles Mittel gegen bakterielle Krankheiten in die Hand gab: Ein Schimmelpilz– Penicillium notatum –, offiziell im Jahr 1928 vom schottischen Bakteriologen Alexander Fleming entdeckt, läutete die Erfolgsgeschichte der Antibiotika ein. Dank einem Extrakt aus diesem Pilz liessen sich nun zahlreiche zuvor gefürchtete Krankheiten heilen. «Antibiotika sind ein Geschenk für die Menschheit», betont denn auch Saskia Zimmermann-Steffens von der Sektion Gewässerschutz des BAFU. Sie töten die Erreger in der Regel nicht ab, sondern hemmen deren Vermehrung oder andere lebenswichtige zelluläre Prozesse, ohne dabei die therapierte Person oder ein behandeltes Nutztier zu schädigen. Damit verschaffen sie dem Immunsystem des Patienten einen zeitlichen Vorsprung, sodass es die Infektion selbst erfolgreich bekämpfen kann.

Häufiger Einsatz macht Waffe stumpf

Mikroben hätten sich im Lauf der Evolution kaum durchsetzen können, ohne erfolgreich Abwehrmechanismen gegen ihre Gegner zu entwickeln – so gegen andere Einzeller, Pilze, Viren und Bakterien. Pilze, aber auch einige Bakterienstellen zum Schutz gegen feindliche Bakterien Antibiotika her. Antibiotikaresistente Bakterien können somit auch ganz ohne menschliches Zutun entstehen. Zum Problem wurden diese erst wegen des allzu grosszügigen und relativ undifferenzierten Einsatzes der ab 1940 breit auf den Markt gebrachten therapeutischen Wunderwaffe. Mit ihr bekämpften Ärztinnen und Veterinäre erfolgreich eine Vielzahl von Krankheiten. Auch die Landwirtschaft griff auf Antibiotika zurück, und zwar nicht nur, um leidendes Vieh zu behandeln, sondern auch, um Wachstum und Leistung der Nutztiere zu fördern.

Als Folge davon entstanden immer mehr Keime, die gegen Antibiotika resistent sind. Einerseits kann es geschehen, dass Bakterien Resistenzen untereinander weitergeben, wenn sie miteinander in Kontakt stehen. Die Fachwelt spricht dann von horizontalem Transfer: Dabei geht genetisches Material direkt vom einen zum anderen Bakterium über. Das geschieht meistens über röhrenförmig ausgebildete starre Anhängsel. Dank dieser sogenannten Pili kann sich das Bakterium an eine andere Zelle andocken. So hat etwa das Darmbakterium Escherichia coli 17 Prozent seiner Erbsubstanz durch horizontalen Gentransfer von anderen Mikroben erworben. Blasenentzündungen werden oft durch diesen Keim hervorgerufen, der sich auch gerne in kontaminierten Sanitäranlagen oder auf Türklinken tummelt.

Andererseits können sich Resistenzen aber auch spontan bilden. Während der Vermehrung der Bakterien – beziehungsweise beim Verdoppeln ihres genetischen Materials – kommt es nämlich immer wieder zu kleinen Veränderungen (Mutationen). Dabei entstehen auch Varianten von Mikroorganismen, die gegenüber einem bestimmten Wirkstoff unempfindlich sind und sich so gegenüber Antibiotika behaupten können. Seit 2004 hat sich die Anzahl von Infektionen mit antibiotikaresistenten Stämmen vervielfacht.

Mittlerweile haben viele Antibiotika ihre Wirksamkeit teilweise eingebüsst. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass jährlich allein in Europa 25 000 Menschen an Infektionen mit antibiotikaresistenten Bakterien sterben.

Verschiedene Quellen

Antibiotikaresistente Bakterien können auf unterschiedlichen Wegen in die Umwelt gelangen. Eine Quelle ist das Abwasser. «Personen, die mit Antibiotika behandelt wurden, bilden unter Umständen resistente Bakterien im Darm, die dann über längere Zeit ausgeschieden werden und in die Abwasserreinigungsanlagen (ARA) gelangen», erklärt Saskia Zimmermann-Steffens.

Die Problematik verschärft sich dort, wo Spitäler ihr Abwasser direkt in die Kanalisation einleiten. Denn in diesem schwimmen auch Rückstände der sogenannten kritischen Antibiotika mit. Diese Medikamente werden äusserst zurückhaltend erst dann verschrieben, wenn alle anderen Mittel versagt haben. «Damit nicht auch noch gegen diese Heilmittel Resistenzen entstehen, müssen sie äusserst gezielt verwendet werden», betont die BAFU-Fachfrau.

Die Landwirtschaft ist eine weitere Quelle für resistente Bakterien. Zwar braucht sie – nicht zuletzt dank der vom Bund im Jahr 2015 lancierten nationalen Strategie Antibiotikaresistenzen (StAR) – kontinuierlich weniger Antibiotika. Im Jahr 2017 waren es gut 32 Tonnen, was gegenüber dem Vorjahr einem Rückgang von nahezu 16 Prozent entspricht. Etwas mehr als die Hälfte der Antibiotika wurde in Form von angereichertem Futter vorbeugend verabreicht. Mit dem Hofdünger gelangen die Exkremente der Nutztiere in den Boden. Ihre Behandlung mit bakterien tötenden Medikamenten führt dazu, dass sie resistente Keime ausscheiden. Im Boden wurde der horizontale Transfer von Genen bereits öfter nachgewiesen.

Bakterien klären es unter sich

Die Kläranlagen erweisen sich als wirkungsvolle Barriere gegen resistente Bakterien. «Bis zu 99 Prozent dieser Mikroorganismen im Abwasser werden durch die ARA eliminiert», bestätigt Saskia Zimmermann-Steffens. Die biologische Behandlungsstufe erweist sich als besonders wirkungsvoll. «Hier müssen die resistenten Keime mit den anderen Bakterien um Nahrung kämpfen; das Milieu ist dabei so ausgestaltet, dass Krankheitserreger einen Nachteil haben», erklärt die Expertin.

Eine weitere Reinigungsstufe

Seit 2016 zahlen alle Kläranlagen für jede angeschlossene Person jährlich 9 Franken in einen Fonds, der für den Ausbauder Kläranlagen vorgesehen ist. Bis zum Jahr 2040 soll das Ausbauprogramm abgeschlossen sein, so dass dann hierzulande 70 Prozent des Abwassers über eine zusätzliche Reinigungsstufe behandelt werden – etwa mit Ozon oder Pulver von Aktivkohle. Problematische Stoffe wie Medikamentenrückstände, hormonaktive Substanzen, aber eben auch Antibiotika lassen sich dadurch effizient eliminieren.

Saskia Zimmermann-Steffens. Die biologische Behandlungsstufe erweist sich als besonders wirkungsvoll. «Hier müssen die resistenten Keime mit den anderen Bakterien um Nahrung kämpfen; das Milieu ist dabei so ausgestaltet, dass Krankheitserreger einen Nachteil haben», erklärt die Expertin.

Weil aber Abwasser und Regenwasser vielerorts nicht getrennt, sondern im Mischsystem zusammen im gleichen Kanal entwässert werden, kann Starkregen zur Überlastung der Kläranlagen führen. Ein Teil des Abwassers gelangt dann ungereinigt in Flüsse und Bäche. Die BAFU-Expertin für Abwasserreinigung sieht in einem «intelligenten Kanalisationssystem» das Mittel der Wahl gegen diesen Missstand: Wo immer möglich, sollte das Regenwasser zurückgehalten und nicht in die Kanalisation geleitet werden. So liesse sich bei Extremniederschlag die Überlastung des Abwassersystems vermeiden. Bei Spitälern sind solche Rückhaltesysteme besonders geboten, weil ihr Abwasser generell stärker belastet ist. Die Suche nach Lösungen läuft. Einige Spitäler prüfen beispielsweise die Möglichkeit, ihr Abwasser bei Starkregen zurückzuhalten und erst bei Trockenwetter in die ARA einzuleiten.

Wasser im Fokus

Verschiedene Studien haben das Vorkommen von resistenten Bakterien in den Gewässern untersucht. Sie zeigen, dass unsere Flüsse und Seen sowie das Trinkwasser zumindest in dieser Beziehung weitgehend rein sind. Zwar lassen sich zum Beispiel in aufbereitetem Wasser von Seen und Karstquellen geringe Mengen von resistenten Bakterien und Kopien von häufig vorkommenden Resistenzgenen nachweisen. Doch es handelt sich bei diesen Keimen um Umweltbakterien ohne krank machendes Potenzial.

Auch wenn Kläranlagen die Resistenzen stark verringern, können sie trotzdem weitergegeben werden. «Überall, wo viele Bakterien aufeinander treffen, wir dauch leichter etwas ausgetauscht», erklärt Saskia Zimmermann-Steffens. Daher sind die Einträge von Antibiotikaresistenzen in die Umwelt aus vorsorglichen Gründen so weit wie möglich zu verringern. Am besten wäre es, wenn gar keine Resistenzen mehr aus den Kläranlagen kämen. Versuche zeigen, dass eine Behandlung des Abwassers mit Ozon die Anzahl widerstandsfähiger Keime nochmals leicht reduzieren kann. Wie dies am besten zu erreichen ist, wird derzeit untersucht. Vordringlich gilt es indes, zu verhindern, dass die Kläranlagen bei Regenwetter überlaufen. Ausserdem wird eine zusätzliche Reinigungsstufe dazu beitragen, Mikroverunreinigungen wie beispielsweise Antibiotika aus dem Abwasser zu entfernen.

An der Quelle bekämpfen

Am wichtigsten aber ist es, an der Quelle der Resistenzbildung anzusetzen und Antibiotika möglichst zurückhaltend und richtig zu verwenden. Dazu gehört, diese Medikamente bei ernsten bakteriellen Infektionen lange genug einzunehmen, sie nicht bei viralen Erkrankungen zu schlucken und Antibiotika auch nicht an Dritte weiterzugeben. 

In der Landwirtschaft lässt sich die Gesundheit der Tiere zum Beispiel mit einem guten Stallmanagement stärken. Und die Medizin ist gefordert, Antibiotika äusserst gezielt einzusetzen und die Ärzteschaft entsprechend zu sensibilisieren.

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Letzte Änderung 25.11.2020

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