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Allgemein, Deutschland 2030

Ingenieurskunst gegen die Antibiotikakrise

Die Zahl der Keime steigt, gegen die kein Antibiotikum mehr wirkt. Wie groß ist die Bedrohung durch multiresistente Bakterien? Wo liegen die Gründe? Und was können IngenieurInnen gegen die Antibiotikakrise tun? Prof. Jürgen Hemberger, Vorsitzender des VDI-Fachbeirats Biotechnologie mit Antworten auf diese und weitere Fragen.

VDI: Herr Prof. Hemberger, wie groß ist die tatsächliche Gefahr durch multiresistente Keime?

Hemberger: Die Gefahr ist in der Tat sehr groß und sie wird in weiten Teilen der Bevölkerung unterschätzt. Schon heute sterben in Europa pro Jahr 30.000 Menschen durch die Infektion mit multiresistenten Keimen. Weltweit liegt die Zahl der jährlichen Todesfälle bei etwa 500.000. Neuere Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gehen davon aus, dass die Zahl der Todesopfer bis zum Jahr 2050 auf 10 Millionen steigen könnte, wenn nicht bald große Anstrengungen unternommen werden.

Besonders bedroht sind kranke, alte und immunsupprimierte Menschen. Auch Kinder trifft es häufiger. Die meisten tödlichen Infektionen sind bei uns in Westeuropa die sogenannten nosokomialen Infektionen, wenn sich also Menschen während einer Behandlung oder eines Aufenthalts im Krankenhaus anstecken.

VDI: Welche Keime sind aktuell am gefährlichsten?

Hemberger: Viele werden den Keim „MRSA“ kennen, also den Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus. Der ist aber nicht das größte Problem. Viel problematischer sind laut Robert-Koch-Institut (RKI) und WHO verschiedene Keime, die zur Gruppe der gram-negativen Bakterien gehören. Sie werden unter der Abkürzung ESKAPE zusammengefasst: E steht dabei für Escherichia coli, S für Staphylococcus aureus, K für Klebsiellen, A für Acinetobacter, P für Pseudomonas aeruginosa und E für Enterokokken.

VDI: Gibt es hier noch wirksame Antibiotika? Und falls ja, welche sind das?

Hemberger: Ja, die gibt es. Das sind die sogenannten Reserveantibiotika. Sie bilden die letzte Verteidigungslinie gegen multiresistente Keime. Der Arzt verordnet sie gezielt und erst dann, wenn andere Antibiotika versagen. Zu den Reserveantibiotika gehören beispielsweise die Wirkstoffe Vancomycin, Substanzen aus der Gruppe der Carbapeneme und das Colistin. Aber auch gegen diese Antibiotika haben sich teilweise schon Resistenzen entwickelt, etwa Enterokokken, die gegen Vancomycin resistent sind.

VDI: Warum gibt es immer mehr Resistenzen?

Hemberger: Die Resistenzbildung ist ein natürlicher Vorgang. Bakterien tauschen untereinander Genabschnitte aus, auf denen auch Resistenzen liegen. Der Mensch beschleunigt oder initiiert jedoch die Resistenzentwicklung, indem er Antibiotika falsch und zu häufig einsetzt. Wenn zum Beispiel PatientInnen Antibiotika nicht nach Vorschrift einnehmen, können Bakterien überleben, die Resistenzen entwickeln.

VDI: Welche Rolle spielt die Massentierhaltung?

Hemberger: Sie ist ein zentrales Problem. Hier werden den Tieren prophylaktisch und in großen Mengen Antibiotika gegeben, auch wenn nur ein Teil des Bestands erkrankt ist. Zudem setzt die Massentierhaltung auch Antibiotika ein, die für den Menschen gedacht sind. Politik und Landwirtschaftsverbände haben das Problem jedoch erkannt und handeln. Der Verbrauch an Tierantibiotika ist in den letzten zwei bis drei Jahren zurückgegangen. Leider gibt es nach wie vor Überlappungen. In Zukunft gilt es, Mensch- und Tierantibiotika strikt zu trennen.

VDI: Wie ist die „Resistenz-Situation“ in den Krankenhäusern?

Hemberger: Verschiedene Untersuchungen zeigen, dass Resistenzen in der Regel zuerst in Krankenhäusern auftreten. Sie sind die Brutstätte für die Resistenzentwicklung – wegen des breiten, intensiven Antibiotikaeinsatzes und teilweise auch aufgrund mangelnder Hygiene. Hinzu kommt, dass Abwässer aus Kliniken und anderen medizinischen Einrichtungen hohe Antibiotika-Konzentrationen enthalten, die in die Umwelt gelangen und dort die Resistenzbildung beschleunigen.

VDI: Welche Maßnahmen empfehlen Sie, um resistente Keime wirksam zu bekämpfen?

Hemberger: Wir brauchen natürlich neue Wirkstoffe. Doch die Entwicklung ist für die Pharmaindustrie aufwändig, kostspielig und nicht so lukrativ wie etwa die Entwicklung von Krebsmedikamenten. Hinzu kommt, dass neue Antibiotika erstmal als Reserveantibiotika zurückgehalten werden. Die Umsätze sind also niedrig. Bei geschätzten Entwicklungskosten von ein bis zwei Milliarden Euro wird deutlich, warum der Anreiz gering ist.

Deswegen gibt es in der Politik Überlegungen die Entwicklung neuer Antibiotika attraktiver zu machen. Eine Möglichkeit wäre, einen europäischen Fonds aufzulegen, der die Entwicklungskosten übernimmt. Das ist jedoch kritisch zu bewerten, da die Öffentlichkeit hier nach wie vor die Pharmaindustrie in der Pflicht sieht. Unabhängig davon gibt es in kleinen Biotech-Firmen und öffentlichen Forschungseinrichtungen viele Forschungsinitiativen zu neuen Wirkstoffen. Die können jedoch die klinische Entwicklung nicht stemmen, weil die Kosten der klinischen Studien zu hoch sind. Da braucht es die Pharmaindustrie, die aber aus den genannten Gründen nicht sonderlich interessiert ist. Hier könnte man sich ebenfalls einen Ansatzpunkt für eine öffentliche Förderung vorstellen.

VDI: Wie könnten Anreize für mehr Neuentwicklungen aussehen?

Hemberger: Hier hilft der Blick in die USA. Dort gibt es das Programm CARB-X. Das übernimmt nicht nur die Kosten für die Entwicklung. Es finanziert auch Phase-1-Studien und zum Teil sogar Phase-2-Studien. Das ist für die Pharmaindustrie natürlich viel interessanter: Denn spätestens in Phase 2 wird klar, ob es unerwünschte Nebenwirkungen oder andere Sicherheitssignale gibt, die die Zulassung gefährden können. Falls nicht, kann die Pharmaindustrie direkt in die zulassungsrelevanten Phase-3-Studien einsteigen.

VDI: Welche Maßnahmen sind sonst noch sinnvoll?

Hemberger: Deutsche Krankenhäuser brauchen höhere Hygiene-Standards. Die skandinavischen Länder zum Beispiel haben strengere Hygiene-Regeln und Hygienebeauftragte, die die konsequente Umsetzung überwachen und den Ärzten weisungsbefugt sind. Dort gibt es viel weniger Probleme mit Resistenzen. Hygienebeauftragte sind in der Regel Hygiene- und Umwelthygiene-IngenieurInnen. Die gibt es auch in deutschen Häusern, aber bei weitem nicht so flächendeckend. Hier besteht also Bedarf.

Krankenhaus-Hygiene fängt übrigens schon beim Bau an: Der VDI engagiert sich hier dafür, dass die technisch-hygienischen Maßnahmen konsequenter umgesetzt werden als bisher – auch mit entsprechenden Richtlinien. Einige Beispiele sind: antimikrobiell beschichtete Wände und Türklinken oder Luft- und Klimaführung mit speziellen Filtern oder Leitungen ohne Totstellen. Wir im Fachbereich Biotechnologie arbeiten hier gerade an einem Thesenpapier* zu Antibiotikaresistenzen, das aufklärt, aber auch die einzelnen Handlungsfelder identifiziert.

VDI: Welche Ingenieurdisziplinen werden in der „Krise“ besonders gebraucht?

Hemberger: Eine ganze Reihe. Da sind die Biotechnologie-IngenieurInnen in der Wirkstoffentwicklung. Dann die Medizintechniker, die antimikrobielle Beschichtungen oder innovative diagnostische Tests entwickeln. Auch Agrar-IngenieurInnen sind gefragt: Sie müssen Tierställe künftig so gestalten, dass weniger Antibiotika nötig sind, weil sich die Tiere seltener gegenseitig anstecken können. Und wie bereits angesprochen Hygiene-IngenieurInnen als Hygienebeauftragte.

Hinzu kommt die Umwelthygiene: Denn für antibiotikabelastete Abwässer und Klärschlämme gilt es neue Verfahren zu entwickeln, die die Medikamente beseitigen. Auch IngenieurInnen der Gebäudetechnik werden gebraucht, um neue Kliniken künftig so zu konzipieren, dass Resistenzen eingedämmt werden.

VDI: Was können IngenieurInnen privat tun?

Hemberger: Wer Antibiotika einnimmt, der sollte sie nur nach Vorgabe des Arztes einnehmen. Nicht mehr gebrauchte oder abgelaufene Antibiotika können bei der Apotheke abgegeben werden oder kommen in den Hausmüll. Sie sollten keinesfalls die Toilette runtergespült werden. Dann landen sie im Abwasser und triggern die Resistenzbildung.

VDI: Gibt es Alternativen zu Antibiotika?

Hemberger: Ja, die gibt es. Da ist zum einen die sogenannte Phagentherapie mit Bakteriophagen. Sie wurde im ehemaligen Ostblock entwickelt. Dort hatte man lange Zeit keinen Zugang zu Antibiotika und musste sich andere Lösungen überlegen. Aktuell ist die Phagentherapie etwa in Polen zugelassen. Auch in Europa gibt es Bestrebungen, Antibiotika teilweise durch Phagen zu ersetzen.

Der Vorteil: Bakteriophagen wirken gezielt gegen einen bestimmten Keim. Ist der bekannt, kann eine passende Therapie erfolgreich durchgeführt werden. Der Nachteil: Bis heute können die Phagen nicht entsprechend vorgehalten werden. Zudem müssen sie per Infusion verabreicht werden.
Die zweite Alternative sind Impfstoffe. Hier könnten künftig Vakzine gegen resistente Bakterien entwickelt werden. Forschung und Entwicklung in diesem Bereich sollten ebenfalls stärker unterstützt werden.

VDI: Wie fällt Ihr Fazit zur Antibiotikakrise aus?

Hemberger: Die Zeit drängt, denn es gibt aktuell praktisch keine Antibiotika mit neuen Leitstrukturen. Wir haben nur alte Wirkstoffe, die modifiziert wurden oder werden. Auch die besten Hygienemaßnahmen können das nicht kompensieren. Es müssen also dringend neue Antibiotika oder andere therapeutische Optionen her. Die Entwicklungs-Pipeline ist fast leer und die Bedrohung wächst.

Herr Prof. Hemberger, wir danken Ihnen für das Gespräch.

Autor: Thomas Kresser

Redaktion: Gudrun Huneke

*Der VDI beschäftigt sich seit vielen Jahren mit hygienerelevanter Technik. Für viele Bereiche, auch solche mit direktem Bezug zur Antibiotikakrise, erstellen unterschiedliche VDI-Fachgesellschaften Publikationen (z.B. den VDI-Statusreport Keimreduzierung im klinischen Umfeld durch Nanotechnologie) und VDI-Richtlinien, die helfen, nach dem aktuellen Stand der Technik zu handeln. Die Themen reichen von Bioaerosolen in der Landwirtschaft über innovative Strategien wie etwa antimikrobielle Oberflächen im klinischen Umfeld bis hin zu Reinraumtechnik und hygienerelevanten Installationen in Gebäuden wie etwa der Raumlufttechnik und der Trinkwasserhygiene. Aus Sicht des VDI hat hierbei stets die Hygiene Priorität, d.h. auch sinnvolle Anstrengungen mit Blick auf Energieeinsparung, Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz dürfen nicht dazu führen, dass die Hygiene vernachlässigt wird.

Der VDI veröffentlicht Anfang 2020 die Publikation „Lebensretter Antibiotika – Kampf gegen Resistenzen und Erforschung neuer Wirkstoffe“, die konkrete Handlungsempfehlungen formuliert und technische Maßnahmen vorstellt.