Warum Antibiotikaresistenz zu einem unlösbaren Problem wird

Im Jahr 2016 litt eine Rentnerin in einem Krankenhaus in Las Vegas an einer mysteriösen bakteriellen Infektion, die auftauchte, nachdem sie sich während einer Reise nach Indien den rechten Oberschenkelknochen gebrochen hatte.

Wenn der Patient das Thema aweit verbreitete Notiz aus der Praxis veröffentlicht von der CDC, kam zurück in die USA, Ärzte konnten die Infektion nicht abtöten. Sie verschrieben Antibiotikum nach Antibiotikum. Aber keine der 26 Drogen, die sie ausprobiert haben hat die Bakterien davon abgehalten, ihren Blutkreislauf zu besiedeln.

Der Patient starb wenige Wochen nach seinem Erscheinen im Krankenhaus an einem septischen Schock.

MikrobiologeSid Thakur, der das Global Health-Programm an der North Carolina State University leitet, erzählt IE dass Ärzte bei bakteriellen Infektionen häufiger leer ausgehen.

„Es ist wirklich seltsam, wenn ein Arzt auf dich zukommt und sagt: ‚Ich habe nichts mehr, womit ich dich behandeln kann‘“, sagt Thakur.

Im Jahr 2019 berichtete die CDC, dass fast drei Millionen Menschen in den USA an einer antibiotikaresistenten Infektion leiden, und mindestens 35.000 von ihnen sterben jedes Jahr. Solche Infektionen mehr Menschen auf der ganzen Welt töten als HIV/AIDS oder Malaria. Statistische Modelle sagen Wendepunkte voraus, an denen die Zahlen in die Höhe schnellen. In weniger als drei Jahrzehnten wird dies schätzungsweise der Fall sein. mehr Menschen töten als Krebs.

Moderne Medizin ist verliert seinen Halt bei bakteriellen Infektionen. Aber es muss nicht passieren.

Forscher und Ingenieure wissen, wie man neue Antibiotika entwickelt und die Lebensdauer bereits verwendeter Medikamente verlängert.

MikrobiologeLanzenpreis, der das Antibiotic Resistance Action Center an der George Washington University gründete, erzählt IE dass das Problem der Antibiotikaresistenz im Grunde ein „Marktversagen“ ist.

Schädliche Bakterien sind ein großes Problem für die meisten Lebewesen

Menschen müssen sich nur um einen winzigen Splitter kümmerngeschätzte eine Milliarde Bakterienarten auf der ganzen Welt, aber die Insekten, die Probleme verursachen, sind für viel menschliches Elend verantwortlich. Bakterien stehen hinter berüchtigten Krankheiten wie Lungenentzündung, Tuberkulose, Cholera, Tetanus, Tripper und Syphilis.

Das Abtöten von Bakterien ist nicht so schwer. Viele Chemikalien – oder oft nur ein Topf mit kochendem Wasser – können ausreichen. Antibiotika haben geholfen Verlängerung der menschlichen Lebenserwartung um acht Jahre in den Jahrzehnten, nachdem sie weithin verfügbar wurden, aufgrund ihrer Fähigkeit, schädliche Bakterien zu verwüsten, ohne menschliche Zellen zu schädigen.

Bakterien zu vernichten und dabei menschliche Zellen unversehrt zu lassen, bleibt ein herausfordernder biomolekularer Balanceakt: Eukaryotische Zellen, aus denen Menschen bestehen, und Bakterien sind zwar erst in sehr ferner Vergangenheit verwandt, haben aber viele der gleichen zellulären Schwächen geerbt.

Antibiotika wirken, indem sie auf Schwachstellen abzielen, die Menschen und Bakterienzellen nicht teilen. Beispielsweise haben sich Bakterien entwickelt, um eine äußere Zellwand zur strukturellen Unterstützung zu verwenden, menschliche Zellen jedoch nicht. Penicillin hindert Bakterien daran, dieses entscheidende Stück zellulärer Infrastruktur aufzubauen, wodurch die Einzeller platzen ohne menschliche Zellen zu schädigen. Man kann es sich als Skalpell für Arbeiten vorstellen, bei denen selbst ein Skalpell ein viel zu stumpfes Instrument wäre.

„Ein guter Vergleich ist Chemotherapie“, sagt Price. Ein Onkologe, der eine Chemotherapie verschreibt, „bringt Menschen mit diesem Gift an den Rand des Todes“, um die Krebszellen zu schwächen oder abzutöten. Antibiotika ermöglichen Ärzten, die bakterielle Infektionen behandeln, eine solche extreme Behandlung zu vermeidenMaße.

Aber es gibt einen Nachteil: Antibiotika sind oft eine wirksame Therapie, aber sie können den Effekt haben, Bakterien einen evolutionären Turbo zu verpassen, was auch eines der größten Argumente gegen einen zu häufigen Einsatz von Antibiotika ist. Zum Beispiel in Großbritannien, die Messlatte für die Verschreibung von Antibiotika ist viel höher als in den USA.

Antibiotika „erzeugen einen Druck auf Bakterien, sich zu verändern“, erklärt Thakur. „Und die Veränderung besteht in der Form, dass sie gegen das Medikament resistent werden. Das passiert, wenn eine genetische Variation einige der Bakterien vor der Schwachstelle schützt, die das Medikament normalerweise ausnutzt.

„Wenn Sie den Erreger nicht abtöten, wählen Sie im Grunde die resistenten Versionen aus“, sagt Thakur. Sobald sich diese Überlebenden vermehren, um den kürzlich frei gewordenen Raum zu besetzen, „haben wir diese massive resistente Population, die die Umwelt vollständig dominiert."

Dieses evolutionäre Spiel ist nichts Neues. Pilze haben vor Milliarden von Jahren damit begonnen, antimikrobielle Verbindungen zu entwickeln – und Selektionsdruck auf Bakterien auszuüben. Seitdem ist es ein Wettbewerb auf Leben und Tod von F&E-Programmen, der von zufälliger genetischer Variation angetrieben wird.

Bakterien haben einen kleinen Vorteil: Sie übertragen nicht nur Gene von einer Generation zur nächsten. Sie können auch Gene austauschen – einschließlich solcher, die sie gegen antimikrobielle Mittel härten –, indem sie einfach miteinander in Kontakt kommen.

„Wenn du ein hastE. coli das ist resistent und ein E. coli das ist nicht resistent und sie kommen miteinander in Kontakt, bald sind sie beide resistent“, sagt Thakur.

Forscher haben einen solchen identifiziert “mobiles genetisches Element“ das Bakterien gegen das Antibiotikum Colistin resistent machen kann, was die letzte Möglichkeit für Ärzte ist, einige Stämme von E. coli und Klebsiella, sagt Price. Klebsiella-Pneumonie was Wissenschaftler glauben, dass der Rentner, der im Krankenhaus von Las Vegas starb, gekämpft hat.

„Wir wissen, dass Bakterien die Fähigkeit haben, dieses letzte Gen aufzunehmen und unbehandelbar zu werden“, sagte er. So etwas ist bereits bei Tuberkulose passiert.

Besorgniserregend ist jetzt, dass die Menge der heute im Umlauf befindlichen Antibiotika die schnelle Entwicklung von Bakterien vorantreibt, um den Antibiotika zu widerstehen, die von Ärzten überall verwendet werden.

Warum wir zu viel verwenden – und zu wenig investieren

Der explosionsartige Anstieg des Antibiotikaverbrauchs ist das Ergebnis veränderter Umstände und falsch ausgerichteter Anreize. Es gibt heute viel mehr Menschen, denen mit Antibiotika geholfen werden kann, als 1941, als das erste Antibiotikum für die medizinische Behandlung verfügbar wurde. Die menschliche Bevölkerung ist gewachsenum fast 350 Prozent in diesem Zeitraum.

„Wir verwenden zu viel Antibiotika und treiben die Entwicklung arzneimittelresistenter Bakterien voran“, sagt Price.

Grund eins: Patienten fordern Antibiotika

Ein Grund dafür ist, dass Patienten sie oft verlangen – auch wenn sie nicht helfen. Die meisten Menschen haben „positive Erfahrungen mit der Besserung“ nach der Einnahme von Antibiotika gemacht, daher ist es üblich, ihren Arzt unter Druck zu setzen, ein Rezept auszustellen, selbst wenn es hilft.nichts tun.

„Ich möchte keine Ein-Stern-Bewertung, also werde ich ein Rezept ausstellen, weil die Leute das wollen.“

Auf der anderen Seite denken sich viele Ärzte: „Ich möchte keine Ein-Stern-Bewertung, also werde ich ein Rezept ausstellen, weil die Leute das wollen“, sagte Price.

Überverschreibung ist jedoch bei weitem nicht das einzige Problem. Antibiotika werden wie so ziemlich alles andere auf dem Markt verkauft. Das bedeutet höhere Verkäufe von Antibiotika an Tiere oder Menschen, höhere Gewinne für die Hersteller.

Price nennt es „vierteljährliches Denken“, weil viele der Leute, die diese Entscheidungen treffen, sich darauf konzentrieren, die vierteljährlichen Gewinnberichte ihres Unternehmens so gut wie möglich aussehen zu lassen, indem sie so viele Antibiotika wie möglich verkaufen.

Hersteller „vermarkten aktiv ein Antibiotikum und drängen darauf, dass es verwendet wird, weil sie ihre [Forschungs- und Herstellungs-]Kosten wieder hereinholen wollen“, sagte er. Wenn das Medikament schon lange auf dem Markt ist, sind die Verkäufe meist Gewinn.

Aber Menschen sind nicht die einzige Spezies, die Pillen einnimmt. In den USA werden etwa 65 Prozent der medizinisch wichtigen Antibiotika für den Einsatz in der Landwirtschaft verkauft. Viehzüchter verabreichen routinemäßig Viehantibiotika, weil die Tiere weniger krank werden, was den Gewinn schmälert. Das Hinzufügen von Antibiotika zum Futter führt auch dazu, dass das Vieh schneller wächst, obwohl die Forscher nicht ganz sicher sind, warum.

Die Bundesverordnung führte kurzzeitig dazu, dass die Menge an medizinisch wichtigen Antibiotika, die in der Landwirtschaft verwendet werden, im Jahr 2017 auf bis zu 12,25 Millionen Pfund 5,55 Millionen Kilogramm gesunken ist, aber aktuelle Daten zeigen, dass die Zahl .wieder auf dem Vormarsch.

Diese Praxis ist gefährlich, aber weit verbreitet, weil landwirtschaftliche Unternehmen zumindest kurzfristig davon profitieren. Die Arzneimittelhersteller sagen: „Wir verdienen Geld, wenn wir sie an Tierproduzenten verkaufen“, und die Tierproduzenten sagen: „Wir könnenFleisch effizienter anbauen, wenn wir Antibiotika verwenden", erklärt Price. Das Ergebnis sind viele Antibiotika, die einen großen Selektionsdruck auf Bakterien ausüben.

Dies ist ein besonders wichtiger Teil des Problems, da die Nachfrage nach Fleisch schnell wächst und die Viehbestände mit ihr wachsen. In den 1960er Jahren lag der durchschnittliche Verzehr tierischer Proteine ​​bei etwa sechs Gramm pro Person und Tag. Diese Zahl hat sich jetzt vervierfacht, laut Thakur.

Grund zwei: Es gibt nicht genug neue Antibiotika

All dies könnte – zumindest für eine Weile – nachhaltig sein, wenn ständig neue Antibiotika verfügbar wären, gegen die Bakterien noch nicht resistent geworden waren, wie Mitte des 20. Jahrhunderts, aber heute investiert kaum jemand in sieZeit und Geld, um neue zu entwickeln. Das letzte Mal eine völlig neue Art von Antibiotikum entdeckt wurde Ende der 1980er Jahre.

Der Grund ist, dass Rendite dieser Investition ist nicht groß oder zuverlässigweil Krankheitserreger schnell resistent werden, sagt Thakur. „Man wartet zehn Jahre [auf die Zulassung des Medikaments], man investiert ein paar Milliarden Dollar, und am nächsten Tag wird der Krankheitserreger dagegen resistent“, erklärt er.

„Das goldene Zeitalter der Entwicklung von Antibiotika ist vorbei.“

Als Bakterien gegen Penicillin resistent wurden, gab es mehr Medikamente in der Entwicklungspipeline, um seinen Platz einzunehmen. Das ist nicht mehr der Fall. „Das goldene Zeitalter der Entwicklung von Antibiotika ist vorbei“, sagt Price.

Viele der Bakterien, die unsere Vorfahren geplagt haben, lange bevor sie sich zu modernen Menschen entwickelten, sind nicht verschwunden. Und sie leben und vermehren sich nicht nur in Menschen und Nutztieren.

„Es gibt ein riesiges Reservoir dieser resistenten Krankheitserreger und Gene in der Umwelt“, sagt Thakur. Praktisch jeder Teelöffel Wasser, ein Gramm Erde und jedes Tier auf dem Planeten beherbergt Bakterien – viele von ihnen ansteckende Krankheitserreger. Sie verstecken sichauch in gebauten Räumen wie Krankenhäusern. Kein Teil dieses riesigen globalen Ökosystems kann für sich allein verstanden werden, sagt Thakur. „Es ist ein riesiges Problem, weil es ein komplexes Problem ist.“

Und es fängt an, uns einzuholen.

Es gibt viele mögliche Zukünfte

Antibiotika sind nicht die einzige Behandlung, die bei bakteriellen Infektionen helfen kann. Eine der vielversprechendsten Alternativen ist die Phagentherapie, die verwendet Viren zielen auf Bakterienzellen ab.

Natürlich vorkommende Phagen, die sich entwickelt haben, um sich an Bakterien zu ernähren, sind eine Option, und es ist eine Grenze der Biotechnik. Kollege von Price, Cindy Liu, ist führend in der Forschung zur Verwendung gutartiger Bakterien, die natürlicherweise im Körper vorkommen, um „als biologische Türsteher zu fungieren, die die Ansiedlung von schlechten Bakterien wie Staphylokokken verhindern“, sagt er.

Solche Therapien könnten besonders hilfreich sein bei der Bekämpfung von Bakterien, die in bestimmten Teilen des Körpers harmlos und normal sind, aber gefährlich, wenn sie sich woanders festsetzen. Zum Beispiel E. Coli ist ein normaler Bestandteil des Mikrobioms im Darm, verursacht aber viele Probleme, wenn es der Mikrobe gelingt, sich weiter oben im Verdauungstrakt anzusiedeln.

Was ist die Lösung für den übermäßigen Einsatz von Antibiotika?

Price sagt, wir sollten Antibiotika nicht abschreiben. Die richtige Kombination aus politischen Änderungen und Investitionen im öffentlichen und privaten Bereich könnte sicherstellen, dass die Menschen bis weit in die Zukunft nützliche Antibiotika haben. Ein großer Teil der Geschichte ist die Regulierung der LandwirtschaftVerwendung von Antibiotika, die die die Bundesregierung hat versucht, dies zu tun.

Ein weiterer Bereich, in dem leicht Gewinne erzielt werden könnten, ist die Reduzierung der Antibiotika, die Menschen verschrieben werden, indem in Schnelltests investiert wird. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem Anreize nicht im Interesse der Öffentlichkeit ausgerichtet sind, sagt Price.

Price sagt, dass Pharmahersteller nicht viel Energie in die Entwicklung diagnostischer Tests gesteckt haben, die schnell feststellen könnten, ob die Krankheit eines Patienten bakteriell ist, bevor ihnen ein Antibiotikum verschrieben wird.

Das liegt daran, dass Versicherungen lieber ein paar Dollar für ein Antibiotikum ausgeben als die hundert Dollar, die ein solcher Test kosten könnte. Die Tests bleiben so teuer, weil Investoren wenig Anreiz haben, sie zu entwickeln, wenn die Versicherungen nicht zahlen.

Wenn es sich kreisförmig anhört, liegt es daran, dass es so ist.

Die ganze Krise kann gelöst werden, indem „die Medikamente, die wir haben, besser verwendet werden und dann einige neue Medikamente auf den Markt gebracht werden“, sagte Price.

Wenn das Geld da ist, können die Ingenieure, Forscher und Kliniker den Rest erledigen.