Zunehmende Dürren infolge des globalen Klimawandels könnten laut einer neuen Studie ideale Bedingungen für die Entwicklung antibiotikaresistenter Bakterien schaffen.
Der übermäßige Einsatz von Antibiotika in der Medizin ist offenbar nicht der einzige Treiber resistenter Keime. Die Forschung deutet zudem darauf hin, dass Vorgänge außerhalb von Krankenhäusern – in den Böden der Erde – auch die Antibiotikaresistenz im Gesundheitswesen beeinflussen könnten.
Eine Forschungsgruppe des California Institute of Technology (CIT) zeigt, dass Dürren natürliche Antibiotika im Boden aufkonzentrieren können. Dadurch werden Mikroben unter Druck gesetzt, Gene für Antibiotikaresistenzen zu entwickeln.
Da Dürren durch den Klimawandel häufiger, intensiver und großflächiger werden, profitieren Mikroben mit dem genetischen Repertoire, das ihnen das Überleben bei diesen hohen Konzentrationen von Bodenantibiotika ermöglicht.
Natürliche Antibiotika und Resistenzen im Boden
Bakterien produzierten bereits lange vor der medizinischen Nutzung dieser Stoffe Antibiotika im Boden, um sich einen Vorteil gegenüber mikrobiellen Konkurrenten zu verschaffen.
„Ebenso entstanden antibiotikaresistente Bakterien und die Gene, die ihnen diese Resistenz verleihen, lange vor der menschlichen Medizin als natürliche Abwehrmechanismen gegen antibiotikaproduzierende Bakterien“, erklärt der nicht an der Studie beteiligte mikrobielle Ökologe Timothy Ghaly von der Macquarie University in Australien in einer begleitenden Einordnung.
Dies werfe, so Ghaly, „eine zentrale Frage auf: Welche Umweltfaktoren könnten die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen aus dem Reservoir der Bodenbakterien in die bebaute Umwelt und zu klinischen menschlichen Krankheitserregern fördern?“
Um diese Frage zu untersuchen, wertete das CIT-Team fünf Datensätze aus Studien mit Bodenproben aus den USA, China und Europa aus. So erfassten die Forschenden die Auswirkungen von Trockenheit auf mikrobielle Bodengemeinschaften in unterschiedlichen Lebensräumen, darunter Ackerflächen, Grasland, Wälder und Feuchtgebiete.
In sämtlichen fünf Datensätzen gingen Dürrebedingungen mit einer Zunahme des genetischen Materials antibiotikaproduzierender Bakterien sowie von Genen einher, die bekanntermaßen Antibiotikaresistenz vermitteln.
Anders gesagt: Bakterien in von Dürre betroffenen Bodenproben schienen besser darauf vorbereitet zu sein, einer Belastung durch Antibiotika standzuhalten.
Dürre erhöht die Antibiotikakonzentration im Boden
In begleitenden Laborexperimenten gaben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Antibiotikum in ein kleines Bodenökosystem und trockneten dieses aus, um eine Dürre nachzustellen. Unter diesen Bedingungen stieg die Konzentration des Antibiotikums im Boden.
Bakterienarten im Boden, die bereits gegen das Antibiotikum resistent waren, überlebten in trockenen Böden ebenso gut wie in feuchten. Empfindliche Stämme starben im „Dürre“-Szenario dagegen nahezu vollständig ab.
Zu den Überlebenden gehörten einige antibiotikaproduzierende Bakterien, die von Natur aus gegen ihre eigenen Wirkstoffe resistent sind. Am Ende war der Boden sowohl mit Antibiotikaproduzenten als auch mit antibiotikaresistenten Bakterien angereichert.
„Nachdem die Autoren die Rolle der Dürre bei der Verstärkung von Antibiotikaresistenzen im Boden belegt haben, verbinden sie dieses Naturphänomen in ihrem vielleicht alarmierendsten Ergebnis mit der globalen öffentlichen Gesundheit“, erläutert Ghaly.
Antibiotikaresistenz in Krankenhäusern und trockenes Klima
Bei einer Untersuchung von Krankenhäusern in 116 Ländern stellten die Forschenden einen äußerst starken Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Antibiotikaresistenzen innerhalb von Krankenhäusern und dem lokalen Ariditätsindex fest – also dem Maß dafür, wie trocken das Klima außerhalb ist.
Dieser Zusammenhang blieb bestehen, auch nachdem die Forschenden das nationale Einkommen berücksichtigt hatten, das sowohl den Antibiotikaeinsatz als auch das Gesundheitssystem insgesamt beeinflussen kann.
„Dies deutet darauf hin, dass ein zentraler Treiber klinischer Resistenzen über einen globalen Umweltmechanismus wirkt, bei dem Klimabedingungen in natürlichen Ökosystemen die Entwicklung von Krankheitserregern in der bebauten Umwelt und letztlich die menschliche Gesundheit beeinflussen können“, schreibt Ghaly.
Die Daten reichen zwar nicht aus, um festzustellen, dass Dürren die zunehmende Antibiotikaresistenz in klinischen Umgebungen verursachen. Sie legen jedoch nahe, dass der Klimawandel – insbesondere die von ihm verstärkten Dürren – die Risiken erhöhen könnte.
„Unsere Studie liefert ein klares Beispiel dafür, wie der Klimawandel mit der mikrobiellen Ökologie zusammenwirken und Ergebnisse für die öffentliche Gesundheit prägen kann … [und unterstreicht] die Bedeutung, Umwelt- und klinische Perspektiven zusammenzuführen …“, folgern die Autoren.
„Mit zunehmender Klimainstabilität werden solche integrativen Ansätze entscheidend sein, um die globale Entwicklung der Antibiotikaresistenz vorherzusehen und abzumildern …“
Die Studie wurde in Nature Microbiology veröffentlicht.
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