Antibiotikaresistenzen und landwirtschaftliche Nutzung
In den letzten 40 Jahren stieg der Verbrauch von Antibiotika weltweit stark an. Dies führte zu einem dramatischen Anstieg von Antibiotikaresistenzen. Laut WHO werden Infektionskrankheiten im Jahr 2030 zu den häufigsten Todesursachen zählen, da durch bacterielle und eukaryotische Erreger verursachte Erkrankungen nicht mehr mit klassischen Antibiotika therapierbar sein werden.
Bereits heute sind in den USA ein Drittel der Lungeninfektionen nicht heilbar. Aufgrund der Globalisierung ist zu erwarten, dass sich resistente Keime über den gesamten Globus ausbreiten können, so dass derartige Probleme nicht als lokale Erscheinungen betrachtet werden dürfen.
Die Entwicklung von Resistenzmechanismen gegenüber Antibiotika ist immer noch nicht hinreichend bekannt. Einerseits fehlt Wissen über die molekularen Mechanismen, andererseits ist nicht hinreichend bekannt, welche Umweltfaktoren die Resistenzentwicklung begünstigen. Besonders für die Haupterregergruppen für Lungeninfektionen (Mycobacterium, Staphylococcus) wäre diese Wissen unbedingt nötig.
In dem Projekt wird daher anhand ausgewählter Fallstudien nach generellen Prinzipien der Resistenzentwicklung gesucht. Anhand von Bakterienisolaten, die von Patienten mit Lungenerkrankungen stammen, werden Resistenzmuster in enger Kooperation von mikrobieller Ökologie und Medizin untersucht. Um einen Zusammenhang zwischen infektiösen Lungenkrankheiten und weiteren Parametern wie den Lebensgewohnheiten der Patienten herstellen zu können, werden Daten der Helmholtzkohorte hinzugezogen.
Folgende Fallstudien wurden ausgewählt:
1. Im Ökolandbau sind schwermetallhaltige Fungizide verbreitet. Basierend auf Ergebnissen von schwermetallbelasteten Böden (Smalla et al. 2006) lautet unsere Hypothese, dass die Entwicklung der Resistenzen gegenüber Schwermetallen und Antibiotica auf ähnlichen Mechanismen beruht und entsprechend die Anwendung von Schwermetallen in der Landwirtschaft zu mehrfach resistenten Bakterien führt.
2. Die Nutzung des genetischen Potentials der vorhandenen Bodenmikroflora als Alternative zu Pestiziden in der Landwirtschaft (Biokontrolle) gewinnt zunehmend Interesse. Beim Antagonismus gegenüber Erregern von Pflanzenkrankheiten spielen Antibiotika ebenfalls eine große Rolle (Haesler et al. 2008). Inwiefern eine Anwendung von Antibiotika produzierenden Antagonisten auf die Ausbildung multipler Resistenzmechanismen wirkt wurde noch nie untersucht. Es ist daher unklar, ob diese vielversprechende, neue landwirtschaftliche Technik ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt.
3. Im Obstbau werden auch in manchen Teilen Deutschlands Antibiotika (vor allem Streptomycin) gegen phytopathogene Krankheitserreger der Gattung Erwinia eingesetzt. Dabei wurde bisher nicht untersucht, welche Auswirkungen die direkte Applikation von Antibiotika auf den Boden in Hinblick auf Bodengesundheit und Antibiotikaresistenz hat. Auch wenn Streptomycin nicht beim Menschen eingesetzt wird, ist eine mulitple Resistenzentwicklung und damit ein direkter Zusammenhang zur menschlichen Gesundheit sehr wahrscheinlich. Es gibt Hinweise, dass bereits nach einer einzigen Düngung mit Antibiotika kontaminierter Gülle dramatische Veränderungen der Resistenzgene in Böden auftreten (Bin et al.2007; Kotzerke et al.2007; Schauss et al.2008).
4. In vielen Ländern wird Wasser aus Kläranlagen verrieselt, um Ackerflächen zu bewässern. Besonders in der Umgebung von Megacitis sind die Konzentrationen von Antibiotika und anderer Medikamente in den vorbehandelten Abwässern sehr hoch. Daher sind Proben aus Böden, die lange Zeit mit geklärten Abwässern berieselt wurden wie z. B. in der Nähe von Mexico City, gut geeignet, um Fallstudien zur Entwicklung und der Dynamik der Verbreitung von Antibiotikaresistenzen zu untersuchen.