Neue Studie: Dürre durch Klimawandel begünstigt antibiotikaresistente Bakterien im Boden

Steigende Dürreperioden infolge des globalen Klimawandels könnten laut einer neuen Studie genau die Bedingungen schaffen, unter denen sich antibiotikaresistente Bakterien leichter entwickeln.

Nicht nur der übermässige Einsatz von Antibiotika in der Medizin scheint resistente Keime voranzutreiben. Die neuen Ergebnisse deuten vielmehr darauf hin, dass auch Prozesse ausserhalb von Krankenhäusern – im Boden der Erde – die Antibiotikaresistenz im Gesundheitswesen mit beeinflussen könnten.

Die Arbeit eines Teams vom California Institute of Technology (CIT) zeigt: Dürre kann natürliche Antibiotika im Boden anreichern – und damit Mikroben in Richtung der Entwicklung antibiotikaresistenter Gene drängen.

Da Dürren durch den Klimawandel häufiger, intensiver und grossflächiger auftreten, bekommen Mikroben mit dem genetischen „Werkzeugkasten“, um diese konzentrierten Mengen an Bodenantibiotika zu überstehen, zunehmend einen Vorteil.

Dürre, Boden und natürliche Antibiotika

Bakterien produzieren im Boden seit sehr langer Zeit Antibiotika – lange bevor Menschen diese Stoffe medizinisch nutzten –, um sich gegenüber mikrobiellen Konkurrenten durchzusetzen.

„Ebenso gab es antibiotikaresistente Bakterien und die Gene, die ihre Resistenz vermitteln, schon lange vor der Humanmedizin, da sie sich als natürliche Abwehr gegen antibiotikaproduzierende Bakterien entwickelt haben“, erläutert der mikrobielle Ökologe Timothy Ghaly von der Macquarie University in Australien, der nicht an der Studie beteiligt war, in einer begleitenden Einordnung.

Das, so schreibt er, „wirft eine zentrale Frage auf: Welche Umweltfaktoren könnten die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen aus dem Reservoir der Bodenbakterien in die gebaute Umwelt und in klinische menschliche Krankheitserreger fördern?“

Auswertungen aus USA, China und Europa sowie Labortests

Um diese Frage anzugehen, wertete das CIT-Team fünf Datensätze aus Studien zu Bodenproben aus den USA, China und Europa aus. Damit erfassten die Forschenden, wie Dürre die Zusammensetzung von Boden-Mikrobengemeinschaften in sehr unterschiedlichen Umgebungen verändert – darunter Ackerflächen, Grasland, Wälder und Feuchtgebiete.

In allen fünf Datensätzen gingen Dürrebedingungen mit einem Anstieg der Häufigkeit genetischen Materials von antibiotikaproduzierenden Bakterien einher – ebenso wie mit einer Zunahme von Genen, von denen bekannt ist, dass sie Antibiotikaresistenz verleihen.

Anders gesagt: In den von Dürre betroffenen Bodenproben wirkten die Bakterien besser darauf eingestellt, eine Belastung durch Antibiotika zu überleben.

Begleitend führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Laborexperimente durch: Sie gaben ein Antibiotikum in ein Miniatur-Bodenökosystem und trockneten dieses aus, um eine Dürre nachzustellen. Unter diesen Bedingungen stieg die Konzentration des Antibiotikums im Boden.

Bakterienarten, die bereits gegen das Antibiotikum resistent waren, überstanden die trockenen Böden ebenso gut wie feuchte. Stämme, die empfindlich auf das Antibiotikum reagierten, starben im „Dürre“-Szenario dagegen nahezu vollständig ab.

Zu den Überlebenden zählten auch einige antibiotikaproduzierende Bakterien (die naturgemäss gegen ihre eigenen Wirkstoffe resistent sind). Am Ende war der Boden sowohl mit Antibiotikaproduzenten als auch mit antibiotikaresistenten Bakterien angereichert.

Zusammenhang zwischen Dürre und Resistenzen in Krankenhäusern

„Nachdem die Rolle der Dürre bei der Verstärkung der Antibiotikaresistenz im Boden etabliert wurde, verknüpfen die Autorinnen und Autoren – vielleicht in ihrem alarmierendsten Befund – dieses natürliche Phänomen mit der globalen öffentlichen Gesundheit“, erklärt Ghaly.

In einer Analyse von Krankenhäusern in 116 Ländern fanden die Forschenden einen ausserordentlich starken Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Antibiotikaresistenzen innerhalb von Krankenhäusern und dem lokalen Ariditätsindex – also einem Mass dafür, wie trocken das Klima ausserhalb ist.

Diese Beziehung blieb bestehen, auch nachdem das Team für das Nationaleinkommen kontrollierte – einen Faktor, der den Antibiotikaeinsatz und das Gesundheitssystem insgesamt beeinflussen kann.

„Dies deutet darauf hin, dass ein zentraler Treiber klinischer Resistenz über einen globalen Umweltmechanismus wirkt, bei dem klimatische Bedingungen in natürlichen Ökosystemen die Evolution von Krankheitserregern in der gebauten Umwelt – und letztlich die menschliche Gesundheit – beeinflussen können“, schreibt Ghaly.

Einordnung der Aussagekraft

Auch wenn die Daten nicht ausreichen, um zu behaupten, Dürren würden steigende Antibiotikaresistenzen in klinischen Settings verursachen, legen sie doch nahe, dass der Klimawandel – und insbesondere die von ihm verschärften Dürren – die Risiken erhöhen könnte.

„Unsere Studie liefert ein anschauliches Beispiel dafür, wie der Klimawandel das Potenzial hat, mit der mikrobiellen Ökologie zusammenzuwirken und so Ergebnisse für die öffentliche Gesundheit zu prägen … [und unterstreicht] die Bedeutung, Umwelt- und klinische Perspektiven zu integrieren …“, schliessen die Autorinnen und Autoren.

„Da sich die klimatische Instabilität verstärkt, werden solche integrativen Ansätze entscheidend sein, um die globale Entwicklung der Antibiotikaresistenz vorherzusehen und abzumildern …“

Die Studie ist in Nature Microbiology veröffentlicht.