Ein Vorgeschmack auf unsere eigene Medizin

Ein tiefer Einblick in den umstrittenen Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren.

Illustration von Natalya Zahn

Im Januar 2017 hat die US-amerikanische Food and Drug Administration den Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren stark eingeschränkt, in der Hoffnung, die steigende Antibiotikaresistenz bei potenziell krankheitsverursachenden Mikroben zu bekämpfen.

Dies markiert den Beginn dessen, was die FDA hofft, dass sich die Art und Weise, wie wir Antibiotika in der Landwirtschaft einsetzen, erheblich ändern wird. Im Jahr 2015 wurden in den USA 34,3 Millionen Pfund Antibiotika allein für die Verwendung in Nutztieren verkauft - mehr als das Vierfache der Menge, die jedes Jahr an menschliche Patienten verkauft wird. Die Schließung bedeutender Teile einer solch enormen Industrie ist kein Schritt, den die FDA leichtfertig unternommen hat - es sind wirklich 40 Jahre vergangen.

Warum ist die FDA so besorgt über Antibiotikaresistenzen? Wiegen die Vorteile des Verbots des Einsatzes von Antibiotika bei Nutztieren tatsächlich die Nachteile auf? Und wie sind Antibiotika bei Nutztieren überhaupt so verbreitet geworden?

Der Kampf gegen Antibiotikaresistenzen

Als das Antibiotikum Penicillin 1928 erstmals von Alexander Fleming identifiziert wurde, wurde es als Wundermittel gefeiert, weil es in der Lage war, infektionsverursachende Bakterien in seinen Spuren zu stoppen. In den folgenden Jahren wurde Penicillin als Medikament sowohl für Menschen als auch für Nutztiere entwickelt, und Infektionen, bei denen es sich früher um Todesfälle handelte, wurden mit routinemäßigen Injektionen oder Pillen behandelt. Die menschliche Lebenserwartung stieg; Die Kindersterblichkeit nahm ab. Während 1930 300.000 Amerikaner an bakteriellen Krankheiten starben, kamen 1952 weniger als 95.000 Menschen durch dieselben Krankheiten ums Leben, obwohl die Bevölkerung um fast 30% gewachsen war.

Aber es gab einen Haken. Als Fleming 1945 den Nobelpreis für Medizin erhielt, warnte er den Rest der Welt, wie schnell bei Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika auftraten. Das Auftreten von Antibiotikaresistenzen oder die Fähigkeit eines Bakterienstamms, die Wirkung eines bestimmten Arzneimittels zu untergraben, ist in einer Gemeinschaft von Mikroben fast unvermeidlich - und sobald es beginnt, kann es schnell die gesamte Bakterienpopulation durchdringen. Und Flemings Vorhersage hat sich verheerend bewahrheitet: Bakterienstämme, die gegen jedes verfügbare Medikament resistent sind, wurden identifiziert, viele bereits innerhalb eines Jahres nach ihrer ersten Entdeckung. Das rasche Auftreten von Resistenzen steht auch in starkem Kontrast zu der immer langsamer werdenden Entdeckungsrate von Arzneimitteln: Während zwischen 1935 und 1968 ein Dutzend verschiedene Klassen von Antibiotika eingeführt wurden, wurden seitdem nur zwei entdeckt. Viele unserer ersten Antibiotika wurden zufällig in der Natur gefunden und aus anderen Bakterien isoliert, die sich über Jahrtausende der Keim-gegen-Keim-Kriegsführung entwickelt haben. Darüber hinaus haben die technischen Schwierigkeiten bei der Entwicklung und Synthese neuer Medikamente im Labor in Verbindung mit dem langen, strengen Prozess der Sicherheitstests und der FDA-Zulassung in den USA dazu geführt, dass unsere Medikamentenschränke keine neuen Antibiotika mehr enthalten.

Tuberkulose-, Gonorrhoe- und Staphylokokkeninfektionen sind nur einige der berüchtigtsten hochmedikamentenresistenten Infektionskrankheiten, von denen die Welt heute noch betroffen ist. In vielen Fällen werden Patienten mit diesen Krankheiten von Krankenhäusern abgewiesen, weil einfach keine Medikamente mehr zur Behandlung übrig sind. Weltweit sterben jedes Jahr über 700.000 Menschen an den Folgen antibiotikaresistenter bakterieller Infektionen. Und die Raten steigen, und es wird erwartet, dass Antibiotikaresistenzen die Welt bis 2050 mindestens 10 Millionen Menschenleben und 8 Billionen US-Dollar pro Jahr kosten werden.

Wie entsteht und verbreitet sich Widerstand? Wie sich herausstellt, ist es ein Spiel mit Zahlen. Mit zunehmender Anzahl von Bakterienpopulationen entsteht Diversität: Zufällige Mutationen im bakteriellen genetischen Code treten auf, und einige Mitglieder der Gemeinschaft sind besser für den Umgang mit Stress - wie Drogen - gerüstet als andere. Wenn diese Population mit einem Medikament behandelt wird, tötet sie viele Bakterien ab - mit Ausnahme derjenigen, die zufällig Resistenzen entwickelt haben.

So ist es vielleicht keine Überraschung, dass viele Wissenschaftler alarmiert sind über den ihrer Meinung nach unnötigen Einsatz von Antibiotika in unserem Vieh. Viele der Medikamente, die wir zur Behandlung von Nutztieren verwenden, ähneln genau den Antibiotika, die wir bei Menschen verwenden. Indem wir diese Verbindungen in beliebiger Menge in Nahrung, Boden und Wasser aufnehmen, erhöhen wir die Prävalenz von Bakterien, die gegen die Medikamente resistent sind, die wir zur Behandlung von Infektionen verwenden.

Aber seit den 1950er Jahren wurde dem größten Teil des Viehbestandes in den USA kontinuierlich Antibiotika in subtherapeutischen Mengen in Nahrung und Wasser verabreicht. Wie hat diese Praxis begonnen - und ist der Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren in jedem Zusammenhang noch gerechtfertigt?

Sauberkeit ist neben Pummeligkeit

In den frühen Tagen der Antibiotika fanden Medikamente fast als glücklicher Zufall ihren Weg in das Tierfutter. Ab den 1940er Jahren wurden Antibiotika zunächst bei Nutztieren therapeutisch eingesetzt, um bakterielle Erkrankungen wie beim Menschen zu behandeln. Die Medikamente haben es geschafft: Die Landwirte konnten ihre Tiere gesund halten und die Ausbreitung krankheitsverursachender Bakterien in ihrem Vieh und in der Lebensmittelversorgung minimieren. Die Medikamente hatten aber auch eine überraschende und anfangs unbeabsichtigte Nebenwirkung: Die Tiere, die sie konsumierten, packten schnell Pfund, obwohl sie die gleiche Menge Futter aßen.

Mehr Pfund bedeuteten mehr marktfähiges Fleisch - und mit dem Boom der Entdeckung von Antibiotika in den 1950er Jahren ein enormer und erschwinglicher Gewinn für die Landwirte. Sie nutzten schnell die Gelegenheit und fütterten alle kranken oder gesunden Tiere mit subtherapeutischen Dosen der wachstumsfördernden Medikamente. Dies steigerte nicht nur die Gewichtszunahme der Tiere, sondern wirkte auch prophylaktisch, um zu verhindern, dass die Tiere überhaupt krank werden. Dies ermöglichte es den Landwirten, Geld für teure Lebensmittel zu sparen und die Tiere in ärmeren, schmutzigeren und beengten Verhältnissen im Haus zu halten. Sogenannte wachstumsfördernde Antibiotika (GPAs) ersetzten Weide und Futter, und Fleisch kam in Tonnen auf den Markt. Innerhalb weniger Jahre wurde fast keines der Antibiotika, die dem Vieh verabreicht wurden, zur Behandlung von Krankheiten verabreicht. Stattdessen wurde es ständig verteilt, um künftigen Infektionen vorzubeugen und den Ertrag zu steigern.

Was kann diese seltsame Nebenwirkung von Antibiotika erklären? Die meisten Wissenschaftler glauben, dass die Antwort in der Darmmikrobiota liegt, der enormen Population von Bakterien und anderen Mikroben im Verdauungstrakt, die uns hilft, Nahrung zu verdauen, schädliche Krankheitserreger abzuwehren und die für die Körperfunktion notwendigen Chemikalien zu produzieren. Durch die einfache Vorbeugung von Infektionen können Antibiotika dem Körper ermöglichen, wertvolle Ressourcen für das Wachstum und nicht für das Immunsystem aufzuwenden. Zusätzlich können Antibiotika Bakterienpopulationen im Dünndarm zerstören; Diese Bakterien könnten tatsächlich mit Wirtszellen um Nahrung konkurrieren und in Abwesenheit mehr Nährstoffe vom Wirt absorbieren. Andere Hinweise deuten darauf hin, dass Bakterien Chemikalien produzieren, die das Wachstum direkt unterdrücken. Ebenso wie Antibiotika unseren eigenen Darm beeinflussen können, neigen Tiere, die mit regulären Antibiotika behandelt werden, dazu, Därme mit sehr unterschiedlicher Architektur zu haben, was die Nährstoffaufnahme verändern kann.

Unabhängig von der Erklärung sind die Auswirkungen klar: Hohe Dosen von Antibiotika tragen zur Gewichtszunahme bei, und das wissen wir seit den 1940er Jahren.

Krankheit, Farm-to-Table

Derzeit gibt es zwei große Bedenken hinsichtlich des übermäßigen Einsatzes von Antibiotika. Das erste ist Antibiotikaresistenz. Arzneimittelresistente Bakterien wie MRSA werden entweder in Form von infiziertem Fleisch oder von mit kontaminiertem Viehkot gedüngten Feldern direkt auf unsere Teller serviert. Aus diesem Grund hat die FDA entschieden, dass Antibiotika nicht mehr zu wachstumsfördernden Zwecken eingesetzt werden dürfen. Ihre Haltung ist "gerechtfertigte Verwendung": nur Therapeutika. Reparieren Sie es nicht, wenn es nicht kaputt ist - denn wer weiß, was Sie sonst noch beschädigen könnten.

Dieser Schritt ist nicht der erste seiner Art. Die Europäische Union hat 2006 die Verwendung von Antibiotika zur Wachstumsförderung (aber nicht zur Vorbeugung von Krankheiten) verboten - mit gemischten Ergebnissen. Verständlicherweise sind die Landwirte mit den strengeren Vorschriften unzufrieden. Ohne Antibiotika sind sie gezwungen, sich auf viel schwierigere Desinfektionsmethoden zu verlassen und ihre Fabriken zu erweitern, um mehr Platz zu schaffen und in mehr Futter zu investieren. Und so viele haben Lücken in den Beschränkungen gefunden: Es stellt sich heraus, dass es für Landwirte einfach ist, Medikamente unter dem Deckmantel von Behandlungen anstelle von GPAs zu kaufen und sie wieder in Futtermittel einzuführen. Dies mag trügerisch (oder einfach nur illegal) erscheinen, aber das Problem ist sicherlich nicht schwarz-weiß: Krankheiten bei Nutztieren sind ungewöhnlich, und das Befreien von Tieren von schädlichen Bakterien schützt nicht nur unsere Schafe, Kühe und Schweine, sondern auch die Milliarden von Menschen, die ISS Sie.

In den Vereinigten Staaten haben viele argumentiert, dass diese Vorschriften die Fleischproduktion verteuern werden und dass wir Pfund Fleisch opfern, die stattdessen hungrige Menschen ernähren könnten. Während einige Analysen festgestellt haben, dass diese Behauptungen nicht wahr sind, kann man sich der Tatsache nicht entziehen, dass die Kosten kurzfristig wahrscheinlich steigen werden, wenn sich die Landwirte anpassen.

Aber es gibt eine zweite bittere Pille zum Schlucken. Diese lästigen Nebenwirkungen der Gewichtszunahme? Sie könnten auch beim Menschen vorkommen.

Mehrere Studien haben einen möglichen Zusammenhang zwischen der Verabreichung von Antibiotika bei Säuglingen und Kindern und der Entwicklung von Fettleibigkeit im späteren Leben festgestellt. Und obwohl es nicht möglich ist, dieselben endgültigen Studien am Menschen durchzuführen wie an Mäusen, haben mehrere Gruppen von Wissenschaftlern gezeigt, dass die häufige Gabe von Antibiotika an junge Mäuse zu einer Gewichtszunahme führt. Und andere haben gezeigt, dass das Entfernen bestimmter Bakterienpopulationen aus dem menschlichen Magen tatsächlich den Blutspiegel von Ghrelin erhöhen kann, einem Hormon, das den Appetit steigert.

Es gibt noch keinen wissenschaftlichen Konsens über den Zusammenhang zwischen Antibiotika und Fettleibigkeit beim Menschen - aber Wissenschaftler und Ärzte sind sich einig, dass es ratsam sein kann, vorsichtiger zu sein, wenn wir diese Medikamente weiterhin Kindern verschreiben, da die USA zu den Top-Ländern gehören Konsumenten von Antibiotika in der Welt.

Was ist die Lösung für dieses allgegenwärtige Problem? Wissenschaftler arbeiten hart an der Entwicklung von Medikamenten, die viele als "Post-Antibiotika-Ära" bezeichnen. Bis dahin wird unser Bedarf an Antibiotika nicht über Nacht verschwinden. Daher ist der gemessene Einsatz von Antibiotika nur bei Bedarf wahrscheinlich der richtige Weg. In der Zwischenzeit wird es jedoch mehr Arbeit erfordern, die vielen Rollen zu definieren, die Antibiotika jetzt von der Verschreibung bis zur Platte spielen.

Katherine Wu ist Doktorandin an der Harvard University, wo sie sich mit Tuberkulose befasst, einer weit verbreiteten und oft antibiotikaresistenten bakteriellen Infektion. Sie ist Co-Direktorin für Wissenschaft in den Nachrichten, eine Organisation für Doktoranden, die Wissenschaftler darin schult, besser mit der Öffentlichkeit zu kommunizieren.

I Contain Multitudes ist eine mehrteilige Videoserie, die sich der Erforschung der wunderbaren, verborgenen Welt des Mikrobioms widmet. Die Serie wird vom Wissenschaftsautor Ed Yong moderiert und von den HHMI Tangled Bank Studios in Zusammenarbeit mit Room 608 produziert.