Ein kurzer Überblick über die Klassen von Antibiotika

Wenn wir an einer bakteriellen Infektion leiden, ist ein Gang zum Arzt, um Antibiotika verschrieben zu bekommen, alltäglich. Es gibt jedoch eine breite Palette von Antibiotika, die sich sowohl in ihrer Anwendung als auch in ihrem Wirkmechanismus unterscheiden. Diese Grafik fasst die wichtigsten Klassen zusammen und gibt auch einen kurzen Einblick in die Art und Weise, wie sie bakterielle Infektionen bekämpfen; wir werden auch jede der Gruppen der Reihe nach betrachten, ebenso wie die bakterielle Resistenz gegen jede Gruppe.

Bakterien selbst können in zwei große Klassen unterteilt werden – Gram-positive und Gram-negative. Die Namen der Klassen leiten sich vom Gram-Test ab, bei dem den Bakterien ein violetter Farbstoff zugesetzt wird. Gram-positive Bakterien behalten die Farbe des Farbstoffs bei, während Gram-negative Bakterien dies nicht tun und stattdessen rot oder rosa gefärbt werden. Gram-negative Bakterien sind resistenter gegen Antikörper und Antibiotika als gram-positive Bakterien, da sie eine weitgehend undurchlässige Zellwand haben. Die für MRSA und Akne verantwortlichen Bakterien sind Beispiele für grampositive Bakterien, während die für Borreliose und Lungenentzündung verantwortlichen Bakterien Beispiele für gramnegative Bakterien sind.

Beta-Lactame

Beta-Lactame sind eine breite Palette von Antibiotika, von denen das Penicillin, das Alexander Fleming 1928 entdeckte, das erste war. Alle Beta-Lactam-Antibiotika enthalten einen Beta-Lactam-Ring; dazu gehören Penicilline, wie Amoxicillin, und Cephalosporine. Sie wirken, indem sie die Synthese von Peptidoglykan, einem wichtigen Bestandteil der bakteriellen Zellwand, stören, und werden hauptsächlich gegen grampositive Bakterien eingesetzt. Bakterien können jedoch auf verschiedenen Wegen eine Resistenz gegen Betalaktame entwickeln, unter anderem durch die Produktion von Enzymen, die den Betalaktamring spalten. Im NHS sind Penicilline die am häufigsten verschriebenen Antibiotika, wobei Amoxicillin das häufigste dieser Klasse ist.

Sulfonamide

Prontosil, ein Sulfonamid, war das erste kommerziell erhältliche Antibiotikum und wurde 1932 entwickelt. In der Folge wurden zahlreiche Sulfonamid-Antibiotika entwickelt, die als Breitspektrum-Antibiotika definiert sind und sowohl gegen grampositive als auch gramnegative Bakterien wirken können. Im Gegensatz zu den Beta-Lactamen töten sie die Bakterien nicht direkt ab, sondern hemmen die bakterielle Synthese des B-Vitamins Folat und verhindern so das Wachstum und die Vermehrung der Bakterien. Heutzutage werden Sulfonamide nur noch selten eingesetzt, zum Teil wegen der Entwicklung einer bakteriellen Resistenz, aber auch aus Sorge vor unerwünschten Wirkungen wie Hepatotoxizität.

Aminoglykoside

Aminoglykoside hemmen die Proteinsynthese in Bakterien, was schließlich zum Zelltod führt. Sie sind nur gegen bestimmte gramnegative Bakterien sowie einige grampositive Bakterien wirksam, werden aber nicht über die Verdauung aufgenommen und müssen daher injiziert werden. Bei der Behandlung von Tuberkulose war Streptomycin das erste Medikament, das sich als wirksam erwiesen hat; aufgrund von Problemen mit der Toxizität von Aminoglykosiden werden sie heute jedoch nur noch begrenzt eingesetzt.

Tetracycline

Tetracycline sind Breitbandantibiotika, die sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Bakterien wirken. Wie die Sulfonamide hemmen sie die Proteinsynthese und hemmen so das Wachstum und die Vermehrung der Bakterien. Ihr Einsatz ist aufgrund der zunehmenden bakteriellen Resistenzen rückläufig; sie werden jedoch nach wie vor zur Behandlung von Akne, Harnwegs- und Atemwegsinfektionen sowie Chlamydieninfektionen eingesetzt. Sie müssen isoliert eingenommen werden, oft zwei Stunden vor oder nach dem Essen, da sie sich leicht mit der Nahrung verbinden können, was ihre Absorption verringert.

Chloramphenicol

Ein weiteres Breitbandantibiotikum, Chloramphenicol, wirkt ebenfalls durch Hemmung der Proteinsynthese und damit des Wachstums und der Vermehrung von Bakterien. Es ist jedoch auch gegen eine begrenzte Anzahl von Bakterien bakterizid. Wegen der Möglichkeit schwerwiegender toxischer Wirkungen wird es in den Industrieländern im Allgemeinen nur in Fällen eingesetzt, in denen Infektionen als lebensbedrohlich eingestuft werden, obwohl es gelegentlich auch zur Behandlung von Augeninfektionen verwendet wird. Trotzdem ist es in den Entwicklungsländern aufgrund seiner niedrigen Kosten und seiner Verfügbarkeit ein weitaus häufigeres Antibiotikum und wird von der Weltgesundheitsorganisation als wirksame Erstbehandlung für Meningitis in Ländern mit niedrigem Einkommen empfohlen.

Makrolide

Gleich den Beta-Lactamen sind die Makrolide hauptsächlich gegen grampositive Bakterien wirksam; sie wirken jedoch bakteriostatisch, indem sie Wachstum und Vermehrung durch Hemmung der Proteinsynthese verhindern. Ihre Wirksamkeit ist geringfügig breiter als die der Penicilline, und es hat sich gezeigt, dass sie gegen mehrere Bakterienarten wirksam sind, die von Penicillinen nicht erfasst werden. Obwohl einige Bakterienarten eine Resistenz gegen Makrolide entwickelt haben, sind sie immer noch die am zweithäufigsten verschriebenen Antibiotika im NHS, wobei Erythromycin das am häufigsten verschriebene Antibiotikum dieser Klasse ist.

Glykopeptide

Zu den Glykopeptiden gehört das Medikament Vancomycin, das häufig als „letztes Mittel“ eingesetzt wird, wenn andere Antibiotika versagt haben. Während es früher die letzte Verteidigungslinie gegen Infektionen, insbesondere MRSA, war, hat die neuere Entwicklung neuerer Antibiotika in anderen Klassen andere Möglichkeiten eröffnet. Dennoch gibt es nach wie vor strenge Leitlinien für die Umstände, unter denen Vancomycin zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden kann, um die Entwicklung von Resistenzen zu verzögern. Die Bakterien, gegen die Glykopeptide wirksam sind, sind ansonsten eher begrenzt, und in den meisten Fällen hemmen sie eher das Wachstum und die Vermehrung als dass sie die Bakterien direkt abtöten.

Oxazolidinone

Oxazolidinone sind gegen Gram-positive Bakterien wirksam und wirken durch Hemmung der Proteinsynthese und damit des Wachstums und der Vermehrung. Das im Jahr 2000 zugelassene Linezolid war das erste vermarktete Antibiotikum dieser Klasse, obwohl die Verbindung Cycloserin bereits seit 1956 als Zweitlinien-Tuberkulosebehandlung eingesetzt wird. Obwohl Linezolid teuer ist, scheint sich die Resistenzentwicklung seit seiner Einführung relativ langsam zu vollziehen.

Ansamycine

Diese Klasse von Antibiotika ist gegen grampositive Bakterien sowie einige gramnegative Bakterien wirksam. Sie hemmen die Produktion von RNA, die eine wichtige biologische Funktion in den Zellen der Bakterien hat, und führen so zum Tod der Bakterienzellen. Eine Unterklasse von Antibiotika, die Rifamycine, werden zur Behandlung von Tuberkulose und Lepra eingesetzt. In seltenen Fällen können Ansamycine auch antivirale Wirkung zeigen.

Quinolone

Quinolone sind bakterientötende Verbindungen, die die Replikation und Transkription der DNA in Bakterienzellen stören. Sie sind Breitbandantibiotika und werden häufig bei Harnwegsinfektionen sowie bei anderen im Krankenhaus erworbenen Infektionen eingesetzt, bei denen eine Resistenz gegen ältere Antibiotikaklassen vermutet wird. Darüber hinaus ist ihr Einsatz in der Veterinärmedizin weit verbreitet, was in einigen Kreisen kritisiert wird, weil es die Entwicklung von Resistenzen beschleunigt. Resistenzen gegen Chinolone können sich besonders schnell entwickeln; in den USA waren sie im Jahr 2002 die am häufigsten verschriebenen Antibiotika, und man geht davon aus, dass ihre Verschreibung bei nicht empfohlenen Erkrankungen oder Virusinfektionen ebenfalls erheblich zur Entwicklung von Resistenzen beiträgt.

Streptogramine

Streptogramine sind insofern ungewöhnlich, als sie in der Regel als Kombination von zwei antibiotischen Wirkstoffen aus den verschiedenen Gruppen innerhalb der Klasse verabreicht werden: Streptogramin A und Streptogramin B. Einzeln zeigen diese Verbindungen nur eine wachstumshemmende Wirkung, aber in Kombination haben sie eine synergistische Wirkung und sind in der Lage, Bakterienzellen direkt abzutöten, indem sie die Synthese von Proteinen hemmen. Sie werden häufig zur Behandlung resistenter Infektionen eingesetzt, obwohl sich auch eine Resistenz gegen die Streptogramine selbst entwickelt hat.

Lipopeptide

Die 1987 entdeckten Lipopeptide sind die jüngste Klasse von Antibiotika und wirken bakterizid gegen grampositive Bakterien. Daptomycin ist das am häufigsten verwendete Mitglied dieser Klasse; es hat einen einzigartigen Wirkmechanismus, der mehrere Aspekte der Zellmembranfunktion in Bakterien stört. Dieser einzigartige Wirkmechanismus scheint auch insofern von Vorteil zu sein, als Resistenzen gegen das Medikament derzeit selten zu sein scheinen – auch wenn sie berichtet wurden. Es wird per Injektion verabreicht und üblicherweise zur Behandlung von Infektionen der Haut und des Gewebes eingesetzt.

Antibiotikaresistenz

Die bakterielle Resistenz gegen Antibiotika nimmt so stark zu, dass sie zum Thema des diesjährigen Longitude Prize gemacht wurde. Der Preis ist mit 10 Millionen Pfund für die Entwicklung eines billigen und einfach zu handhabenden Testkits für bakterielle Infektionen dotiert, in der Hoffnung, dass Ärzte dadurch in der Lage sind, ihren Patienten die richtigen Antibiotika zur richtigen Zeit zu verschreiben und die Verschreibung von Antibiotika bei Virusinfektionen zu verhindern. Man hofft, dass diese beiden Maßnahmen dazu beitragen werden, die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen bei Bakterien zu verlangsamen.

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