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UMWELTLABOR/253: Appetit auf Seife - Shampoo macht Bakterien resistent (SB)


Resistenzentwicklung durch weite Verbreitung von Shampoos, Weichspülern und Reinigungsmitteln gefördert

Ein Artikel in "The Observer" wirft Fragen auf...


Daß Bakterien zunehmend Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, ist bekannt, doch gegen Desinfektionsmittel und Seifen, welche in Zellwände akkumulieren und die Mikroorganismen austrocknen, hatten sie bisher keine Chance, dachte man wenigstens. Nun sprechen Wissenschaftler einer Forschergruppe der Universitäten Warwick und Birmingham von einer flächendeckenden Resistenzentwicklung von Bakterien gegen solche Verbindungen, die durch die Einleitung von Haushaltschemikalien und Tensiden in Flüsse und Seen ausgelöst worden sei. Robin McKie schrieb dazu in der britischen Zeitung "The Observer":

Fabric softeners, disinfectants, shampoos and other household products are spreading drug-resistant bacteria around Britain, scientists have warned. Detergents used in factories and mills are also increasing the odds that some medicines will no longer be able to combat dangerous diseases. [Weichspüler, Desinfektionsmittel, Shampoos und andere Haushaltshilfen verbreiten wirkstoffresistente Bakterien in ganz Britannien, warnen Wissenschaftler. Detergentien, die in Fabriken und Industrieanlagen verwendet werden, erhöhen die Chancen, daß einige Medikamente in Zukunft nicht mehr dazu in der Lage sein werden, gefährliche Krankheiten zu bekämpfen. Übersetzung Schattenblick-Red.] (The Observer, 29. März 2009)

Die etwas vagen Formulierungen (hier vor allem der Begriff: "drug- resistant") des englischsprachigen Artikels, legen zunächst eine Verwechslung des Medikamentenbegriffs mit Antibiotika nahe. Denn der Mensch kann sich zwar (und vielleicht sogar über medikamentenkontaminiertes Trinkwasser) an Arzneimittel gewöhnen und braucht immer höhere Dosierungen, "Resistenzen" sind jedoch nur im Zusammenhang mit Infektionen bekannt, d.h. mit Krankheiten, die durch sogenannte Mikroorganismen ausgelöst werden. Letztere, d.h. die Bakterien, Pilze oder Hefen können wiederum Mutationen hervorbringen, die in der Lage sind, sich gegen Antibiotika oder Antimycotika zur Wehr zu setzen, d.h. die resistent sind.

Versteht man den Begriff "drug-resistent" allerdings so, daß neben der ohnehin fortschreitenden Antibiotika-Resistenz im Boden, die durch das Ausbringen von Gülle und Dung bzw. der als notwendig erachteten Fütterung von Antibiotika in der Massentierhaltung schon weit verbreitet ist (Untersuchungen an Bodenbakterien zeigen das), nun auch eine wesentlich breiter angelegte Resistenz gegen Desinfektionsmittel u.a. antimikrobiell wirksame Substanzen befürchtet werden muß, dann macht der Titel des Observer-Artikels "Shampoo in the water supply triggers growth of deadly drug-resistant bugs" durchaus auf eine weitere Qualifizierung dieser brisanten Entwicklung aufmerksam.

Wie der Schattenblick schon 2006 berichtete, konnte zumindest bei einer weit verbreiteten Bakterienart, Pseudomonas aeruginosa, nachgewiesen werden, daß sie sich durch die in Seifen und Putzmittel enthaltenen Tenside nicht mehr aufhalten läßt. Wie zuletzt unter NEWS/739 berichtet, ernährt sich Pseudomonas geradezu davon:

Durch eine kleine Anpassung seines Stoffwechsels ist das Bakterium in der Lage, mittels eines Verdauungsenzyms den Hauptbestandteil von Tensiden zu zerkleinern und unschädlich zu machen. Auf diese Weise wird die eigene Zellwand vor der austrocknenden und damit tödlichen Wirkung der Seife verschont. (Schattenblick --> Bakterien entwickeln Mordsappetit auf Seife
(SB), 2008)

Pseudomonas aeruginosa ist ein weit verbreiteter Boden- und Wasserkeim und kann beim Menschen die Infektion von Atemwegen oder Wunden verursachen. Doch während viele Bakterien mit vorbeugenden Hygienemaßnahmen bekämpft werden können, läßt sich Pseudomonas aeruginosa von Zahnpasta, Shampoo oder Duschgel nicht beeindrucken.

Der Grund für diese Wehrhaftigkeit ist ein SdsA genanntes Verdauungsenzym, das die Bakterien absondern. Die Forscher um Gregor Hagelüken untersuchen den Aufbau des Enzyms mithilfe von Röntgenstrahlen und beobachteten es außerdem bei der Arbeit. Sie fanden heraus, dass das Enzym das Molekül Natriumlaurylsulfat (SDS) spaltet, einen Hauptbestandteil vieler schäumender Pflegeartikel und Hygieneprodukte. SDS ist für weniger wehrhafte Bakterien tödlich, da es ihre Zellmembran auflöst. Pseudomonas aeruginosa allerdings kann das gefährliche Molekül nicht nur abwehren, es kann die zerkleinerten Bruchstücke sogar als Nahrung verwerten.

Dank dieser Fähigkeit kann sich das Bakterium auch dort ansiedeln, wo es eigentlich am wenigsten erwartet wird und wo es auch alles andere als erwünscht ist: in Spülmaschinen, Waschmaschinen oder sogar Shampooflaschen. [Gregor Hagelüken (Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) in Braunschweig) et al.: PNAS, Bd. 103, S. 7631]
(ddp/wissenschaft.de - Andrea Boller 2006)

Natriumlaurylsulfat (SDS - Sodiumdodecylsulfat) löst normalerweise auf Grund seiner seifenähnlichen Eigenschaften die Zellmembran der Bakterien auf, die infolgedessen austrocknen.

Auf der Webseite der Universität Konstanz sind die "Mechanismen der Tensidresistenz bei Tensid-abbauenden Pseudomonas-Stämmen" unter den laufenden Forschungsprojekten aufgelistet. U.a. findet sich hier eine Diplomarbeit von Karin Lautenschlager, die das Problem thematisiert.

8. Lautenschlager, Karin: Charakterisierung nicht-aggregierender Spontanmutanten von Pseudomonas aeruginosa bei Wachstum mit dem Tensid SDS (Na-Dodecylsulfat). Diplomarbeit, August 2006

Sorgen müsse sich der Verbraucher jedoch nicht machen, hieß es in der Pressemitteilung der ddp weiter: "Für gesunde Menschen stellt das Bakterium in der Regel kein Problem dar". Das erklärte zumindest GBF- Arbeitsgruppenleiter Wolf-Dieter Schubert im Gespräch mit ddp. "Nur, wenn es wie in Krankenhäusern bei Operationen direkt mit offenen Wunden in Berührung komme, könne es Infektionen auslösen".

Tatsächlich wurde schon ernsthaft darüber nachgedacht, derart mutierte Bakterien für den Abbau von Tensiden und Detergentien in Kläranlagen einzusetzen, um Abwässer von den Seifenresten auf biologisch unbedenkliche Weise zu befreien. Denn viele Tenside können Kläranlagen quasi ungehindert passieren. In der Zusammenfassung des oben erwähnten Forschungsvorhabens der Universität Konstanz wird diese mögliche "umweltrelevante" Nutzung resistenter, tensidabbauender Stämme an erster Stelle genannt, denn Tenside sind Chemie und damit schlecht - Bakterien sind biologische, natürliche Organismen und somit gut für die Umwelt, so die schnelle Zuordnung im biochemischen Universum:

Abstract: Der bakterielle Abbau von Tensiden ist aufgrund ihres umfangreichen Eintrags in Abwässer und ihrer zellschädigenden Wirkung ein ökologisch relevanter Prozess. Tensid-abbauende Bakterien müssen gegenüber den toxischen Wirkungen von Tensiden resistent sein. Diese noch weitgehend unbekannten Resistenzmechanismen werden in diesem Projekt untersucht. Als Modellsystem dient der Abbau anionischer Tenside (SDS und Cholat) durch Pseudomonas aeruginosa bzw. P. stutzeri.
(Universität Konstanz, Dr. Bodo Philipp, Projektleiter 2003)

Zu diesem Zwecke hat man in Konstanz sogar seifenresistente Bakterienstämme gezüchtet und die Übertragung der Resistenz mittels bakterieninterner Kommunikation auf andere Keime und Krankheitserreger untersucht:

Durch physiologische Untersuchungen und Erzeugung Tensid-sensitiver Mutanten sollen Resistenzmechanismen identifiziert und analysiert werden. Die Vorarbeiten zeigten, dass beide Bakterienstämme beim Abbau der Tenside verstärkt Aggregate und Biofilme ausbilden. Wir überprüfen, ob diese zellulären Interaktionen zur Tensidresistenz beitragen, und ob Zell-Zell Kommunikation dabei wichtig ist. P.stutzeri transformiert Cholat zu Beginn des Abbaus zu hydrophileren Substanzen. Es soll herausgefunden werden, ob dieser Prozess eine Schutzmaßnahme im Sinne einer Detoxifizierung ist. Weitere Resistenzmechanismen könnten in der Veränderung von Oberflächeneigenschaften und der Induktion von Effluxpumpen bestehen. Ziel ist auch, die genetische Regulation der Resistenzmechanismen zu verstehen. Da das pathogene Bakterium P. aeruginosa gegenüber vielen Bioziden resistent ist, sind Ergebnisse dieses Projektes auch für die Umwelthygiene relevant.
(Universität Konstanz, Dr. Bodo Philipp, Projektleiter 2003)

Die bakterienübergreifende Ausbreitung seifenfressender Spezialisten wurde somit von Konstanz aus schon seit Jahren gefördert und ließe sich bei ihrem Einsatz in Klärwerken wohl kaum noch verhindern. Wirkungslose Deodorantien und Seifen, Shampoos und Duschgels mit extrem kurzer Haltbarkeit oder extrem hohem Konsverierungsmittelanteil wären die zu erwartenden unangenehme Folge solcher Experimente, falls einige der hier untersuchten Keime unbemerkt oder zufällig in die Umwelt gelangen...


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Laut "Observer" bezieht sich die in Großbritannien formulierte Behauptung, die Vermehrung und Verbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien würde durch tensidhaltige Haushaltschemikalien noch verstärkt, allerdings auf ganz bestimmte Tenside, die nicht mit den zuvor erwähnten SDS oder Cholaten zu vergleichen sind, dafür kommen sie jedoch eher in Spezialchemie wie Weichspülern, Haarspülungen u. dgl. vor:

"Every year, the nation produces 1.5m tonnes of sewage sludge and most of that is spread on farmland," said Dr William Gaze of Warwick University. That sludge contains antibiotic-resistant bacteria whose growth is triggered by chemicals in detergents, he explained. "In addition, we pump 11bn litres of water from houses and factories into our rivers and estuaries every day, and these are also spreading resistance." [Jedes Jahr produziere Großbritannien 1,5 Millionen Tonnen Klärschlamm, das meiste davon werde auf die Felder verteilt, sagte Dr. William Gaze von der Warwick Universität. Und der Schlamm enthält antibiotikaresistente Bakterien, deren Vermehrung durch die Chemikalien aus den Reinigungsmitteln verstärkt werde, erläuterte er. "Dem noch nicht genug, pumpen wir jährlich aus Fabriken und Haushalten elf Milliarden Liter Wasser in Flüsse und Mündungsgebiete, auch auf diesem Wege breiten sich Resistenzen aus. Übersetzung Schattenblick-Red.].
(The Observer, 29. März 2009)

Diese sehr einfache, letztlich unzulässige Schlußfolgerung, Detergentien könnten noch auf einem anderen Weg als die Medikation mit Antibiotika (z.B. auch über die Nutztierhaltung und Ausbringen von antibiotikahaltiger Gülle) zu einer zusätzlichen Ausbreitung von Resistenzen in ubiquitär vorkommenden Bakterien führen, weist allerdings auf eine Problematik hin, die in dem fraglichen Artikel nicht so deutlich herausgearbeitet wird.

Bei den hier erwähnten in vielen Haushaltsreinigern vorkommenden Tensiden handelt es sich um sogenannte QAVs (englisch: QACs = quaternary ammonium compounds / deutsch: QAVs = Quartäre Ammonium Verbindungen), deren Auswirkung auf die Umwelt von den Wissenschaftlern in Warwick und Birmingham besonders unter die Lupe genommen wurde. Die Quartären Ammoniumverbindungen sind jedoch eine ausgesprochen große Gruppe chemischer Substanzen, deren gemeinsames Merkmal ein zentrales, vierfach gebundenes Stickstoffatom ist. Man ordnet die QAV in drei Typen und entsprechende Untergruppen:

1) lineare Alkylammonium-Verbindungen
- Alkyltrimethylammoniumsalze,
z.B. Cetyltrimethylammoniumbromid
- Dialkyldimethylammoniumsalze
- Benzalkoniumsalze, z. B. Benzalkoniumchlorid
- Esterquats
- Ethoxylierte QAV
- Organobentonit

2) Imidazolium-Verbindungen
3) Pyridinium-Verbindungen

Entsprechend unterschiedlich ist der Einsatz all dieser verschiedenen Untergruppen in Haushaltschemikalien und Kosmetika. Unter anderem werden die QAVs mit mindestens einer langen Alkylgruppe aufgrund ihrer antistatischen Eigenschaften als sogenannte kationische Tenside in Produkten wie Weichspülern oder Invertseifen bei der Textilreinigung oder in Pflegespülungen fürs Haar eingesetzt. Des weiteren werden kationische Tenside aufgrund ihrer hydrophoben Wirkung als Trocknungshilfen z.B. in Autowaschstraßen angewendet bzw. als Hydrophobierungsmittel. Im öffentlichen und industriellen Bereich finden sie in Krankenhäusern, bei der Lebensmittelverarbeitung, in der Landwirtschaft, im Holzschutz und in der Industrie Verwendung.

Gerade die kationischen Tenside (demzufolge QAVs) werden jedoch in in Kläranlagen schlecht eliminiert und gelangen so in erheblichen Mengen in die Oberflächengewässer, womit sich ihre weite Verbreitung (auch auf britischen Ackerböden) erklären läßt.

Darüber hinaus können sich alle QAV in Zellmembranen lebender Organismen anreichern und so die Funktion der Zellmembran beeinträchtigen. Dank dieser Wirkung werden einige der kationischen Tenside auch als Desinfektionsmittel oder Antiseptika eingesetzt. Allerdings ist die mikrobizide Wirkung nur dann gegeben, wenn die am N-Atom gebundene Alkylgruppe eine Kettenlänge von mindestens 8 bis 18 C-Atomen aufweist. QAVs, die in Sagrotan und anderen bekannten Desinfektionsmitteln vorkommen können, sind beispielsweise:

- Benzalkoniumchlorid
- Benzethoniumchlorid
- Cetylpyridiniumchlorid
- Cetyltrimethylammoniumbromid
- Denatoniumbenzoat
- Dequaliniumchlorid
- TBAH
- Paraquat

Was im besagten Artikel keine Erwähnung findet, sich jedoch unter Beachtung dieser Details geradezu aufdrängt, ist die Tatsache, daß Quartäre Ammoniumverbindungen über ihre vielfältige Nutzung in Haushaltschemikalien derart weit verbreitet sind, daß es mit geradezu an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung spezialisierter Mikroorganismen kommen muß, die diese Stoffe z.B. an einer zentralen Position (beispielsweise am Stickstoffatom) angreifen und abbauen.

Wird diese Eigenschaft jedoch an krankheitserregende Bakterien weitergegeben, dann kommt das einer äußerst brisanten und schwerwiegenden Resistenzentwicklung gegen Desinfektionsmittel und Antiseptika gleich, die solche zentralen Strukturen aufweisen, was die hygienische Situation in Krankenhäusern, aber auch in den Privathaushalten, extrem verschärfen könnte. Vermutlich hatten die Forscher dieses Szenario vor Augen, als sie gegenüber dem Oberserver die gleichen Bedenken folgendermaßen zusammenfaßten:

"Our research shows drug resistance is not confined to hospitals, but is out in the community. It is spreading and all the time it is eroding our ability to control infections. It is extremely worrying," said Professor Liz Wellington, also of Warwick University.
(The Observer, 29. März 2009)

Doch das ist noch nicht alles: Offensichtlich haben die Genanalysen entsprechender QAV-resistenter Bodenbakterien tatsächlich auch noch eine Art Kreuzresistenz zu Antibiotika ergeben, so schrieb der Observer weiter:

"That is a natural evolutionary process," said Gaze. "If other bacteria are killed, those that are resistant to QACs will survive and, without competition, will multiply in vast numbers. However, it turns out that the piece of DNA that confers that resistance also contains genes that confer resistance to antibiotics. In this way, we have created an ideal environment for the emergence of antibiotic-resistant bacteria in our drains and sewers. These microbes are now being spread round the country in river water and in sewage sludge used on farms." ["Das ist ein natürlicher Evolutionsprozeß," behauptet Gaze. "Während andere Bakterien abgetötet werden, können diejenigen, die gegen QAVs resistent sind, überleben und sich ohne Konkurrenz sehr viel schneller vermehren. Daneben hat sich jedoch herausgestellt, daß auf dem DNA-Teilstück, welches für die Restistenz verantwortlich ist, auch ein Resistenzgen für Antibiotika sitzt. Auf diese Weise haben wir also ideale Zuchtbedingungen für die Vermehrung antibiotikaresistenter Bakterien in Kanalisationen und Abwässerkanälen geschaffen. Diese Mikroben werden sich im ganzen Land verbreiten, im Flußwasser wie in Klärschlämmen, die in landwirtschaftlichen Betrieben verwendet werden. Übersetzung Schattenblick-Red.]

Diese desinfektionsmittel- und antibiotikaresistenten Bakterien hindert allerdings auch nichts daran, in die Nahrungskette einzudringen und auf diesem Weg in den menschlichen Organismus zu gelangen, wo sie ihre speziellen Eigenschaften an körpereigene Bakterien wie Krankheitserreger weitergeben können.

Die Gruppe um Professor Peter Hawkey von der Birmingham Universität fand sämtliche Bodenproben, die sie in den Midlands, Cotswolds, Hertfordshire und anderen ländlichen Gebieten zogen, mit hohen Konzentrationen an antibiotikaresistenten Bakterien verseucht. Das ist mehr als alarmierend:

"We might think of special measures that will help us control or localise drug-resistant bacteria in hospitals, but the problem is much more widespread than that," added Wellington. "It is now out there in the environment." ["Wir denken vielleicht, es gäbe noch besondere Maßnahmen, mit denen man die desinfektionsmittelresistenten Bakterien in den Spitälern in den Griff bekommen könnte, doch das Problem ist viel größer als gedacht", fügt Wellington hinzu, "es ist jetzt da draußen in der Umwelt".]
(The Observer, 29. März 2009)

Allein die Verbreitung der QAVs ist noch nicht erschöpfend erforscht. in einer Doktorarbeit von Heike Sütterlin, "Untersuchung des Umweltverhaltens ausgewählter quartärer Ammoniumverbindungen und ihrer Wirkung gegenüber Umweltbakterien" wird besonders die Wechselwirkung und andere bisher wenig beachtete Aspekte hinsichtlich des Verhaltens und der Wirkung der kationischen quartären Ammoniumverbindungen (QAVS) Benzalkoniumchlorid, Didecyldimethylammoniumchlorid und Ethacridinlactat in Gegenwart von ebenfalls in der aquatischen Umwelt vorkommenden anionischen Substanzen wie das Schmerzmittel Ibuprofen, sowie anderen Tensiden wie das eingangs erwähnte Natriumlaurylsulfat (SDS), aber auch Benzolsulfonsäure, lineares Alkylbenzolsulfonat, und Naphthalinsulfonsäure verfolgt. Im Ausblick der Autorin am Ende der Arbeit wird deutlich, daß es sich bei den in diesem Artikel beschriebenen Zusammenhängen nur um die Spitze eines Eisbergs handeln kann, dessen Ausmaße bisher noch nicht zu überblicken sind:

Die kationischen QAV kommen in der aquatischen Umwelt mit vielen anionisch geladenen Substanzen in Kontakt, wodurch möglicherweise Wechselwirkungen zwischen den verschieden geladenen Ionen zu erwarten sind, deren Auswirkungen nicht vorhersagbar sind.
("Untersuchung des Umweltverhaltens ausgewählter quartärer Ammoniumverbindungen und ihrer Wirkung gegenüber Umweltbakterien" Freiburg 11. April 2007, URL: http://www.freidok.uni- freiburg.de/volltexte/2916/Sütterlin, Heike)

8. April 2009