Antibiotikaresistenz: Wie Technologie gegen Superkeime hilft
Krankenhäuser gelten als Orte der Heilung. Doch auch dort lauern Gesundheitsgefahren. Wo viele kranke Menschen behandelt werden, sammeln sich Bakterien, die etwa zu schweren Lungenentzündungen oder Sepsis führen können.
Als Alexander Fleming 1928 durch Zufall das Antibiotikum Penicillin entdeckte, schuf er die Basis, um Infektionskrankheiten wirksam zu behandeln. Schon damals appellierte der spätere Nobelpreisträger, Antibiotika mit Bedacht einzusetzen. Doch das Gegenteil ist passiert.
Hoher Antibiotika-Verbrauch
So wurden im Jahr 2024 allein in Österreich 34,6 Tonnen Antibiotika an Tiere verfüttert. 2023 wurden 63.186 Kilogramm Antibiotika an Menschen verschrieben. “Nach wie vor ist der Prozentsatz an Verschreibungen von Antibiotika viel zu hoch”, sagt Dr. Werner Ruppitsch von der Medizinischen Universität Innsbruck.
Kommen Bakterien in Kontakt mit Antibiotika, entwickeln sie Überlebensstrategien und können dagegen resistent werden. Haben Bakterien Resistenzen gegen mehrere Antibiotika entwickelt, spricht man von Multiresistenz und Superkeimen. “Das führt soweit, dass wir bei einigen multiresistenten Keimen im Moment keine Behandlungsmöglichkeit haben, wenn Menschen an bestimmten Infektionen erkranken”, betont Ruppitsch.
Diese Übernutzung der “Wundermittel” hat drastische Folgen für das Gesundheitssystem. 1,1 Millionen Todesfälle sind laut der Weltgesundheitsorganisation WHO im Jahr 2021 auf Antibiotikaresistenzen zurückzuführen. Im Jahr 2050 könnte die Zahl laut Schätzungen auf 1,9 Millionen Todesfälle ansteigen.
Künstliche Intelligenz gegen Natürliche
Weltweit sind Forscherinnen und Forscher wie Ruppitsch auf der Suche nach Lösungen gegen dieses Problem. Der Mikrobiologe war 25 Jahre lang bei der österreichischen Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) dafür zuständig, verschiedene Bakterien zu charakterisieren und so die Infektionsquelle bestimmter Krankheiten zu finden. Seit diesem Jahr ist er Professor für Antibiotikaresistenzen und mikrobielle Genomik an der Medizinischen Universität Innsbruck. Mit seinem Team arbeitet er an einem Überwachungssystem für diverse Krankheitserreger.
In Zukunft soll dabei auch Künstliche Intelligenz zum Einsatz kommen. Das Ziel ist, mithilfe der KI die DNA von Infektionserregern aus Krankenhäusern zu analysieren, um zu erkennen, gegen welche Antibiotika bestimmte Keime resistent sind. “Am Ende bekommt man idealerweise auch eine Empfehlung, welches Antibiotikum wirksam ist”, betont Ruppitsch. Das könnte den Einsatz von Antibiotika reduzieren, da derzeit mehrere ausprobiert werden müssen, bis eines wirkt. Verlassen könne man sich dennoch nicht auf die KI: “Man muss an einem Kontrollsystem arbeiten, um die Richtigkeit der Angaben als Mensch überprüfen zu können."
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Neue Antibiotika mit Künstlicher Intelligenz
Wie viele seiner Kollegen sieht auch Ruppitsch großes Potenzial in Künstlicher Intelligenz: “Durch DNA-Analysen stehen immer mehr Daten zur Verfügung. Die logische Konsequenz ist, dass wir KI nutzen müssen, um Datenmengen sinnvoll auszuwerten”, betont der Mikrobiologe.
Künstliche Intelligenz wird aber auch genutzt, um neue Antibiotika zu entwickeln. Viele Pharmakonzerne haben damit nämlich aufgehört. “Für ein Unternehmen, das wirtschaftlich denken muss, hat sich das in den vergangenen Jahren nicht ausgezahlt”, sagt Ruppitsch. KI könnte die Entwicklung neuer Antibiotika beschleunigen, da sie gezielt und damit schneller nach Proteinfragmenten mit antibakteriellen Eigenschaften suchen kann.
Forscherinnen und Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben 2025 2 neue potenzielle Antibiotika gefunden. Das erste könnte gegen die sexuell übertragbare Infektion Gonorrhö wirken, welche durch das Bakterium “Neisseria gonorrhoeae” verursacht wird.
Das zweite Antibiotikum könnte gegen eine Infektion helfen, die durch MRSA, also Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus, verursacht wird. Dabei handelt es sich um eine Bakterienart, die durch den breiten Einsatz von Antibiotika immer resistenter wurde.
Die Forschenden des MIT konnten im Rahmen von Labortests und Tierversuchen beweisen, dass die neuen Antibiotika die Bakterien abtöten können. Doch noch müssen sie weiterentwickelt und an Menschen getestet werden. Dieser Prozess kann noch Jahre dauern. ”KI ist eine große Hilfe, um zu entscheiden, ob bestimmte Wirkstoffe für klinische Studien relevant sind”, fasst Ruppitsch zusammen.
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Weitere technische Möglichkeiten
Künstliche Intelligenz ist nicht das einzige technische Hilfsmittel, das bei resistenten Bakterien helfen könnte. Beispielsweise brauche es diagnostische Biosensoren und Wearables, um die Bestandteile von Krankheitserregern frühzeitig erkennen zu können. Damit könnte nicht nur die Ausbreitung von Infektionen, sondern auch Genesungszeit und Kosten reduziert werden. Noch müssen solche Sensoren aber erst entwickelt werden und ausreichend empfindlich und zuverlässig genug sein.
Eine weitere wichtige Möglichkeit sind antimikrobielle Oberflächen, die Bakterien abtöten, wenn sie damit in Kontakt kommen. Gerade in Krankenhäusern könnten diese eine große Hilfe sein, da so das Risiko einer Infektion reduziert wird.
Da Antibiotika heutzutage noch nicht zielgerichtet eingesetzt werden können, und das zu einem übermäßigen Verbrauch führen kann, könnten auch intelligente Verabreichungssysteme helfen. Diese würden antimikrobielle Wirkstoffe in der richtigen Menge nur dann freisetzen, wenn eine bakterielle Infektion vorliegt. Erste Ansätze gibt es bereits. Doch auch hier dürfte es noch dauern, bis Technologien mit der notwendigen Genauigkeit verfügbar sind.
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Schnelltest für resistente Keime
Um herauszufinden, ob ein Bakterium resistent gegen Antibiotika ist, braucht meist mindestens mehrere Stunden, manchmal sogar Tage. In der Zwischenzeit muss man in Notfallsituationen verschiedene Medikamente ausprobieren, in der Hoffnung, dass eines wirkt. Dieser breite und unspezifische Einsatz führt aber dazu, dass mehr Antibiotika genutzt werden als nötig.
Zu vielen Todesfällen, die mit Antibiotikaresistenzen in Verbindung stehen, kommt es also, weil Resistenzen der Erreger zu spät nachgewiesen wurden. Verhindern könnte das ein Schnelltest. So einer wird aktuell in einem Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts entwickelt.
Durch µFLOWDx sollen bakterielle Resistenzen in wenigen Minuten sichtbar werden. Um die Keime zu testen, entnimmt man Patientinnen und Patienten Proben der Bakterien. Durch spezielle Oberflächen haften die Bakterien am Test. Sehr sensible fluoreszierende, also leuchtende, Kohlenstoff-Nanoröhrchen dienen als optische Sensoren.
Wenn die Bakterien nicht resistent gegen Antibiotika sind, kommt es zu Stressreaktionen der Organismen. Das bedeutet, es werden spezielle Moleküle, wie Adenosintriphosphat oder Wasserstoffperoxid, von den Bakterien ausgestoßen. Durch den Ausstoß dieser Moleküle verändern die Kohlenstoff-Nanoröhrchen ihre Fluoreszenz. Sind die Erreger resistent, kommt es zu keiner Veränderung des Signals.
Mit diesem Test können Ärztinnen und Ärzte in Zukunft sehr schnell ein geeignetes Antibiotikum auswählen, wodurch zahlreiche Leben gerettet werden könnten. Bis es diesen Schnelltest gibt, dürfte noch ein bisschen Zeit vergehen. Bis Ende 2026 soll der Prototyp entwickelt werden.
Hygiene und bedachter Einsatz
In der Zwischenzeit gibt es aber ein paar andere Dinge, die gegen die Übernutzung von Antibiotika helfen. “Jeder kann zur Eindämmung von Antibiotikaresistenzen beitragen, indem man sich an die Vorschriften der Ärztinnen hält, also die Antibiotika nach Vorschrift einnimmt”, betont Ruppitsch. Außerdem sollten nicht mehr benötigte Antibiotika fachgerecht, also bei Problemstoffsammelstellen oder in Apotheken, entsorgt werden. Gelangen sie ins Abwasser, können die meisten Anlagen die Rückstände nicht herausfiltern, wodurch Bakterien in Kontakt mit ihnen kommen und sich weiter anpassen.
Ein weiterer wichtiger Hebel sind Hygienemaßnahmen, wie regelmäßiges Händewaschen, um die Übertragung von Infektionskrankheiten zu vermeiden. Übertreiben sollte man es damit aber auch nicht. Von antibakteriellen Reinigungsmitteln rät Ruppitsch ab, da auch sie Resistenzen fördern können. “Es ist aber eher eine politische Aufgabe zu schauen, dass gewisse Produkte nicht allgemein erhältlich sind", so der Mikrobiologe.