Die meisten eingesetzten Antibiotika und antiviralen Medikamente verändern sich, nachdem sie den menschlichen Körper verlassen haben. Viele ihrer Abbauprodukte können laut einer neuen Dissertation von Paul Löffler an der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (SLU) über lange Zeiträume in Gewässern verbleiben. Dabei behalten sie ihre biologische Aktivität – und bergen das Risiko, die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen zu fördern.
Zur Einordnung der Bedeutung: Der weltweite Verbrauch von Antibiotika ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Nach aktuellen Schätzungen werden in der Humanmedizin jährlich rund 49 Milliarden standardisierte Tagesdosen (Defined Daily Doses, DDD) eingesetzt. Zwischen 2016 und 2023 nahm der Antibiotikaverbrauch in den erfassten Ländern um mehr als 16 Prozent zu. Experten gehen davon aus, dass der globale Konsum ohne wirksame Gegenmaßnahmen bis 2030 weiter anwachsen und bis zu 75 Milliarden DDD pro Jahr erreichen könnte.
Neben der Humanmedizin spielt auch die Tierhaltung eine zentrale Rolle. In vielen Regionen der Welt werden dort ähnlich viele oder sogar mehr Antibiotika eingesetzt als beim Menschen – insbesondere in Ländern mit intensiver Nutztierproduktion. Einheitliche globale Zahlen für diesen Bereich existieren bislang jedoch nicht.
Der Antibiotikaverbrauch wird international nicht in Tonnen gemessen, sondern in standardisierten Tagesdosen, um den Vergleich unterschiedlicher Wirkstoffe und Länder zu ermöglichen. Die Weltgesundheitsorganisation warnt seit Jahren vor den Folgen des hohen Antibiotikaeinsatzes, da dieser die Entstehung und Verbreitung von Antibiotikaresistenzen beschleunigt und damit eine wachsende Gefahr für die globale Gesundheitsversorgung darstellt.
Großteil der Wirkstoffe wird biologisch umgewandelt
Die schwedische Studie stellt zudem fest, dass nur ein Bruchteil der verwendeten Antibiotika den Körper unverändert verlässt – was auch für antivirale Medikamente etwa gegen HIV oder SARS-CoV-2 gilt. Der Großteil der Wirkstoffe wird biologisch umgewandelt, hauptsächlich in der Leber. Darüber hinaus können sowohl die Ausgangsstoffe als auch ihre Abbauprodukte weiter verändert werden, sobald sie in die Umwelt gelangen, etwa durch Sonnenlicht. Seen und Fließgewässer enthalten daher häufig komplexe Gemische aus antimikrobiellen Substanzen und deren Abbauprodukten, die jeweils unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen.
Trotzdem wurden die Auswirkungen dieser Abbauprodukte in der Umwelt erst vor Kurzem stärker wahrgenommen. Paul Löffler hat seine gesamte Doktorarbeit an der SLU diesen bislang wenig erforschten Substanzen gewidmet. Er untersuchte, um welche Stoffe es sich handelt, wo sie vorkommen, welche Eigenschaften sie besitzen und welche von ihnen bei der Umweltarbeit besondere Aufmerksamkeit erfordern.
„Unsere Studien zeigen, dass die beim Abbau von Arzneimitteln entstehenden Stoffe manchmal ebenso große oder sogar größere Risiken bergen können als die Ausgangsprodukte. Dies wurde bislang bei der Umweltüberwachung oder Risikobewertung nur selten berücksichtigt. Dabei können bereits geringfügige chemische Veränderungen große Auswirkungen haben“, sagt Löffler.
Ein erster globaler Überblick
In seiner Arbeit identifizierte Löffler sowohl bekannte als auch bislang unbekannte pharmazeutische Abbauprodukte im Wasser. Zudem legte er den ersten globalen Überblick über Abbauprodukte von Antibiotika und antiviralen Medikamenten in Gewässern vor. Grundlage dafür waren eine umfassende Literaturrecherche sowie die Sammlung und Analyse von Oberflächenwasserproben aus sechs Ländern auf fünf Kontinenten. Darüber hinaus stellte er eine Liste von 56 Abbauprodukten zusammen, die aus globaler Perspektive Anlass zur Sorge geben.
„Das am häufigsten nachgewiesene Abbauprodukt war Acetylsulfamethoxazol – ein Abbauprodukt von Sulfamethoxazol, das in vielen gängigen Antibiotika enthalten ist“, erklärt Löffler. „In meiner Dissertation habe ich gezeigt, dass dieser Stoff nicht durch Sonnenlicht abgebaut wird, was seine häufige Präsenz in den Proben erklärt. Andere gängige Antibiotika zerfallen dagegen unter Lichteinfluss und sind daher in Oberflächengewässern deutlich seltener nachweisbar.“
Zu viele Substanzen für Einzelanalysen
In seiner Dissertation kombinierte Löffler verschiedene Methoden, um jene Abbauprodukte zu identifizieren, die prioritär berücksichtigt werden sollten. Eine solche Priorisierung ist sowohl für die Umweltüberwachung als auch für die Entfernung unerwünschter Stoffe in Kläranlagen entscheidend. Die Zahl der Abbauprodukte ist inzwischen so groß, dass es kaum möglich ist, sie alle gleichermaßen wirksam zu erfassen oder zu beseitigen.
„Wir müssen rechnergestützte Werkzeuge entwickeln, die uns dabei helfen, gezielt jene Substanzen auszuwählen, die genauer untersucht werden müssen. Ausschließlich auf Labortests zu setzen, ist zu zeitaufwendig und zu teuer. Meine Dissertation zeigt hier einige effektive Alternativen auf“, sagt Löffler. „Wir müssen künftig stärker berücksichtigen, was mit einer Chemikalie geschieht, nachdem sie abgebaut wurde, um eine gesunde und nachhaltige Umwelt für uns alle zu gewährleisten“, fasst er zusammen.