Antibiotika sind chemische Substanzen, die von Mikroorganismen produziert oder chemisch synthetisiert werden und das Wachstum von Bakterien hemmen oder sie abtöten. Sie sind ein Eckpfeiler der modernen Medizin und werden zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt, indem sie spezifische bakterielle Strukturen oder Funktionen angreifen, ohne den Wirt zu schädigen.

Wirkmechanismen von Antibiotika

Antibiotika wirken, indem sie lebenswichtige bakterielle Prozesse stören. Die Hauptmechanismen umfassen:

1. Hemmung der Zellwandsynthese

Die bakterielle Zellwand, hauptsächlich aus Peptidoglykan bestehend, ist für die Aufrechterhaltung der Zellform und -integrität essentiell. Antibiotika, die diesen Prozess angreifen, verhindern die Bildung einer funktionellen Zellwand, was aufgrund des osmotischen Drucks zur Zelllyse führt.

• Beta-Lactame (Penicilline, Cephalosporine, Carbapeneme): Binden an Penicillin-Bindeproteine (PBPs) und hemmen die Quervernetzung von Peptidoglykan.
• Glykopeptide (z. B. Vancomycin): Binden an D-Alanyl-D-Alanin-Reste und blockieren deren Einbau in die Zellwand.
• Bacitracin: Stört den Transport von Peptidoglykan-Untereinheiten über die Membran.

2. Störung der zytoplasmatischen Membran

Einige Antibiotika stören die selektive Permeabilität der bakteriellen Zellmembran, was zu Leckagen und Zelltod führt.

• Polymyxine (Polymyxin B, Colistin): Binden an Membranlipide bei gramnegativen Bakterien und stören deren Integrität.

3. Hemmung der Proteinsynthese

Bakterien synthetisieren Proteine mit 70S-Ribosomen, die aus 30S- und 50S-Untereinheiten bestehen und sich von eukaryotischen Ribosomen unterscheiden, was selektives Targeting ermöglicht.

• 30S-Untereinheit Hemmer:
  • Aminoglykoside (z. B. Gentamicin): Binden an 16S rRNA, verursachen Fehlablesung der mRNA (bakterizid).
  • Tetracycline: Blockieren die tRNA-Bindung und behindern die Elongation (bakteriostatisch).
• 50S-Untereinheit Hemmer:
  • Makrolide (z. B. Erythromycin), Lincosamide, Chloramphenicol, Oxazolidinone (z. B. Linezolid): Hemmen Elongation oder Ribosomenkomplexbildung (bakteriostatisch).

4. Hemmung der Nukleinsäuresynthese

Antibiotika können die bakterielle DNA-Replikation oder RNA-Transkription gezielt blockieren.

• Fluorchinolone: Hemmen DNA-Gyrase und Topoisomerase IV.
• Rifamycine: Binden an RNA-Polymerase und blockieren die RNA-Synthese.

5. Antimetabolische Aktivität

Einige Antibiotika hemmen essentielle bakterielle Stoffwechselwege.

• Sulfonamide und Trimethoprim: Hemmen die Folsäuresynthese.
• Isoniazid: Ziel ist die Mycolsäuresynthese in Mykobakterien.

Klassifizierung nach bakterizider vs. bakteriostatischer Wirkung

Bakterizide Antibiotika töten Bakterien direkt (z. B. Beta-Lactame, Aminoglykoside, Fluorchinolone).

Bakteriostatische Antibiotika hemmen das Bakterienwachstum und ermöglichen die Immunabwehr (z. B. Tetracycline, Makrolide).