Zu scharf gereinigt

„Der Zusammenhang zwischen Bioziden und Antibiotikaresistenzen ist alles andere als spekulativ“, sagt Caselli. Schon vor Jahrzehnten zeigten einzelne Experimente, dass Desinfektionsmittel Antibiotikaresistenzen begünstigen. Infolge der Gifte verändern sich die Mikroben genetisch so, dass ihre Effluxpumpen hochgefahren werden, mit denen sie toxische Stoffe aus ihren Zellen befördern. Die Zellwände werden zudem undurchlässiger. Und Mikroben schließen sich untereinander in Biofilmen zusammen, die äußerst schwer zu bekämpfen sind. Sie kooperieren gegen die Waffen des Menschen, ob Biozid oder Antibiotikum.

Einen drastischen Beleg für die Gefahr, die von Desinfektionsmitteln ausgeht, lieferte eine Untersuchungsserie britischer Forscher von 2022: Sie setzten verschiedene Bakterien unterschiedlichen Desinfektionsmitteln in Mengen aus, in denen sie gerade noch nicht tödlich sind und wie sie in der Umwelt immer wieder vorkommen. Dieser Stress macht die Mikroben wehrhaft. Sie vertrugen bald mehr von der bioziden Chemikalie, am Ende oft das Doppelte. Vor allem aber entwickelten sie eine stabile Kreuzresistenz gegenüber bestimmten Antibiotika, die unter den Mikroben über Generationen fortbestand. Das heißt: Es sind nichttödliche Dosen von Desinfektionsmitteln, die die Bakterien dauerhaft widerständiger gegen Antibiotika machen, auch wenn die Biozide später gar nicht mehr da sind, warnen die Forschenden um die Lebenswissenschaftlerin Susannah Walsh von der Universität Aberdeen in Schottland.

Neues Reinigungskonzept

Besonders dramatisch ist das Problem der antibiotikaresistenten Keime in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen. Dort treffen sie auf geschwächte Menschen und können diese das Leben kosten. Schätzungsweise 20.000 Menschen fallen in Deutschland jedes Jahr solchen Infektionen zum Opfer. Dabei schreiben gerade in diesen Einrichtungen strenge Protokolle vor, wie Hände von Pflegekräften und Ärztinnen, Böden und OP-Besteck regelmäßig desinfiziert werden müssen. „Genau das ist aber eine Ursache der Antibiotikaresistenzen in den Kliniken“, sagt Caselli. Der gut gemeinte Schutz macht die verbliebenen Erreger aggressiv.

„Wir müssen dringend anders – zielgenauer – reinigen“, fordert sie. In Italien hat sie gegen viele Widerstände einen Anfang gemacht. Sie etablierte als einzige Forscherin weltweit in etlichen Krankenhäusern eine sogenannte probiotische Reinigung. Ausgehend von Laborstudien hat Caselli nämlich herausgefunden, dass verschiedene sporenbildende Spezies der Gattung Bacillus, die in der EU als harmlos klassifiziert sind, genauer gesagt den Status „generally regarded as safe“ (GRAS) genießen, Krankheitserreger verdrängen können. Solche Bakterien können Reinigungsmitteln beigemengt werden, ohne abzusterben. Sie machen vielmehr gefährlichen Erregern Platz und Nahrung streitig. Auf diese Weise drängen sie Krankheitserreger zurück, ohne sie zu töten. Außerdem setzen solche probiotischen Bakterien laut Caselli Proteine frei, sogenannte Bacteriocine, die das Wachstum der Konkurrenz hemmen.

Caselli unternahm über 18 Monate lang einen weltweit einzigartigen Versuch: Statt chlorhaltiger Desinfektionsmittel gab sie drei unterschiedliche probiotische Bacillusstämme in die Reinigungsprodukte und ließ damit die Böden in sechs verschiedenen Krankenhäusern reinigen. „Es war viel Überzeugungsarbeit nötig“, sagt sie. „Die Leute sind meistens skeptisch und können sich nicht vorstellen, dass es etwas Sichereres geben könnte als das Beseitigen der Mikroben mit Chemikalien.“

Für Caselli war deshalb klar, dass sie umfangreiche Daten brauchen würde, wenn sie mit ihrem neuen Ansatz überzeugen wollte. Sie gewann Krankenhäuser in ganz Italien: in Rom, Messina, Foggia und drei weiteren Städten.

Die Ergebnisse ihres Experiments veröffentlichte Caselli 2018 im angesehenen Magazin Plos One: Die ausgebrachten Sporen keimten auf den Krankenhausfußböden und verdrängten gefährliche Krankheitserreger wie den Darmkeim Clostridium difficile und Staphylokokken. Die Besiedelung mit krankmachenden Mikroben auf den Böden ging um 80 Prozent zurück.

Völlig unerwartet sei aber eine weitere Beobachtung gewesen. Rund 12.000 Patienten befanden sich in den verschiedenen Krankenhäusern, während probiotisch gereinigt wurde. Von ihnen erkrankten nur zwei von hundert an einer Krankenhausinfektion durch gefährliche Keime. Vorher waren es fünf von hundert.

Caselli untersuchte zudem die Krankenhausflora auf 84 bekannte Gene für Antibiotikaresistenzen. Wenn probiotisch sauber gemacht wurde, gingen die Resistenzgene bei allen Bakterien und Pilzen deutlich zurück: Sie lagen nur bei einem Hundertstel verglichen mit den Werten bei der Reinigung durch chlorhaltige Substanzen. „Wir sehen ganz deutlich, dass es zu einem Aufrüsten bei allen Mikroben kommt, wenn sie mit Desinfektionsmitteln bekämpft werden. Das erhöht die Gefahr von antibiotikaresistenten Keimen, die Patienten das Leben kosten können“, erklärt Caselli. Das sah sie sogar am Medikamentenbedarf: Unter probiotischer Reinigung ging der Verbrauch von Antibiotika um 60 Prozent zurück, rechnete Caselli aus.

Aber ein Wermutstropfen bleibt: Mit der Coronapandemie mussten auch die sechs italienischen Krankenhäuser wieder auf Desinfektionsmittel umstellen. In der Folge nahmen die antibiotikaresistenten Keime wieder zu, klagt Caselli.

Das Problem zu unseren Füßen

Diese Pandemie hinter der Pandemie hatte schon zuvor auch deutsche Forscher um den Molekularbiologen Tilman Klassert am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig beschäftigt. Klassert sah im altehrwürdigen Bettenhochhaus der Charité eine große Chance. Der Bau wurde bis Ende 2016 kernsaniert und war vorübergehend frei von Patienten. So konnte er untersuchen, wie Mikroben nach dem Bezug Böden, Türklinken und Waschbeckenabflüsse einer neurologischen Station besiedelten. 30 Wochen lang nahm er dafür Abstriche. Daraus entstand eine bemerkenswerte Studie, die aufdeckt, dass jedes Gebäude offensichtlich von einer eigenen Mikrobengemeinschaft bewohnt wird.

„Just nach der Bauphase lebten alle möglichen Umweltbakterien auf den Materialien. Die Diversität war groß“, schildert Klassert. Doch binnen sieben Wochen nach Bezug der Station setzten sich mehr und mehr Mikroben auf den Oberflächen durch, die die Patienten selbst mitbrachten, darunter auch potenziell krank machende Erreger wie Acinetobacter, Kolibakterien und Staphylokokken. Die genetische Vielfalt schrumpfte. Klassert konnte nachweisen, dass es die Flora der Haut der Personen ist, die alle Oberflächen im Krankenhaus erobert. Womöglich wirken die ständig herabrieselnden winzigen Hautschüppchen wie eine Saat, von der aus sich die Mikroben verbreiten. Nur in den Waschbeckenabflüssen stammten die Kolonien in erster Linie aus dem Mund der Patienten.

Besonders fiel Klassert aber auf: Auf dem Boden nahm die Zahl der antibiotikaresistenten Erreger über sieben Wochen nach Eröffnung deutlich zu, um sich dann auf hohem Niveau einzupendeln. „Das Problem liegt uns zu Füßen“, fasst er die Veröffentlichung von 2021 zusammen. Und es liegt nahe, dass diese Auffälligkeit mit der Desinfektion der Böden zu tun hat. Bekannt ist, dass schon rund eine Stunde nach dem scharfen Reinigen Überlebende der alten Flora die entleerten Flächen zurückerobern. Offensichtlich sind es die besonders resistenten, übrig gebliebenen Erreger, die sich dann breit machen. Dieses Phänomen wird als „Rekontamination“ bezeichnet.

Inspiriert von Casellis Pionierarbeiten ging Klassert noch weiter: Er verglich drei Arten der Reinigung miteinander: erstens die Reinigung mit Desinfektionsmitteln auf Basis einer Kombination von Alkohol und quartären Ammoniumsalzen, zweitens das Putzen mit haushaltsüblichen Tensiden sowie drittens den Einsatz von probiotischem Reinigungswasser mit fünf unterschiedlichen Bacillus-Spezies. Diese drei Ansätze testete er in neun Patientenzimmern über 37 Wochen.

Im Vergleich zu Casellis Arbeiten zeigten sich weniger durchschlagende Erfolge: Die Zahl der Krankenhausinfektionen ging nicht zurück. Allerdings lag sie schon zu Beginn der Studie bei 2,3 Prozent und damit deutlich niedriger als in den italienischen Häusern. Und doch musste auch Klassert feststellen: Die Antibiotikaresistenzgene nahmen bei probiotischer Reinigung eher ab. Vor allem im Abfluss fiel ihm der Effekt auf. Und die genetische Diversität der Besiedelung nahm insgesamt zu, sodass die Erreger tatsächlich Konkurrenz von den probiotischen Mikroben bekamen. Das gilt als gutes Omen. Denn auch andere Studien legen nahe, dass eine verminderte Diversität von Mikroorganismen das Infektionsrisiko erhöht.

Schub dank RKI-Empfehlung

„Das Entscheidende ist, dass wir deutlich sehen, dass eine klassische Reinigung mit Desinfektionsmitteln, wie wir sie kennen, gerade nicht überlegen ist“, sagt Klassert. „Wir müssen ja auch an die Umweltbelastung denken, wenn die Biozide in die Gewässer gelangen. Damit ist die probiotische Reinigung durchaus eine gute neue Alternative.“

Das sieht offenbar auch das Robert-Koch-Institut (RKI) so. Die Behörde nahm Ende 2022 mit Blick auf die Studien die probiotische Reinigung als Konzept in ihre Leitlinie zur Flächendesinfektion auf. Es sei ein „interessanter Ansatz, da probiotische Bakterien ein langfristig stabiles Mikrobiom bilden, während der Erfolg einer Desinfektion nur kurzzeitig anhält und Resistenzentwicklungen gegen Antibiotika möglich sind“, schreibt die Kommission für Krankenhaushygiene und Infektionsprävention der Behörde und betont zugleich: „Bisher gibt es keinen Anhalt, dass durch die probiotischen Bakterien Patienten gefährdet werden.“ Die Wirksamkeit müsse allerdings noch gründlicher untersucht werden.

Das ganze Feld hat durch die Empfehlung des RKI einen enormen Schub erfahren, freut sich Klassert. Mehrere Krankenhäuser und sogar Intensivstationen wollten die probiotische Reinigung hierzulande erproben.

Italien hat unterdessen nach dem erklärten Ende der Coronapandemie seine probiotische Reinigung wieder aufgenommen. Seit letztem Sommer setze sogar die Metro in Mailand auf das Konzept, berichtet Caselli. Den Ausschlag dafür gab ein Experiment, das sie noch während der Pandemie machte und 2023 veröffentlichte. Sie verglich die Keimbelastung eines Zugs, der desinfiziert wurde, um SARS-CoV-2 Herr zu werden, mit einem Zug, dessen Oberflächen nur mit drei schützenden Bacillusstämmen und tensidhaltigem Wasser geschrubbt wurden. Nach der letzten Fahrt spät in der Nacht machten die Forschenden Abstriche in der U-Bahn. Und wieder gingen die Krankheitserreger deutlicher zurück, wenn sie Bakterienkonkurrenz bekamen und gerade nicht mit Chemikalien bekämpft wurden.

Kombination aus Probiotika und Phagen

Schon geht Casellis Team weiter voran und kombiniert probiotische Bakterien mit Phagen, die sehr spezifisch und vor allem relativ rasch bestimmte Bakterien beseitigen können – ohne Resistenzen zu befördern. Das Wort „phagus“ leitet sich vom Griechischen ab und bedeutet fressen. Doch das Bild ist schief, denn die Viren fressen Bakterien nicht, sondern nutzen sie zur Vermehrung und vernichten sie dadurch. „Probiotische Bakterien wirken langsam und unspezifisch. Sie sind nicht geeignet, wenn es in einem Krankenhaus einen Ausbruch etwa mit Klebsiellen gibt“, erklärt Caselli. Sie selbst konnte 2023 in zwei italienischen Krankenhäusern Staphylokokken mit einer Kombination aus Probiotika und Phagen wirksamer bekämpfen als mit probiotischen Stämmen allein.

Steht die Reinigung von Gesundheitseinrichtungen vor einem Paradigmenwechsel? Dieser wichtigen Frage gingen 2024 renommierte Hygieneexperten aus fünf europäischen Ländern, darunter Elisabetta Caselli und auch Petra Gastmeier von der Berliner Charité, nach. Dazu trugen sie sämtliche Erfahrungen mit der probiotischen Reinigung und wissenschaftliche Daten aus ihren Ländern zusammen. Das Fazit der Forschenden fällt vorsichtig optimistisch aus: Bislang sei „die probiotische Reinigung eine bahnbrechende Technologie und eine biologische Alternative zu chemischen Desinfektionsmitteln“. Die unterschiedlichen Zusammensetzungen probiotischer Produkte erforderten jedoch eine Standardisierung, und es brauche noch solidere Daten.

Doch letztlich geht es um weit mehr als die Frage, wie Krankenhäuser und Pflegeheime hygienisch geputzt werden – nämlich darum, wie die tödliche Gefahr resistenter Krankenhauskeime abgewehrt werden kann. Aktuelle Untersuchungsergebnisse lassen jedenfalls daran zweifeln, dass übermäßiger Antibiotikagebrauch allein die Ursache sein könnte. Es sieht so aus, als hätte gerade der häufige Einsatz keimabtötender Desinfektionsmittel einen merklichen Anteil daran.