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Wissenschaft

Keimflora von Reinräumen und Intensivstationen

 

Mythos Sterilität

Ausgabe 12, 2019


Keimfreiheit ist eine Illusion, zumindest gilt das, wenn man sich in einem Raum bewegt. Dass man hier selbst mit den besten Desinfektionsmitteln schnell an seine Grenzen stößt, musste zu ihrem Erschrecken Anfang der Jahrtausendwende zuerst die amerikanische Raumfahrtbehörde erleben. Deren Wissenschaftler waren schon immer sehr gründlich gewesen, wenn es darum ging, in den Reinräumen im Kennedy Space Center in Florida nach potenziellen Krankheitserregern zu suchen. Schließlich hat sich die NASA zum Ziel gesetzt, keinesfalls irdische Mikroben zu fremden Welten mitzunehmen.

In den 1990er-Jahren kamen erstmals Techniken auf den Markt, die eine gründlichere Fahndung ermöglichten. Mit Hilfe von 16S-rRNA-Genschnipseln ließen sich im Montageraum der Marsmissions-Fähre auch Erreger erkennen, die in der Petrischale bislang nicht wachsen wollten. Die neue Technik offenbarte: Der angeblich keimfreie Reinraum und damit auch das Schiff wimmelten von Bakterien. Ohne die Begleitung von Mikroben, gestand man sich damals in Florida ein, wird man wohl nie Richtung Sterne fliegen.

Unbefriedigende Ergebnisse. Inzwischen musste die Wissenschaft an anderen sensiblen Orten ähnliche Debakel erleben. In Krankenhäusern oder Intensivstationen zum Beispiel lassen sich mit den bisherigen Hygien etechniken ebenfalls nur unbefriedigende Ergebnisse erreichen, auch das offenbarten die neuen Techniken. Ein Grund dafür ist, glaubt Jack Gilbert von der Scripps Institution of Oceanography der Universität California, dass es wahrscheinlich Keime gibt, die selbst die stärksten Desinfektionsmittel überleben. Noch wichtiger scheint aber ein anderes Phänomen zu sein: Im sogenannten Hospital Microbiome Project hat er verfolgt, wie Keime eine nagelneue Klinik beziehen. „Schon nach zehn Minuten“, hat der studierte Ökologe dabei gesehen, „ist das Krankenhauszimmer übersät mit den Bakterien des Patienten.“ Pro Stunde gibt jeder Mensch rund vier Millionen Mikroben in die Umwelt ab, die fnden sich schnell auf sämtlichen Flächen in seiner Nähe. Und auch in älteren Räumen gilt: Innerhalb von Stunden verdrängen sie die vorhandenen Artgenossen; das Mikrobiom des Raums wird zunehmend identisch mit dem des darin Liegenden. Auch das hat Jack Gilbert bewiesen. „Wir müssen unseren Sterilitätsbegriff grundsätzlich überdenken“, sagt Gabriele Berg vom Institut für Umweltbiotechnologie der Technischen Universität Graz. „In dem Moment, in dem Menschen einen Raum betreten, gibt es keine Keimfreiheit mehr.“
Allerdings sind nicht alle Bakterien im gleichen Maß erfolgreich bei diesem Umsiedlungsprozess. Es sind vor allem die besonders zählebigen und anpassungsfähigen bakteriellen Überlebenskünstler, die sich auf nährstoffarmen und desinfektionsmittelreichen Krankenhausböden, -tischen und -bettkanten wohlfühlen. „Und das sind leider oft gerade die Bakterien, die uns Menschen den größten Schaden zufügen können“, sagt Jack Gilbert. So besitzen laut seiner Studie die Keime im Raum eine größere Vielfalt von Antibiotika-Resistenz-Genen als ihre engen Verwandten auf dem Körper des Patienten. Dreimal täglich werden auf deutschen Intensivstationen patientennahe Flächen mit Peressigsäure, Chlordioxid oder Wasserstoffperoxid gewischt. Der Fußboden alle 24 Stunden. Haben Berg und Gilbert recht, selektiert man damit gerade die Erreger, die man dort am wenigsten sehen möchte.


Nutzlastverkleidung. In der Nutzlastverarbeitungsanlage von Astrotech in der Nähe des Kennedy Space Center der NASA in Florida hebt eine Hebevorrichtung die Nutzlastverkleidung der Atlas-Trägerrakete. Sie schützt das Raumfahrzeug vor den Auswirkungen von aerodynamischem Druck und Erwärmung während des Aufstiegs und wird abgeworfen, sobald sich das Raumfahrzeug außerhalb der Erdatmosphäre befindet.

Reinräume. Ähnliches war in diesem Februar auch in einem Bericht von Gabriele Berg in der Fachzeitung Nature Communications zu lesen. Die Biologin hat die Keimflora von Intensivstationen und Reinräumen mit der von ganz normalen Zimmern verglichen. Und festgestellt: Mikroben, die für gefährliche Infektionen prädestiniert sind oder Antibiotikaresistenzen besitzen, fanden sich am häufgsten dort, wo angeblich die strengste Sauberkeit herrschte. In Räumen, in denen auf Sterilität kein Wert gelegt wird, so zeigte Berg in ihrer Studie, sind solche Survivors viel seltener zu fnden.
„In den letzten 150 Jahren hat der Mensch nur einen Weg gekannt, um sich gegen die Ausbreitung von Bakterien in seinen Wohnungen und Krankenhäusern zu wehren: Indem er alles – egal ob harmlos oder nicht –, was sich dort an Mikroben regte, vernichtet hat“, sagt Jack Gilbert. Inzwischen gebe es aber zahlreiche Belege dafür, dass dieser Kill-all-Ansatz, wie er ihn nennt, nicht zu den gewünschten Ergebnissen führe.
ical Sciences der australischen Macquarie Universität die Räume, Betten und Möbel auf einer Intensivstation mit einer Chlorlösung desinfzieren; auf 93 Prozent der Oberflächen fanden sie und ihre Kollegen nachher trotzdem weiter bakterielle Bioflme. Diese Schleimschichten gelten als einer der entscheidenden Gründe für das Scheitern der bisherigen Hygienestrategien. In ihnen haben sich die Mikroben als kleine, arbeitsteilige Kommunen organisiert, in der sie sich gegenseitig schützen und unterstützen. Ähnlich, glauben Berg und Gilbert, sind aber auch die Bakterien im gesamten Raum oder auf der Oberfläche eines Tischs zu verstehen. Als Mikro biom, als mikrobielle Gemeinschaft, deren Mitglieder untereinander kommunizieren, sich aber gleichzeitig auch gegenseitig kontrollieren. Auf dem beschränkten Platz, den man sich teilen muss, sorgt das Kollektiv stets dafür, dass kein Stamm die Oberhand gewinnt. Teil dieses Sozialsystems sind laut Ansicht der Grazer Biologin stets Keime, die Gene für Antibiotika-Resistenzen in sich tragen. „Sie stellen eine Art gemeinsame Lebensversicherung dar“, sagt die Wissenschaftlerin, weil sie diese Erbgutabschnitte im Bedarfsfall an die Nachbarn weiterreichen.

Desinfektionsmittel. Ertränkt der Mensch dieses eingespielte System nun in Desinfektionsmitteln, wird das Gleichgewicht der Kräfte zerstört, so die Theorie. Weil die Attacke vor allem diejenigen Bakterien überleben, die von Natur aus solche Resistenzen besitzen. Denn dieselben DNA-Sequenzen können die Mikroorganismen oft auch nutzen, um sich gegen Desinfektionsmittel zu wehren. Sie enthalten zum Beispiel die Baupläne von Pumpen, mit denen sie alle möglichen schädlichen Substanzen aus den Zellen transportieren. Die Hygienemaßnahme erledigt vor allem weniger gefährliche Erreger, mit denen sie um Nahrung und Platz konkurrieren. Und verschafft denen damit freie Bahn, um sich richtig auszubreiten.
Nicht nur Gabriele Berg vertritt deshalb die Meinung: Die bisherigen Hygienestrategien müssen dringend überarbeitet werden. „Was wir bislang gemacht haben, ist antibiotikaresistente Bakteriengemeinschaften zu züchten.“ Die Idee: Statt mit Desinfektionsmitteln nach der Devise „nur ein totes Bakterium ist ein gutes Bakterium“ zu verfahren, könnte man die Mikrobenkommune in den Räumen hegen und pflegen. In einem gesunden Mikrobiom sorgt das Kollektiv dann dafür, dass sich die unerwünschten Keime nicht zu stark vermehren.
Zumal die bisherige Vernichtungsstrategie – egal an welcher Stelle – eine weitere Nebenwirkung hat: Sie beraubt das Immunsystem seiner Sparringspartner, mit denen es regelmäßig die eigene Fitness trainiert. Dem mangelnden Kontakt mit zumeist harmlosen Keimen wird inzwischen unter anderem zugeschrieben, dass Asthma und Allergien in den westlichen Gesellschaften immer häufger auftreten.
Jack Gilbert geht sogar noch einen Schritt weiter, er versucht in einer Klinik in San Diego gezielt gesunde Raum-Mikrobiome zu züchten. Er hat sich für seine Studie ein weit verbreitetes Staubbakterium namens Bacillus subtilis ausgesucht, das er nun in Krankenhauszimmern verteilt. „Überall zu fnden, völlig harmlos, macht nirgendwo Infektionen“, lautet seine Charakterbeschreibung des Versuchsobjekts. Es soll sich in den Räumen breitmachen und gefährlichere Konkurrenten verdrängen. Vor fünf Jahren haben Kollegen aus Italien und Belgien bereits in drei Kliniken demonstriert, dass sich die Zahl der gefährlichen Mikroben um bis zu 89 Prozent reduzieren lässt, wenn man Putzmittel verwendet, die Bacillus subtilis und zwei verwandte Keime enthalten.


Clostridium botulinum.

Infektionsraten. Die große Frage ist nur, spiegelt sich das auch in niedrigeren Infektionsraten wider? Genau das will Gilbert nun herausfnden. Zwar weiß man von Frühgeborenen-Intensivstationen, dass sich das Mikrobiom im Raum irgendwann auch im Körper der Babys wiederfndet. Aber das heißt noch lange nicht, dass dasselbe auch für immunologisch wehrhaftere Erwachsene gilt.
Am Berliner Robert-Koch-Institut sieht man solche Überlegungen kritisch. „Es gibt viele Bakterien, die im Allgemeinen für gesunde Menschen harmlos sind, welche jedoch unter bestimmten Bedingungen Infektionen verursachen können“, sagt Melanie Brunke vom Fachgebiet für Angewandte Infektions- und Krankenhaushygiene der Behörde. Selbst bei Gilberts Bakterien sei beispielsweise zu bedenken: Enge Verwandte, die ebenfalls zur Gattung Bacillus gehören, können bei Frühgeborenen eine Blutvergiftung verursachen. Auch für andere Patienten mit einem stark geschwächten Abwehrsystem – beispielsweise nach einer Chemotherapie oder Organtransplantation – kann ein Keim lebensgefährlich werden, der für andere unbedenklich ist. Zudem befürchtet man in Berlin, dass der Mensch sich überschätzt, wenn er meint, er könne bakteriellen Gemeinschaften seinen Willen aufzwingen: Auch bei Bacillus subtilis sei zum Beispiel nicht auszuschlie- ßen, dass er von anderen Keimen Gene übernehme und dann ganz neue Eigenschaften zeigte. Gerade weil es so schwer ist, die guten von den schlechten Mikroben zu unterscheiden, lautet die RKI-Devise weiterhin, dass in unmittelbarer Nähe des Patienten möglichst Keimfreiheit zu herrschen habe.


Mycobacterium tuberculosis.


Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus.

Bakterien im Krankenzimmer. Aber wenn das so selten gelingt wie die Studien zeigen, ist es dann nicht besser, Bakterien im Krankenzimmer zu haben, die nur selten gefährlich werden, als solche, die es immer sind? Vom Idealzustand ist die aktuelle Situation in deutschen Krankenhäusern ja mindestens genauso weit entfernt wie das Setting auf Gilberts Versuchsstation. Zudem liegen nicht in allen Zimmern immungeschwächte Patienten. Bevor man eine Revolution in der Hygiene erwägt, lautet das Gegenargument, soll Gilbert erst einmal entsprechende Beweise vorlegen.


Schwarzlicht. Im Reinraum der Payload Hazardous Processing Facility im Kennedy Space Center der NASA verwendet ein Mitarbeiter des Goddard Space Flight Center Schwarzlicht um Verunreinigungen sichtbar zu machen, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind.

Dr. Norbert Struß, niedergelassener Zahnarzt in Freiburg und stellvertretender Präsident der Landeszahnärztekammer Baden-Württemberg, fndet, all das könnte Anlass sein, auch in der Zahnmedizin neu nachzudenken. Schließlich werden auch hier von der Kommission für Krankenhaushygiene und Infektionsprävention des Robert Koch-Instituts nach jeder Behandlung Desinfektionen aller kontaminierten patientennahen Oberflächen und einmal pro Tag aller Arbeitsflächen empfohlen.
Tatsächlich lässt sich auch in der Zahnarztpraxis nachweisen, dass sich die Bakterien des Patienten nach einer Behandlung auf allen Flächen im Zimmer fnden. Dasselbe gilt für alle Instrumente, die offen auf diesen Flächen liegen, sagt Andreas Podbielski, Direktor des Instituts für Medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene des Universitätskrankenhauses Rostock. „Beim Absaugen, beim Spülen, beim Arbeiten mit Ultraschall oder Pulverstrahlgeräten werden am laufenden Meter bakterienhaltige Aerosole produziert“, sagt er – und die haben eine Reichweite von mehreren Metern. Selbst der empfndlichste Keim schaffe es auf diese Weise, mehr als zwanzig Minuten im hintersten Winkel zu überleben.


Acinetobacter.


Campylobacter.

Ob das Konsequenzen hat und sich Menschen auf diesem Weg infzieren, lässt sich laut Podbielski nicht wirklich beurteilen. Es gibt weder systematische Studien noch eine offzielle Erfassung der Zahl von Infektionen bei zahnärztlichem Personal oder ihren Patienten. Die Berufsgenossenschaft für Gesundheit und Wohlfahrtspflege erkannte in diesem Bereich zwischen den Jahren 2000 und 2015 als Berufserkrankungen pro Jahr 8 bis 16 Hepatitis-B-Infektionen, 16 bis 24 Fälle von Hepatitis-C, zwei bis acht Tuberkuloseerkrankungen und 0 bis 1 HIV-Übertragungen an. Mehr steht an Datenmaterial in Deutschland nicht zur Verfügung. „Zudem ist von einer hohen Dunkelziffer auszugehen“, sagt der Mikrobiologe. Die Zahl von Infektionen bei den weniger exponierten Patienten dürfte noch deutlich darunter liegen.
Inzwischen gibt es noch niedrigere Fallzahlen: 2019 wurden laut Podbielski nur noch drei Hepatitisfälle pro Jahr von der BGW bei Angehörigen des zahnärztlichen Personals gezählt – „was für mich ein Indiz dafür ist, dass sich das gegenwärtige Regelwerk bewährt und in den Praxen mehr Hygiene gelebt wird“, lautet seine Schlussfolgerung. Anders als Dr. Struß sieht er deshalb keinen Reformbedarf: „Die aktuellen Hygienevorschriften in Zahnarztpraxen sind lebbar, sie sind sehr plausibel begründet und sie erreichen, was sie sollen.“ Das bezieht sich auch auf den Umgang mit Instrumenten und medizinischen Geräten. Und in diesem Punkt dürften ihm selbst Gilbert und Berg zustimmen: Alles, was schützende Barrieren verletzt und auf diese Weise den Bakterien den Weg ins Innere des Körpers ebnet, muss minutiös gereinigt und sterilisiert werden, sagt zum Beispiel auch der Amerikaner – denn hier sei kein Erreger als unbedenklich anzusehen.
Noch sind seine Visionen nur Gedankenspiele. Ob tatsächlich einmal weniger Desinfektion mehr Hygiene bedeuten könnte, wird die Fachwelt in vier Monaten wissen. Dann sollen die Ergebnisse von Jack Gilberts Krankenhaus-Studie mit Bacillus subtilis vorliegen.

Michael Brendler