30.06.2026 Neue Early Career Postdoc-Gruppe am Microcosm Earth Center (MEC)
Dr. Liujuan Zheng untersucht mit seinem Team die Stressantwort von Bakterien
Wie passen Bakterien ihre Biochemie an Stresssituationen an? Diese Fragestellung steht im Zentrum der Early Career Postdoc-Gruppe (ECPG) am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde/Microcosm Earth Center (MEC). Die Gruppe wird von Dr. Liujuan Zheng geleitet. Sie markiert den Beginn eines neuen Förderformats: eine frühe, eigenständige Nachwuchsgruppe für vielversprechende Forschende zu Beginn ihrer Karriere, ausgestattet mit eigenen Ressourcen und eingebunden in das exzellente Forschungsnetzwerk am Campus Lahnberge.
Liujuan Zhengs wissenschaftlicher Weg führte ihn früh über Fachgrenzen hinweg. Ausgebildet als Pharmazeut beschäftigte er sich zunächst mit Naturstoffen aus Pilzen. Besonders faszinierte ihn die molekulare Maschinerie, die diese Stoffwechselprodukte herstellt: die Enzyme. „Für ein einziges Naturprodukt setzen Organismen manchmal Dutzende verschiedener Enzyme ein. Ich wollte verstehen, wie das auf molekularer Ebene funktioniert“, berichtet er. 2021 wechselte er als Postdoktorand in die Gruppe von Prof. Dr. Gert Bange, Professor an der Philipps-Universität Marburg und Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie (MPI-TM) auf den Marburger Lahnbergen. Dort entwickelte sich sein Forschungsfokus grundlegend weiter.
Vom Stoffwechsel zur Stressreaktion
Auf Anraten seines Mentors Gert Bange vertiefte Liujuan Zheng eine Fragestellung, die über sein ursprüngliches Thema hinausgeht: Wie regulieren Zellen ihre Antwort auf Stress? Im Zentrum dieser Frage steht ein Schlüsselenzym des Stoffwechsels, die Acetyl-CoA-Synthetase (AcsA). Sie wandelt Essigsäure (Acetat) in den Cofaktor Acetyl-CoA um, eine zentrale Verbindung, die nahezu alle Stoffwechselwege von Bakterien bis zum Menschen benötigen. Die Regulierung dieses Enzyms ist daher grundlegend.
Im Modellorganismus Bacillus subtilis untersuchte Liujuan Zheng ein Operon – eine Gruppe von Genen, die gemeinsam abgelesen werden und zusammengehörige Proteine herstellen. Konkret handelt es sich um das acuABC-Operon, das drei Proteine kodiert: AcuA, AcuB und AcuC. AcuA inaktiviert die Acetyl-CoA-Synthetase durch das Anhängen einer Acetylgruppe; AcuC entfernt diese Modifikation wieder und reaktiviert das Enzym. Diese reversible Proteinacetylierung ermöglicht es Bakterien, ihre Enzymaktivität flexibel an unterschiedliche Stoffwechselbedingungen anzupassen. Liujuan Zheng und seine Kolleginnen und Kollegen zeigten, dass AcuA zusätzlich einen zweiten Wirkmechanismus besitzt: Es bildet mit der Acetyl-CoA-Synthetase einen stabilen Proteinkomplex und hemmt das Enzym auch ohne chemische Modifikation, durch direkte Bindung. „Wir haben somit zwei Mechanismen identifiziert, mit denen dieses zentrale Enzym reguliert wird“, fasst Zheng zusammen.
Und das dritte Protein im Bunde, AcuB? Entdeckt wurde es bereits vor über dreißig Jahren – seine Funktion blieb jedoch unbekannt. In einer internationalen Kooperation mit Prof. Jade Wang (USA) erzielten Liujuan Zheng und die Forschungsgruppe um Gert Bange einen Durchbruch: AcuB bindet spezifisch das Signalmolekül Diadenosintetraphosphat (Ap4A). Dieses Molekül ist ungewöhnlich, da es sich in Bakterien vor allem unter Stressbedingungen wie Hitze oder oxidativem Stress durch Sauerstoffradikale anreichert.
Ein Regulierungsmechanismus von weitreichender Bedeutung
Ap4A galt lange als biochemische Kuriosität. Heute ist bekannt, dass es in nahezu allen Lebewesen vorkommt und eine wichtige Rolle als Signalmolekül spielt. Die Bindung von Ap4A an AcuB hemmt indirekt das reaktivierende Enzym AcuC, sodass die Acetylierung von Proteinen unter Stress länger bestehen bleibt. Die Entdeckung, dass Stress über Ap4A direkt die Acetylierungsmaschinerie der Zelle beeinflusst, zeigt, dass Stoffwechselzustand und Stresslevel gemeinsam die Proteinacetylierung steuern. Die Untersuchung eines einzelnen Stoffwechselenzyms führte somit zur Entdeckung eines komplexen Regulationsmechanismus.
Diese Forschung besitzt nicht nur grundlegende Bedeutung für die Mikrobiologie. Acetyl-CoA-Synthetasen und Proteinacetylierung kommen in nahezu allen Lebensformen vor – von Bakterien und Pilzen bis zum Menschen. Besonders interessant ist, dass Tumorzellen bevorzugt Acetat als Kohlenstoffquelle nutzen und dafür aktive Acetyl-CoA-Synthetasen benötigen. Die Hemmung dieser Enzyme könnte das Wachstum von Krebszellen gezielt beeinträchtigen, während gesunde Zellen, die weniger auf Acetat angewiesen sind, weniger betroffen wären. Erste Wirkstoffe, die diesen Ansatz verfolgen, befinden sich bereits in präklinischer Erprobung.
Auch in anderen Bereichen spielen die Regulation von Acetyl-CoA-Synthetasen und die Proteinacetylierung eine Rolle, etwa in der menschlichen Epigenetik. Ein vertieftes Verständnis könnte sich als nützlich erweisen, um Infektionskrankheiten zu behandeln. Ähnliches gilt für die Umweltmikrobiologie, insbesondere für die Analyse mikrobieller Prozesse im Kontext des Klimawandels. Mikroorganismen spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufnahme und Umwandlung von Acetat aus der Umwelt.
Das neue Format der „Early Career Postdoc Group“
Das neue Format der Early Career Postdoc-Gruppe am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde (MEC) richtet sich an junge Forschende kurz nach der Promotion und ermöglicht ihnen, früher als bisher üblich eine eigene Gruppe aufzubauen und eigene Forschungsideen zu verwirklichen. „Meine Arbeit hat sich nun erweitert: Neben der eigenen Forschung geht es auch darum, die Studierenden in meinem Team zu fördern. Und ein eigenes Team gibt mir die Möglichkeit, viel mehr auszuprobieren.“
Mit der neuen Gruppe schließt sich für Liujuan Zheng ein Kreis, der seinen wissenschaftlichen Werdegang verbindet. Von der Frage, wie Acetyl-CoA-Synthetasen wirken, wendet er sich der umgekehrten Fragestellung zu: Wie steuern Stoffwechselprodukte dieses zentrale Enzym? „Während meiner Promotion untersuchte ich, welche Wirkung Naturstoffe auf Menschen haben, etwa als Antibiotika. Bakterien und Pilze produzieren diese Moleküle jedoch nicht für uns, sondern sie können Funktionen innerhalb der Zelle erfüllen. Eine davon ist offenbar die Signalweiterleitung“, erläutert Liujuan Zheng.
Seine Gruppe ist an die Philipps-Universität Marburg (UMR) angebunden und profitiert von der engen Kooperation zwischen Universität und Max-Planck-Institut, die nicht nur das MEC maßgeblich prägt. „Ich forsche seit rund zehn Jahren in Marburg, ohne in eine Großstadt wechseln zu müssen. Es ist selten, Forschungsschwerpunkte mit Zugang zu allen erforderlichen Technologien erweitern zu können und gleichzeitig mit zahlreichen herausragenden Kolleginnen und Kollegen zusammenzuarbeiten – das ist außergewöhnlich“, betont Liujuan Zheng.
Prof. Dr. Gert Bange, Vizepräsident für Forschung der Philipps-Universität Marburg, ergänzt: „Es war mir eine große Freude, die Entwicklung von Liujuan Zheng als Postdoktorand in meiner Gruppe begleiten zu dürfen. Liujuan ist ein echtes wissenschaftliches Talent und beschreitet neue Wege. Genau solche Forschenden brauchen wir am Standort Marburg. Ich freue mich sehr über den Start seiner Early Career Postdoc-Gruppe und wünsche ihm und seinem Team viel Erfolg."
Das Microcosm Earth Center (MEC) ist ein gemeinsames Projekt des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI-TM) und der Philipps-Universität Marburg (UMR). Es widmet sich dem aktuellen und komplexen Themenfeld der Umwelt- und Klimamikrobiologie – von molekularen Prozessen bis zu globalen Stoffkreisläufen. Das Zentrum wird vom Land Hessen gefördert und ergänzt das Forschungszentrum SYNMIKRO als weiteren Knotenpunkt interdisziplinärer Mikrobiologie in Marburg.
Quelle: Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI-TM)