Deutsch: Zurzeit können der humane Komplementfaktor 5a (C5a) sowie das Interleukin 6 (IL6) nur in kleinen Mengen als lösliches, biologisch aktives Molekül in Escherichia coli produziert werden. In der vorliegenden Dissertation wurde die Eignung von E. coli mit der von Nicotiana-Arten als rekombinantes Produktionssystem für die industrielle Großprodkution verglichen. In E. coli konnte die Aggregation beider Proteine zu Inclusion bodies durch die Kombination von gentechnischen Veränderungen des Bakterienstamms mit spezifischen Kultivierungsbedingungen. Der Gehalt an löslichem, funktionellem Protein wurde auf 0,65% TSP (C5a) bzw. 0,54% (IL6) gesteigert. Nichtsdestotrotz aggregierte der Großteil der rekombinanten Proteine nach wie vor in Inclusion bodies, weshalb dieses prokaryotische System für die rekombinante Produktion von C5a und IL6 ungeeignet ist. Für die Produktion beider Immunomodulatoren in N. tabacum wurde die kommerzielle Tabaksorte ‚Geudertheimer’ genutzt. Unter Verwendung des konstitutiven CaMV 35S Promotors wurde die Expression in verschiedenen Kompartimenten (Apoplasma, endoplasmatisches Retikulum (ER) und Proetin-Speicher-Vakuole (PSV)) sowie Geweben (Blatt und Samen) untersucht. Der höchste Gehalt an löslichem, biologisch aktivem C5a wurde für die Variante mit dem vakuolären Signalpeptid erreicht (0.014% des Gesamtlöslichen Proteins (TSP)), wohingegen bei dem IL6 mit dem ER-Rückhaltepeptid die größte Anreicherung gemessen wurde (0.14% TSP). Aufgrund des höheren Gesamtproteingehalts sowie der höheren Stabilität in geerntetem Pflanzenmaterial sind Samen im Vergleich zur Expression in Blättern für die kommerzielle von C5a und IL6 Produktion in stabil transformierten Tabakpflanzen geeigneter. Als Alternative wurde die transiente Expression in Blättern von N. benthamiana unter Verwendung des MagnICON-Systems untersucht. Während IL6 mit bis zu 7% TSP erfolgreich produziert wurde, führte die Überexpression von C5a zum vorzeitigen Absterben der Blätter und Abbau des rekombinanten Zielproteins. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass entweder durch die stabile Expression in Samen oder die transiente Expression in Blättern hohe Ausbeuten an löslichem, funktionellem C5a und IL6 in Nicotiana erzielt werden können. Somit könnte dieses System E. coli als Produktionsplattform ersetzen.
English: Up to now, the human complement factor 5a (C5a) and interleukin 6 have only been produced in small quantities as soluble, bioactive molecules in Escherichia coli, which is not suitable for commercial production systems. In this study, we compared the production platform E. coli with Nicotiana species. In E. coli the aggregation-prone nature of both proteins has been overcome by the combination of strain engineering with specific cultivation conditions. Final yields of soluble, functional C5a and IL6 reached up to 0.65% TSP and 0.54% of TSP, respectively. However, the majority of both proteins were found in inclusion bodies, demonstrating that E. coli is not the optimal expression platform for these two complex glycoproteins. In parallel, both immunomodulators were expressed in the commercial Nicotiana tabacum cultivar ‘Geudertheimer’. Using the strong and constitutive CaMV 35S promoter, we compared different targeting strategies (apoplast, endoplasmic reticulum (ER) and protein storage vacuoles (PSVs)). Moreover we tested different tissues, leaves and seeds for their impact on protein yields. Both human immnomodulators were successful produced in a soluble conformation. Highest expression of C5a was observed when sorted to the PSVs, reaching up to 0.014% of TSP, whereas IL6 predominantly accumulated in the ER, yielding 0.14% of TSP. Seeds proved to be an attractive alternative to leaf based expression, due to the higher stability of recombinant protein and the higher TSP content per fresh weight. Alternatively to stable transformation, we expressed ER-targeted IL6 transiently in leaves using the MagnICON system at levels of 7% TSP in N. benthamiana, but only 0.5% Geudertheimer. The transient expression of C5a failed, since it induced leaf senescence and necrosis. Importantly, plant-derived C5a and IL6 proved to be biological active. In conclusion, we demonstrated that proteolytic degradation of instable C5a and IL6 in tobacco can be encountered by either the expression in seeds or by the prodigious proteinsyntheses rates of viral replicon, and might be an attractive alternative to E. coli based fermentation.