Die einzellige Grünalge C. reinhardtii dient als Modellorganismus und ist aufgrund des GRAS-Status, des schnellen, kostengünstigen Wachstums und der Möglichkeit posttranslationaler Modifikationen im Kerngenom, als Expressionssystem für beispielsweise orale Impfstoffe sehr interessant. Herausforderungen sind die im Vergleich zu konventionell verwendeten Expressionssystemen sehr geringen Expressionsraten im Kerngenom. Daher sollten in dieser Arbeit neuartige, teils induzierbare, Promotorkonstrukte verwendet und mittels Luciferase-Reporter auf ihre Expressionssteigerung hin getestet werden. Zunächst wurden ausgewählte Promotoren des Chlorella-Virus-1 (PBCV-1) gewählt, diese führten allerdings zu keiner Expression. Außerdem wurden synthetische, aneinandergereihte Hitzeschockelemente mit dem endogenen RBCS2-Promotor fusioniert und die Expressionsraten analysiert. Dabei ergab sich bei der Kombination aus dem synthetischen Hitzeschockelement in achtfacher Wiederholung (HSE8x) mit RBCS2 nach der Hitzeinduktion eine Steigerung der Expressionsrate um das bis zu dreifache. Die Basalexpression war hierbei bei HSE1x-RBCS2 am höchsten und erreichte Expressionslevels, welche um das fünffache höher lagen als die Positivkontrolle HSP70A-RBCS2. Mittels Chromatinimmunopräzipitation mit dem Antikörper gegen HSF1 konnte gezeigt werden, dass eine Bindung an das synthetische Hitzeschockelement vorliegt und deshalb die Expression über die konventionelle Hitzeschockantwort in Chlamydomonas reinhardtii funktioniert. Im Gegensatz zur Luciferase benötigen Fluoreszenzproteine als Reporter kein Substrat. Infolge dieses Vorteils und der Möglichkeiten der FACS-Analyse und Fluoreszenzmikroskopie wurde tagRFP als neuer Reporter in C. reinhardtii etabliert. Die Erhöhung der Expressionsrate durch neue Promotorkombinationen und die Anwendung von tagRFP als neuen Fluoreszenzreporter bedeuten wichtige Schritte in der Etablierung von C.reinhardtii als Expressionssystem für Produkte in der Biotechnologie. / The unicellular green alga C.reinhardtii which is used as a model organism could be an interesting expression system for oral vaccines. This is because the alga is generally regarded as safe, it shows fast growth rates and culturing is cheap. Furthermore it offers the possibility of posttranslational modifications. Challenges lie in the low expression rates in the nuclear genome when compared to other expression systems. Therefore the first step in this work was to test whether selected Chlorella virus PBCV-1 promoters, do lead to enhanced expression rates, but there was no detectable expression. Furthermore synthetic repeats of heat shock elements were used in combination with the endogenous RBCS2-promoter and analysed for expression rates via reporter measurements. The combination of synthetic heat shock elements in eightfold repeats in combination with RBCS2 enhanced expression rates of luciferase after heat shock up to threefold in comparison with the up to now strongest known promoter combination HSP70A-RBCS2. Basalexpression turned out to be best for the HSE1x-RBCS2 promoter and reached expression levels fivefold higher compared to HSP70A-RBCS2. To examine if the artificial heat shock elements (HSEs) are bound by the heat shock factor 1 in C. reinhardtii a ChIP assay with HSE8x-RBCS2 and the antibody of HSF1 of C. reinhardtii was done. It could be shown that HSF1 binds HSEs and therefore one can explain the heat shock inducibility of HSEs is regulated via the conserved heat shock response. In contrast to luciferase fluorescence reporters do not need substrate. Because of this advantage and the possibility of FACS analyses and fluorescence microscopy tagRFP was established as new reporter in C.reinhardtii. Enhancement of expression rates through new constitutive and inducible promoter combinations and the possible use of tagRFP as new fluorescence reporter are significant steps in establishing C.reinhardtii as expression system for products in biotechnology.

Weltweit kommt es jährlich zu 90 Mio. Neuinfektionen mit dem sexuell übertragbaren Erreger Chlamydia trachomatis. Allerdings sind die Faktoren, die eine erfolgreiche bakterielle Vermehrung ermöglichen, weitgehend unbekannt. Während ihrer obligat intrazellulären Entwicklung sind Chlamydien auf die Errichtung und Erhaltung ihrer Nische, der Inklusion, angewiesen. Durch Interaktionen mit vesikulären Transportwegen der Wirtszelle, welche z.B. Sphingolipide transportieren, sichern die Bakterien ihr Überleben. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Chlamydien während einer Infektion die Auflösung der Struktur des Golgi-Apparates induzieren. Mit Hilfe der RNA-Interferenz-Technik (RNAi) wurden die Auswirkungen des Verlustes von Golgi-Strukturproteinen auf die bakterielle Vermehrung untersucht. Der funktionelle Ausfall von Golginen, wie z.B. Golgin-84 führte zu einer Fragmentierung des Golgi-Apparates. Diese begünstigte die chlamydiale Produktion neuer infektiöser Partikel, was eine verbesserte Versorgung mit Nährstoffen nahelegt. Im vesikulären Transport von Nährstoffen übernehmen Rab-Proteine eine Schlüsselrolle. Interessanterweise konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass der Verlust von Rab6 und Rab11 durch RNAi zu einer signifikanten Verringerung der Anzahl infektiöser Nachkommen führte. In diesen Zellen wurde der Golgi-Apparat nicht fragmentiert und der Transport von Sphingolipiden zu den Bakterien war stark vermindert. Untersuchungen nach simultaner Herunterregulation von Golgin-84 und Rab6 oder Rab11 demonstrierten abschließend, dass eine Kontrolle der Golgin-84-induzierten Golgi-Fragmentierung über Rab-Proteine möglich sein könnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit offenbaren einen neuen Zusammenhang zwischen der Struktur des Golgi-Apparates und dessen Kontrolle über Rab-Proteine und ermöglichen einen tieferen Einblick in die Funktion des Golgi-Apparates während einer Chlamydien-Infektion. / Worldwide, approximately 90 mio. people are infected with the obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis. However the factors involved in its successful infection and replication remain unknown. Chlamydia survive and replicate within a membrane bound niche inside host cells, termed the inclusion. To ensure survival, the chlamydial inclusion intercepts vesicular trafficking pathways of the host cell to acquire essential nutrients, such as sphingolipids. However, the exact mechanisms by which Chlamydia acquire these lipids have not been elucidated. The present work established that infection of host mammalian cells with C. trachomatis induced fragmentation of the Golgi-apparatus, but details of the mechanism to the bacterium’s pathogenesis are still required. Using RNA-Interference the role of specific Golgi-apparatus structural proteins in bacterial infectivity was investigated. Knockdown of Golgins in host cells resulted in a fragmented Golgi-apparatus and an associated increase in chlamydial replication, suggesting an enhanced acquisition of nutrients. Since Rab-proteins are known to co-ordinate the intracellular vesicular transport of nutrients, their importance in chlamydial infectivity was also investigated. Interestingly, knock down of Rab6 and Rab11 led to a significant reduction in infectious progeny. Surprisingly, upon knock down of Rab6 or Rab11 the Golgi-apparatus remained intact and sphingolipid transport into the inclusion was severely perturbed. Finally, analysis of cells simultaneously depleted of golgin-84 and Rab6 or Rab11 suggested a possible role of Rab-proteins in the control of golgin-84-induced Golgi fragmentation. These data demonstrate a yet unknown relationship between the structure of the Golgi-apparatus and its regulation and control by Rab-proteins. Furthermore, this work contributes to the existing knowledge regarding the function of the Golgi-apparatus during chlamydial infections.