For all animals the cold represents a dreadful danger. In the event of severe heat loss, animals fall into a chill coma. If this state persists, it is inevitably followed by death. In poikilotherms (e.g. insects), the optimal temperature range is narrow compared to homeotherms (e.g. mammals), resulting in a critical core temperature being reached more quickly. As a consequence, poikilotherms either had to develop survival strategies, migrate or die. Unlike the majority of insects, the Western honeybee (Apis mellifera) is able to organize itself into a superorganism. In this process, worker bees warm and cool the colony by coordinated use of their flight muscles. This enables precise control of the core temperature in the hive, analogous to the core body temperature in homeothermic animals. However, to survive the harsh temperatures in the northern hemisphere, the thermogenic mechanism of honeybees must be in constant readiness. This mechanism is called shivering thermogenesis, in which honeybees generate heat using their flight muscles. My thesis presents the molecular and neurochemical background underlying shivering thermogenesis in worker honeybees. In this context, I investigated biogenic amine signaling. I found that the depletion of vesicular monoamines impairs thermogenesis, resulting in a decrease in thoracic temperature. Subsequent investigations involving various biogenic amines showed that octopamine can reverse this effect. This clearly indicates the involvement of the octopaminergic system. Proceeding from these results, the next step was to elucidate the honeybee thoracic octopaminergic system. This required a multidisciplinary approach to ultimately provide profound insights into the function and action of octopamine at the flight muscles. This led to the identification of octopaminergic flight muscle controlling neurons, which presumably transport octopamine to the flight muscle release sites. These neurons most likely innervate octopamine β receptors and their activation may stimulate intracellular glycolytic pathways, which ensure sufficient energy supply to the muscles. Next, I examined the response of the thoracic octopaminergic system to cold stress conditions. I found that the thoracic octopaminergic system tends towards an equilibrium, even though the initial stress response leads to fluctuations of octopamine signaling. My results indicate the importance of the neuro-muscular octopaminergic system and thus the need for its robustness. Moreover, cold sensitivity was observed for the expression of one transcript of the octopamine receptor gene AmOARβ2. Furthermore, I found that honeybees without colony context show a physiological disruption within the octopaminergic system. This disruption has profound effects on the honeybees protection against the cold. I could show how important the neuro-muscular octopaminergic system is for thermogenesis in honeybees. In this context, the previously unknown neurochemical modulation of the honeybee thorax has now been revealed. I also provide a broad basis to conduct further experiments regarding honeybee thermogenesis and muscle physiology. / Kälte stellt für alle Tiere eine lebensbedrohliche Situation dar. Erleiden sie einen schwerwiegenden Wärmeverlust, stellt sich der Zustand eines Kältekomas ein. Hält dieser Zustand über einen längeren Zeitraum an, folgt unweigerlich der Tod. Poikilotherme (z.B. Insekten) weisen ein schmaleres optimales Temperaturfenster als Homoiotherme (z.B. Säugetiere) auf, wodurch sie ihre kritische Körpertemperatur schneller erreichen. Dadurch waren Poikilotherme gezwungen entweder Überlebenstrategien zu entwickeln, abzuwandern oder zu sterben. Im Gegensatz zu den meisten anderen Insektenarten, ist die Westliche Honigbiene Apis mellifera in der Lage einen Superorganismus zu bilden, in dem Arbeiterbienen durch den koordinierten Einsatz ihrer Flugmuskeln für Erwärmung oder Abkühlung sorgen. In Analogie zur Körpertemperatur von Homoiothermen, ermöglicht dies die exakte Kontrolle der Kerntemperatur des Bienenstocks. Um unter den rauen Bedingungen in der nördlichen Hemisphäre bestehen zu können, muss eine ununterbrochene Einsatzbereitschaft des thermogenen Mechanismus der Honigbiene garantiert werden. Dabei ist die Honigbiene in der Lage durch Zittern der Flugmuskulatur Wärme zu erzeugen. In dieser Dissertation stelle ich die molekularen und neurochemischen Grundlagen des thermogenen Muskelzitterns bei Honigbienenarbeiterinnen vor. In diesem Zusammenhang habe ich die Signalwege von verschiedenen biogenen Aminen untersucht und konnte demonstrieren, dass eine Erschöpfung vesikulärer Monoamine den Prozess der Thermogenese beeinflusst und zu einem Absinken der Thoraxtemperatur führt. Unter Einbeziehung veschiedener biogener Amine, konnten Folgeuntersuchungen zeigen, dass dieser Effekt durch Octopamin rückgängig gemacht werden kann. Dies weist eindeutig auf eine Beteiligung des octopaminergen Systems hin. Auf Basis dieser Erkenntnisse folgte die Erforschung des thorakalen octopaminergen Systems der Honigbiene. Dabei erforderte es einen multidisziplinären Ansatz, um weitere Einblicke in die Funktion und Wirkung von Octopamin in der Flugmuskulatur zu gewinnen. Im Zuge dessen, konnten flugmuskelinnervierende octopaminerge Neuronen identifiziert werden, die mutmaßlich die Flugmuskeln mit Octopamin versorgen. Es sind höchstwahrscheinlich diese Neuronen, die für eine Stimulation von Octopamin-β-Rezeptoren verantwortlich sind und wordurch intrazelluläre glykolytische Prozesse eine ausreichende Muskelversorgung gewährleisten. In den darauffolgenden Experimenten habe ich das Ansprechen des thorakalen octopaminergen Systems auf Kältestress untersucht und konnte zeigen, dass dieses System nach einem Gleichgewichtszustand strebt. Dies trifft selbst nach einer starken initialen Stressantwort zu. Meine Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutsamkeit des neuromuskulären octopaminergen Systems und zeigen seine erforderliche Resilienz gegenüber exogenen Faktoren. Es konnte die Kälteempfindlichkeit eines Transkriptes des Octopaminrezeptorgens AmOARβ2 nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass Honigbienen ohne den sozialen Kontext der Kolonie eine starke physiologische Störung innerhalb des untersuchten Systems und damit auch in Bezug auf ihre Kälteresilienz aufweisen. Meine Dissertation verdeutlicht die enorme Bedeutung des neuromuskulären octopaminergen Systems im Kontext der Thermogenese im Organismus Honigbiene. In diesem Rahmen konnte die bisher unerforschte neurochemische Modulation des Honigbienenthorax aufgeklärt werden. Darüber hinaus bietet meine Arbeit eine Grundlage für künftige Experimente zur Thermogenese und Muskelphysiologie der Honigbiene.

Synthetic Biology is a relatively new and multi-faceted interdisciplinary emergent field of research that combines biology with technology in novel and exciting ways. One of its main branches aims to see living systems engineered in a rational and straightforward bottom-up approach, like in other engineering disciplines. The inherent complex nature of living systems turns them into a difficult and challenging substrate where to apply common engineering principles such as standardization, abstraction and modularity. Efforts to overcome these limitations and adapt such principles for working upon living systems have been devoted, though yet with relative success. The aim of this Thesis is to critically explore what is Synthetic Biology and how far it is from a veritable engineering discipline. In this Thesis, we first present a review that thoroughly explores and discusses this scenario. Then, we present two works that shall contribute to this ambitious and hard goal. First, within the context of standardization, we address the need for better genetic parts characterization by providing an example of a biologically grounded framework inspired by classical enzymology theory. Second, and in relation with the principle of modularity, we provide a theoretical framework, in this case inspired by the Ohm’s law of electric theory, that describes the unintended coupling of the coexisting genetic loads within a given host cell due to sharing a limited common pool of machinery and resources. Together, both works contribute, on one hand, to increase our understanding of the organizing principles of living systems, and on the other hand, to improve how engineering principles are applied to synthetic circuit design. Finally, these works emphasize the need to find better experimentally backed-up theoretical frameworks or models that should allow us to jump from the current time-consuming, trial-error and ad hoc Synthetic Biology to a well-established engineering discipline as fruitful and efficient with the living systems realm as other engineering disciplines are. / La Biologia Sintètica és un camp de recerca emergent relativament nou i multi-facètic que combina la biologia amb la tecnologia de formes innovadores i emocionants. Una de les seves principals branques té com a objectiu aconseguir ingenieritzar els sistemes vius des d’abaix de manera racional i senzilla, tal com passa en altres tipus d’enginyeria. La naturalesa inherentment complexa dels éssers vius els converteix en un substrat difícil sobre el qual aplicar principis d’enginyeria com l’abstracció, l’estandardització i la modularitat. S’han dedicat esforços per superar aquestes limitacions i adaptar aquests principis perquè funcionin sobre sistemes vius, tot i que encara que amb un èxit relatiu. L’objectiu d’aquesta tesi és explorar críticament què és la Biologia Sintètica i quan lluny està de ser una veritable enginyeria. En aquesta tesi, primer presentem un article de revisió que explora i discuteix a fons aquest escenari. Després presentem dos treballs que han de contribuir a aquest ambiciós i difícil objectiu. En primer lloc, en el context de l’estandardització, adrecem la necessitat d’una millor caracterització de les parts genètiques oferint un exemple de marc teòric amb fonaments biològics que esta inspirat en teoria enzimològica clàssica. En segon lloc, i relacionat amb el principi de modularitat, oferim un marc teòric, aquest cop inspirat en la llei de Ohm de la teoria elèctrica, que descriu l’aparellament no intencionat de les carregues genètiques coexistents dins d’una cèl.lula hoste qualssevol degut al fet de compartir un conjunt comú limitat de recursos i maquinària cel•lular. Ambdós treballs contribueixen, per un cantó, a incrementar el nostre coneixement sobre els principis d’organització dels éssers vius, i per l’altre, a millorar com s’apliquen els principis d’enginyeria pel disseny de circuits sintètics. Finalment, aquests treballs emfatitzen la necessitat de trobar millors marcs teòrics o models recolzats experimentalment que haurien de permetre’ns fer un salt des de l’actual Biologia Sintètica ad hoc, farregosa i basada en assaig-error, a un tipus d’enginyeria ben establerta que pugui ser tan profitosa i eficient en el reialme dels éssers vius com ho són les altres enginyeries.

No description available.

No description available.

The Xenopus pronephros is a simple paired organ; each nephron consists of a single large glomus, one set of tubules and a single duct. Previous work done in our laboratory demonstrates that the tubules and duct are specified at stages 12.5 and 14 respectively and the glomus is specified at stage 12.5. The kidney unit functions to control water balance and dispose of wastes. The simple organisation of the pronephros and the amenability of Xenopus laevis embryos to manipulation make the Xenopus pronephros an attractive system in which to study organogenesis. It has been shown that pronephric tubules can be induced to form in presumptive ectodermal tissue by treatment with RA and activin. Members of this laboratory have used this system in a subtractive hybridisation screen that resulted in the cloning of Xenopus laevis annexin IV (Xanx-4). In this thesis it has been demonstrated that Xanx-4 transcripts are specifically located to the developing pronephric tubules, and the protein to the luminal surface of these tubules. Temporal expression shows zygotic transcription is upregulated at the time of pronephric tubule specification. The temporal and spatial expression pattern of Xanx-4 suggests it may have a role in pronephric tubule development. Overexpression of Xanx-4 yields no apparent phenotype. Depletion of Xanx-4 dsRNA was tested and was shown to specifically reduce levels of Xanx-4 protein in oocytes. Xanx-4 siRNA was also tested for efficacy and was shown to cause a reduced pronephric tubule phenotype. However analysis of the effects of dsRNA and siRNA on mRNA levels have proved inconclusive and cast doubt on the usefulness of dsRNAs in Xenopus laevis. Further studies on RNAi in Xenopus will be required before it can be judged a reliable method for interfering with gene expression. Xanx-4 depletion, using morpholinos produces a shortened, enlarged tubule phenotype. The phenotype observed can be rescued by coinjection of Xanx-4 mRNA. Thus, Xanx-4 can be successfully depleted in embryos using morpholino oligos.

Ehud Weinstein, Meir Feder, and Alan V. Oppenheim. / Includes bibliographical references (p. 15). / Supported by the Defense Advanced Research Projects Agency, monitored by the Office of Naval Research. N00014-89-J-1489 Supported by the U.S. Air Force Office of Scientific Research. AFOSR-91-0034 Supported by the U.S. Navy Office of Naval Research. N00014-90-J-1109 Supported by the Wolfson Research Awards administered by the Israel Academy of Sciences and Humanities.

Les cèl.lules T reguladores naturals (nTregs) són limfòcits que es generen durant la selecció tímica i que formen part dels mecanismes que té el sistema immunitari per mantenir la seva homeostasi i controlar respostes autoreactives que poden conduir a l’autoimmunitat. Les nTregs són emigrants tímics que expressen de forma estable FOXP3, gràcies a canvis epigenètics que ocorren durant la seva maduració i que li permeten mantenir les funcions supressores. Les nTregs expressen també la cadena α del receptor de la IL-2, CD25 i això els hi confereix un fenotip activat. A més de CD25, les nTregs expressen altres marcadors com són: CTLA-4, GITR, CD127lo, CCR6, entre altres, i que són molècules que també s’indueixen en cèl.lules T activades durant la resposta. Tot i ser un marcador exclusiu al timus, l’expressió intracel·lular de FOXP3 el fa incompatible amb el seu ús per la purificació de les nTregs. Més endavant es va descriure que les cèl.lules T humanes activades també poden convertir-se en FOXP3+ i adquirir un fenotip supresor, tot i que la seva expressió és transitòria. Aquest fet, juntament amb l’absència de marcadors exclussius, fa que l’ús d’aquestes cèl.lules en immunoteràpia representi encara un repte. Per això, a partir de diverses aproximacions hem estudiat el fenotip de les cèl.lules T reguladores al timus i a la perifèria. De l´estudi exhaustiu d´una àmplia col.lecció de timus pediàtrics (n=35) d´edats compreses entre els 2 dies i els 8 anys, hem confirmat que la freqüència de les poblacions tímiques varia amb l´edat, tal i com s´havia descrit prèviament. A més, i per primera vegada, s´ha observat que la freqüència de les nTregs disminueix amb l´edat. El fenotip d´aquesta població és estable amb el temps, a excepció de CD95, membre de la familia del TNF involucrat en apoptosi i activació cel.lulars. La freqüència de cèl.lules CD95+ dins de la població de nTregs incrementa amb l´edat, i suggeriria un augment en susceptibilitat a l´apoptosi mediada per CD95 que explicaria la davallada d´aquesta població amb l´edat. Un cop les nTregs s´exporten des de timus a la perifèria, es barregen amb cèl.lules T activades i cèl.lules T de memòria amb les que comparteixen diversos marcadors. En el nostre laboratori vam abordar la cerca de molècules característiques de nTreg fent servir una aproximació proteòmica seguida d´una anàlisi d´expressió gènica. De la comparació de cèl.lules nTreg de timus i nTreg de perifèria vam definir la galectina3 com a marcador d´aquesta població que s´adquireix a perifèria. En cèl.lules Treg activades, funcionalment supressores, la seva expressió es troba a nivells similars de dos dels marcadors característics d´aquestes cèl.lules, FOXP3 i CTLA4. Finalment, es va abordar l´estudi d´aquesta població en pacients amb diabetes tipus 1. Es va fer un estudi exhaustiu de caracterització fenotípica en mostres de sang de pacients en comparació amb controls, que va revel.lar una disminució de GITR en les Tregs. Aquest defecte no afectava a la seva capacitat de supressió, en canvi podria estar associat a una major susceptibilitat a l´apoptosi. / Natural regulatory T cells (nTreg) are lymphocytes generated during thymic selection and are part of the mechanisms that the immune system uses to keep homeostasis and control autoreactive responses that can lead to autoimmunity. nTreg are thymic emigrants that stably express FOXP3 thanks to epigenetical changes that take place during its maturation, which allow them to maintain their supressor functions. Besides, nTregs express the alpha chain of the IL-2 receptor, CD25, which confers them an activated phenotype. Other Treg markers are CTLA-4, GITR, CD127low and CCR6, but they are also induced in activated T cells during the immune response. Despite being an exclusive marker in the thymus, the intracelular expression of FOXP3 makes it non compatible with its use for Treg purification. Later it was described that activated human T cells can also express FOXP3 and even acquire a suppresive phenotype, although transitory. This fact, together with the absence of exclussive markers, makes difficult the use of these cells in immunotherapy. Thus, using several approaches, we have studied the phenotype of these cells in the thymus and in the periphery. After studing a numerous cohort of paediatric thymus (n=35) from donors aged from 2 days until 8 years old, we confirmed that the frequency of thymic populations changes with age, as previously described. Also, and for the first time, we observed that nTreg frequency diminishes with age. The phenotype of this population is stable during time, except for CD95, a member of the TNF family involved in apoptosis and cellular activation. The frequency of CD95+ cells in nTreg population increases with age, which suggests a higher susceptibility to CD95-mediated apoptosis, and that could explain the decrease of nTreg with time. Once nTregs are exported from the thymus to the periphery, they are mixed with activated T cells and memory T cells with which they share several markers. In our laboratory we searched for characteristical Treg molecules using a proteomic approach followed by a genetic expression analysis. From the comparison of thymic nTreg and peripheral Treg we defined galectin 3 as a marker acquired in periphery by nTregs. In activated Treg, functionally supressive, galectin 3 expression is found at similar levels as those of FOXP3 and CTLA-4, very characterical Treg markers. Finally, we studied this population in type 1 diabetes patients. We carried out an extensive phenotypical study in PBMCs from patients compared to donors that revealed a diminished proportion of GITR+ cells among nTregs. This defect did not affect to their suppressive ability, instead could be associated to an increased susceptibility to apoptosis.

El cáncer de mama es el más frecuente en las mujeres de todo el mundo. Además de los factores genéticos, epigenéticos y hormonales, existen evidencias epidemiológicas y experimentales de que los factores nutricionales y ambientales tienen un papel en la etiología y el desarrollo de esta enfermedad. Los lípidos de la dieta se han relacionado directamente con el cáncer, fundamentalmente, el de mama. El grupo de investigación ha contribuido al mejor conocimiento de los efectos y de los mecanismos de acción de las dietas hiperlipídicas de aceite de maíz, rico en ácidos grasos poliinsaturados, PUFA n-6, y el aceite de oliva virgen extra, rico en ácidos grasos monoinsaturados, MUFA n-9, y diversos compuestos bioactivos, en el cáncer de mama experimental, obteniendo un efecto estimulador y potencialmente protector, respectivamente. Estas dietas actuaron fundamentalmente sobre la etapa de la promoción de la carcinogénesis. El objetivo de este trabajo ha sido investigar si estos lípidos podían intervenir, además, sobre la iniciación mediante la modulación de la metabolización y/o detoxificación de los agentes iniciadores carcinogénicos, tanto a nivel hepático como de la propia glándula mamaria. Los resultados proceden de dos series experimentales diferentes, desarrolladas en el modelo experimental de cáncer de mama inducido en la rata con el hidrocarburo aromático policíclico 7,12-dimetilbenz(a)antraceno (DMBA). En ambas se estudiaron las enzimas metabolizadoras de xenobióticos (XMEs) de la fase I: CYP1A1, CYP1A2 y CYP1B1, y de la fase II: GSTP1 y NQO1. En la primera serie se evaluó el efecto de los lípidos de la dieta sobre la expresión en hígado y glándula mamaria de las XMEs en edades clave del desarrollo (prepuberal, puberal y postpuberal/adulta). En la segunda, se estudiaron específicamente las horas inmediatamente posteriores a la administración del carcinógeno y se analizó el efecto de los lípidos de la dieta sobre el metabolismo hepático, la generación de compuestos reactivos y el daño genómico provocado en la glándula mamaria. Los resultados han mostrado que los lípidos de la dieta son capaces de modular la expresión de las XMEs en distintas etapas del desarrollo postnatal. Además, la dieta rica en PUFA n-6 incrementó la expresión de las enzimas de fase I, en edades previas a la administración del DMBA, y aumentó la actividad de los CYP1s en las horas inmediatamente posteriores (12 y 24 horas post inducción), al mismo tiempo que disminuyó la actividad enzimática de la fase II, principalmente de NQO1. El número de metabolitos reactivos generados en hígado y el daño genómico en la glándula en los animales alimentados con la dieta rica en aceite de maíz fue mayor que en los otros dos grupos. Por otro lado, la dieta rica en aceite de oliva virgen extra y la dieta control normolipídica presentaron una actividad de fase I y II mejor coordinada, presentando una menor producción de metabolitos reactivos y menor daño en el ADN en la glándula mamaria. La concordancia de estos resultados con los parámetros de la carcinogénesis en ambas series demostró el efecto de los lípidos sobre la iniciación de la carcinogénesis mamaria experimental, además de la ya descrita modulación durante las fases de promoción/progresión. Los resultados de este trabajo, junto con otros previos sobre los efectos de los lípidos durante la maduración sexual y la diferenciación de la glándula mamaria, sugieren que estos nutrientes, en función de la cantidad y del tipo, pueden modificar diferencialmente la susceptibilidad o resistencia de la glándula mamaria al desarrollo del cáncer y, por tanto, modular las ventanas de susceptibilidad frente a la exposición a carcinógenos ambientales. / Breast cancer is the most common malignancy among women all over the World. Besides the genetic, epigenetic and hormonal factors, there are epidemiologic and experimental evidences that nutritional and environmental factors have a role in the etiology and the development of this cancer. The dietary lipids are directly related with cancer, mainly breast cancer. The research group has contributed to the best understanding of the effects and the mechanisms of action of the high corn oil, rich in polyunsaturated fatty acid (PUFA) n-6, and the high extra virgin olive oil diets, rich in monounsaturated fatty acids (MUFA) n-9 and several bioactive compounds, in the experimental breast cancer, resulting in a stimulating and a potentially protective effect, respectively. These diets mostly acted on the carcinogenesis promotion stage. The aim of this work has been to research on the intervention of these lipids, furthermore, over the initiation through the modulation of the bioactivation and/or detoxification of the carcinogenic initiator agents, both in hepatic level and the mammary gland itself. Results proceed from two different experimental series, developed in the experimental breast cancer model induced in the rat with the polycyclic aromatic hydrocarbon 7,12-dimethylbenz(a)anthracene (DMBA). In both series the xenobiotic metabolizing enzymes (XMEs) were studied, CYP1A1, CYP1A2 and CYP1B1 from the phase I, and GSTP1 and NQO1 from the phase II. The first series analyzed the effect of the dietary lipids on the XMEs expression in the liver and the mammary gland in critical development ages (prepubertal, pubertal and postpubertal/adult). The second series studied specifically the hours immediately after the carcinogen administration and analyzed the effect of the dietary lipids on its hepatic metabolism, the generation of reactive compounds and the genomic damage in the mammary gland. Results showed that dietary lipids may modulate the XMEs expression in different stages of the postnatal development. Additionally, the diet rich in PUFA n-6 increased the expression of phase I enzymes, in ages previous to DMBA administration, and raised CYP1s activity in the hours immediately after induction (12 and 24 hours), while reducing the enzyme activity of phase II, mainly NQO1. The number of reactive metabolites generated in the liver and the genomic damage in the mammary gland of the animals fed the high corn oil diet was higher than in the other groups. On the other hand, the high extra virgin olive oil diet and the normolipidic control diet exhibit a better coordinated phase I and phase II activity, showing a lower production of reactive metabolites and smaller DNA damage in the mammary gland. Concordance between these results and the carcinogenesis parameters in both series showed the effect of lipids on the initiation of the experimental mammary carcinogenesis, besides the already described modulation during promotion/progression stages. Results of this work, along with previous others on the effects of lipids during sexual maturity and mammary gland differentiation suggest that these nutrients, depending on the amount and type, can differently modify the mammary gland susceptibility or resistance to cancer development, and therefore, modulate the windows of susceptibility over the exposure to environmental carcinogens.

Campylobacter i Salmonella són els bacteris enteropatogens transmesos pels aliments més importants a nivell mundial. Les infeccions causades per aquests bacteris representen un greu problema econòmic i de salut pública. Ambdós bacteris tenen la capacitat d’infectar diferents espècies d’animals domèstics i silvestres. El contacte proper entre aquests animals i l’home és un factor de risc d’infeccions humanes. Tot i així, hi ha poques dades sobre la incidència, susceptibilitat antimicrobiana i diversitat genètica de Campylobacter i Salmonella en aus silvestres i aus de corral criades a l’aire lliure al sud d’Europa. Per aquest motiu es va realitzar un ampli mostreig amb la finalitat d’avaluar quina és la contribució de les aus domèstiques (aus de corral criades a l’aire lliure) i silvestres (ànecs i gavines) en l’epidemiologia i resistència antimicrobiana de Salmonella spp. i Campylobacter spp. a l’àrea del Mediterrani occidental i Atlàntic oriental. En aquests estudis vam trobar que les aus de cria a l’aire lliure i algunes espècies d’ànecs i gavines (en especial la gavina corsa) són un reservori important de Campylobacter. L’espècie de Campylobacter aïllada amb més freqüència en aus domèstiques i gavines va ser C. jejuni, en canvi en els ànecs ho va ser C. coli. D’altra banda, ni les aus de cria a l’aire lliure ni els ànecs són reservoris importants de Salmonella spp., mentre que les gavines (gavina corsa i gavià argentat) són reservoris importants d’aquest patogen. Es van aïllar una gran diversitat de serotips de Salmonella procedents de gavines, alguns d’ells de gran importància per a la salut pública. A la majoria de les colònies de gavines estudiades s’hi van aïllar S. Enteriditis i S. Typhimurium, els dos serotips més importants que causen malalties transmeses per aliments a l’home. És destacable la diferència entre les diferents espècies d’aus portadores de Campylobacter o Salmonella. Les espècies amb hàbits copròfags i/o carronyers van presentar una gran prevalença d’aquests bacteris. Les aus silvestres no entren en contacte amb antimicrobians de manera natural. No és sorprenent, doncs, que tots els aïllats de Campylobacter procedents d’ànecs fossin susceptibles a tots els antimicrobians estudiats. En canvi, les soques de Salmonella i Campylobacter aïllades de gavines i aus de cria a l’aire lliure van presentar resistència a diversos antimicrobians. Les resistències principals van ser a fluoro(quinones) i a tetraciclines, cosa que representa un problema de salut pública important ja que són els agents més utilitzats per a tractar infeccions entèriques humanes. Es va avaluar la diversitat genètica de Campylobacter i Salmonella mitjançant ERIC-PCR i PFGE. La gran diversitat de soques de Campylobacter i Salmonella trobades en aus silvestres suggereix l’existència de més d’una font d’infecció. Per altra banda, en diverses ocasions es va detectar la mateixa soca de Salmonella en diferents colònies i espècies de gavines. Aquest resultat suggereix un origen comú de la infecció o una dispersió de soques de Salmonella mitjançant moviments migratoris o de dispersió de les gavines. La detecció del mateix patró PFGE de Salmonella Kottbus tant en aus domèstiques com en gavines suggereix l’existència d’una circulació d’aquests bacteris entre aus de granja i aus silvestres. Tot i així, calen més estudis per a confirmar-ho. Les dades proporcionades en aquesta tesi confirmen la importància de les aus domèstiques i silvestres com a portadores i disseminadores de Campylobacter i Salmonella així com de resistències antimicrobianes a l’ambient, al sud d’Europa. Cal millorar els esforços de vigilància i desenvolupar estratègies de control adequades per a reduir l’exposició de l’ésser humà a Campylobacter i Salmonella. / Campylobacter y Salmonella son las bacterias enteropatógenas transmitidas por los alimentos más importantes a nivel mundial. Las infecciones causadas por dichas bacterias representan un grave problema económico y de salud pública. Ambas bacterias tienen la capacidad de infectar distintas especies de animales domésticos y silvestres. El estrecho contacto entre éstos y el hombre constituye un riesgo de infecciones humanas. Sin embargo, hay pocos datos sobre la incidencia, susceptibilidad antimicrobiana y diversidad genética de Campylobacter y Salmonella en aves silvestres y aves de corral criadas al aire libre en el sur de Europa. Por ello, se realizó un amplio muestreo con el fin de evaluar cuál es la contribución de las aves domésticas (aves de corral criadas al aire libre) y silvestres (ánades y gaviotas) en la epidemiología y resistencia antimicrobiana de Salmonella spp. y Campylobacter spp. en el área del Mediterráneo occidental y Atlántico oriental. En estos estudios encontramos que las aves de cría al aire libre y algunas especies de ánades y gaviotas (en especial las gaviotas de Audouin) son un reservorio importante de Campylobacter. La especie de Campylobacter aislada con más frecuencia en aves domésticas y gaviotas fue C. jejuni, mientras que en las ánades fue C. coli. Por el contrario, ni las aves de cría al aire libre ni las ánades constituyen un reservorio importante de Salmonella spp, mientras que las gaviotas (gaviota de Audouin y gaviota patiamarilla) son reservorios importantes de este patógeno. Se aislaron una gran diversidad de serotipos de Salmonella procedentes de gaviotas, algunos de ellos de gran importancia para la salud pública. En la mayoría de las colonias de gaviotas estudiadas se aislaron S. Enteriditis y S. Typhimurium, los dos serotipos más importantes que causan enfermedades transmitidas por los alimentos en humanos. Es destable la diferencia entre las distintas especies de aves portadoras de Campylobacter o Salmonella. Las especies con hábitos coprófagos y/o carroñeros presentaron una alta prevalencia de estas bacterias. Las aves silvestres no entran en contacto con antimicrobianos de manera natural. No es pues sorprendente que todos los aislados de Campylobacter procedentes de ànades fuesen susceptibles a todos los antimicrobianos estudiados. Sin embargo, las cepas de Salmonella y Campylobacter aisladas de gaviotas y aves de cría al aire libre presentaron resistencia a varios antimicrobianos. Las principales resistencias fueron a fluoro(quinolonas) y a tetraciclinas, lo que representa un problema de salud pública importante puesto que éstos son los agentes más usados para tratar infecciones entéricas humanas. Se evaluó la diversidad genética de Campylobacter y Salmonella mediante ERIC-PCR y PFGE. La gran diversidad de cepas de Campylobacter y Salmonella encontradas en aves silvestres sugiere la existencia de más de una fuente de infección. Por otro lado, en diversas ocasiones se detectó la misma cepa de Salmonella en diferentes colonias y especies de gaviotas. Este resultado sugiere un origen común de la infección o una dispersión de cepas de Salmonella mediante movimientos migratorios o de dispersión de las gaviotas. La detección del mismo patrón PFGE de Salmonella Kottbus tanto en aves domésticas como en gaviotas sugiere que existe una circulación de estas bacterias entre aves de granja y aves silvestres. Sin embargo, se necesitan más estudios para confirmarlo. Los datos proporcionados en esta tesis confirman la importancia de las aves domésticas y silvestres como portadoras y diseminadoras de Campylobacter y Salmonella así como de resistencias antimicrobianas al ambiente, en el sur de Europa. Es necesario mejorar los esfuerzos de vigilancia y desarrollar estrategias de control adecuadas para reducir la exposición del ser humano a Campylobacter y Salmonella. / Campylobacter and Salmonella are the most important foodborne enteropathogenic bacteria worldwide. Infections caused by these bacteria are of significant economic and public health concern. Both bacteria have the ability to infect a variety of domestic and wild animal species. The close contact between humans, domestic and wild animals is an important factor contributing to human infections with these bacteria. However, limited data exists on the occurrence, antimicrobial susceptibility and genetic diversity of Campylobacter and Salmonella in wild birds and poultry reared outdoors in southern Europe. Therefore, a wide sampling was performed in order to assess the contribution of domestic (poultry reared outdoors) and wild birds (waterfowl and seagulls) in the epidemiology and antimicrobial resistance of Salmonella spp. and Campylobacter spp. in the western Mediterranean and eastern Atlantic Ocean. In these studies, we found that poultry reared outdoors, as well as certain waterfowl species and seagulls (particularly Audouin’s gulls) are an important reservoir for Campylobacter. The most common Campylobacter species isolated from poultry reared outdoors and seagulls was C. jejuni, while from waterfowl was C. coli. On the contrary, poultry reared outdoors and waterfowl seems not to be an important reservoir of Salmonella spp, while seagulls (yellow-legged gulls and Audouin’s gulls) are important carriers of this pathogen. A great diversity of Salmonella serotypes was isolated from seagulls, some of them of important public health concern. The two most important serotypes causing human food-borne disease, S. Enteriditis and S. Typhimurium, were isolated in most of the studied seagull colonies. It is noteworthy the differences of Campylobacter or Salmonella carriage among different birds species. Those with coprophagic and/or scavenging habits showed a high occurrence of these bacteria. Wild birds do not naturally come into contact with antimicrobials. Thus, it was not surprising the susceptibility to all of the antimicrobials tested of all Campylobacter isolates from waterfowl. However, Salmonella and Campylobacter strains isolated from seagulls and poultry reared outdoors showed resistance to several antimicrobial agents. The main resistances found were to fluoro(quinolones) and tetracycline, which is of public health concern, since these agents are the ones of choice to treat enteric infections in humans. Genetic diversity of Campylobacter and Salmonella was assessed by ERIC-PCR and PFGE. The high diversity of Campylobacter and Salmonella strains found in wild birds suggests bird infections by multiple sources. On the other hand, several common Salmonella strains were detected in different seagull colonies and different seagull species (yellow-legged gull and Audouin’s gull). This finding suggests a common origin of infection or the contribution of seagulls to the spread of Salmonella strains by dispersal or migrating movements. The detection of the same PFGE pattern of Salmonella Kottbus in poultry reared outdoors and seagulls suggests a circulation of the bacteria between farm and wild birds. However, more studies are needed in order to confirm this. The data provided in this thesis highlights the importance of domestic and wild birds as carriers and dispersal agents of Campylobacter and Salmonella and antibiotic resistance traits to the environment, in southern Europe. An improvement of surveillance efforts and development of appropriate control strategies are needed in order to reduce Campylobacter and Salmonella exposure to humans.

Small pelagic fish are species that live in the water column and have little relationship with the sea bottom. During the day they may form schools with feeding, defence or energetic efficiency purposes and disperse during the night. The importance of small pelagic fishes within the marine ecosystem rely in the proportion of biomass they represent and the clue function they develop as intermediate links in the energy transfer between lower and upper levels of the trophic chain. Their populations are particularly sensitive to environmental fluctuations (Cole and McGlade, 1998; Lloret et al., 2004) and frequently highly exploited by commercial fisheries. These may occasionally collapse the stocks affecting both the marine ecosystem and the fisheries they sustain. In the Mediterranean, almost 50% of the total annual landings are attributable to small pelagic fishes (Lleonart and Maynou, 2003). In the Western Mediterranean Sea, sardine (Sardina pilchardus) and anchovy (Engraulis encrasicolus) are the two most important species in terms of landed biomass and commercial interest (Lleonart and Maynou, 2003). Despite their importance little is known about the spatial distribution of these stocks or about the relationship between the spatial distribution and environmental variables. Since the ‘90s acoustic surveys are annually performed in the Spanish Mediterranean continental shelf in late autumn (Abad et al., 1998 a,b) coinciding with anchovy’s recruitment and the beginning of the spawning season for sardine (Abad and Giráldez, 1993; Giráldez and Abad, 1995). Although the main goal of these surveys is to estimate abundance and biomass of sardine and anchovy, data about the whole pelagic community has also been gathered. Furthermore, in the last decade it was detected an increasing appearance of other small and medium-sized pelagic species and the application of a multi-species approach to Mediterranean fisheries assessment was advised (Lleonart and Maynou, 2003). The present work is structured in two sections. The first section of the work will analyse the spatial distribution (1D and 2D) of sardine and anchovy by means of geostatistical techniques, both transitive and intrinsic methods (Matheron, 1969). Special attention will be paid to the estimation of the uncertainty associated to abundance estimations and, concretely, the uncertainty caused by sampling scheme which is thought to be one of the main contributors to random error (ICES, 1998). The second section will explore the environmental factors that drive the presence or absence of anchovy and sardine in late autumn. Satellite environmental data as sea surface temperature, salinity, chlorophyll-a, photosintethic active radiation, sea level anomalies or bottom depth will be related to the presence-absence of sardine and anchovy stocks through Generalised Additive Models (GAM) to try to depict the relationships that may be found between both (Bellido et al., 2008; Giannoulaki et al., 2008). The spawning area of sardine will also be studied in order to model the presence-absence of sardine eggs and try to understand the evolution of their stocks. / Los pequeños peces pelágicos son especies que viven en la columna de agua y que tienen poca relación con el fondo marino. Durante el día forman bancos de peces con el objetivo de alimentarse, defenderse de potenciales depredadores o por motivos de eficiencia energética, dispersándose durante la noche. La importancia de los pequeños pelágicos en el ecosistema marino radica en la proporción de biomasa que representan y en la función clave que desempeñan como eslabones intermedios, transfiriendo energía entre los niveles tróficos inferiores y superiores de la cadena trófica. Sus poblaciones son particularmente sensibles a las fluctuaciones ambientales (Cole and McGlade, 1998; Lloret et al., 2004) y frecuentemente se encuentran en un régimen de explotación elevado por parte de las pesquerías comerciales. Esto puede comportar de manera ocasional el colapso de sus poblaciones explotables, afectando al ecosistema marino y a las pesquerías que las mantinen. Casi el 50% del total de la biomssa anual desembarcada en los puertos del Mediterráneo provienen de los pequeños peces pelágicos (Lleonart and Maynou, 2003). En el Mediterráneo Occidental, la sardina (Sardina pilchardus) y el boquerón (Engraulis encrasicolus) son las dos especies más importantes, tanto en términos de biomasa como capturada como por su interés comercial (Lleonart and Maynou, 2003). A pesar de su importancia, la distribución espacial de las poblaciones explotables es poco conocida así como también lo es la relación de la distribución espacial con los parámetros ambientales. Desde principios de los años 90, se llevan a cabo campañas acústica en la plataforma continental española del Mediterráneo a finales de otoño (Abad et al., 1998 a,b), coincidiendo con el reclutamiento de la anchoa y la época de puesta de la sardina (Abad and Giráldez, 1993; Giráldez and Abad, 1995). A pesar de que el principal objetivo de estas campañas es la estimación de la abundancia y de la biomas de la sardina y el boquerón, datos de la comunidad pelágica en conjunto también se recogen periódicamente. Además, a lo largo de la última década se ha detectado una aparición incremental de otras especies de pequeños y medianos pelágicos y por tanto, se aconsejó la aplicación de un enfoque multiespecífo en la evaluación de pesquerías del Mediterráneo (Lleonart and Maynou, 2003). El presente trabajo se estructura en dos seciones. La primera sección del trabajo analizará la distribución espacial (1D y 2D) de la sardina y el boquerón por medio de técnicas geoestadísticas, tanto transitivas como intrínsecas (Matheron, 1969). Se prestará especial atención a la incertidumbre asociasda a las estimaciones de abundancia y, concretamente, a la incertidumbre asociada al diseño de muestro que se considera uno de los factores que contribuyen con mayor intensidad al error aleatorio (ICES, 1998). La segunda sección explorará los factores ambientales que condicioinan la presencia o ausencia de sardina y boquerón a finales de otoño. Datos ambientales obtenidos de satélite, como la temperatura superficial del mar, la salinidad, clorofila, radiación fotosintéticamente activa, anomalía del nivel del mar y la profundidad del fondo marino se relacionarán con la presencia-ausencia de las poblaciones explotables de sardina y boquerón mediante modelos aditivos generalizados (GAM, del acrónimo inglés) para determinar las relaciones existentes (Bellido et al., 2008; Giannoulaki et al., 2008). El hábitat de la puesta de sardina será igualmente estudiada para modelar la presencia-ausencia de huevos de sardina e intentar entender la evolución de las especies explotables. / Els petits peixos pelàgics són espècies de peixos que viuen a la columna d’aigua i que tenen poca relació amb el fons marí. Durant el dia formen bancs de peixos amb l’objectiu alimentar-se, defensar-se en front potencial depredadors o per eficiència energètica, dispersant-se durant la nit. La importància dels petits pelàgics a l’ecosistema marí radica en la proporció de biomassa que representen i en la funció clau que exerceixen com esglaons intermedis, transferint energia entre les nivells inferiors i superiors de la cadena tròfica. Les seves poblacions són particularment sensibles a les fluctuacions ambientals (Cole and McGlade, 1998; Lloret et al., 2004) i freqüentment es troben baix un règim d’explotació elevat per part de les pesqueres comercials. Això pot comportar de manera ocasional el col·lapse de les seves poblacions explotables, afectant a l’ecosistema marí i a les pesqueries que sostenen. Gairebé el 50% del total de la biomassa anual desembarcada als ports del Mediterrani prové dels petits peixos pelàgics (Lleonart and Maynou, 2003). Al Mediterrani Occidental, la sardina (Sardina pilchardus) i l’aladroc (Engraulis encrasicolus) són les dues espècies més importants, tant en termes de biomassa capturada com pel seu interès comercial (Lleonart and Maynou, 2003). Malgrat la seva importància, la distribució espaial de les poblacions explotables és poca coneguda així com també ho és la relació d’aquesta distribució espaial amb variables ambientals. D’ençà de principis dels anys 90, es duen a terme campanyes acústiques a la plataforma continental del Mediterrani espanyol a finals de la tardor (Abad et al., 1998 a,b), coincidint amb el reclutament de l’aladroc i amb l’època de posta de la sardina (Abad and Giráldez, 1993; Giráldez and Abad, 1995). Tot i que el principal objectiu d’aquestes campanyes és l’estimació de l’abundància i de la biomassa de la sardina i l’aladroc, dades del conjunt de la comunitat pelágica també es recolleixen. A més a més, al llarg de la darrera dècada s’ha detectat una aparició incremental d’altres espècies de petits i mitjans pelàgics i per tant, es va aconsellar l’aplicació d’un enfoc multiespecífic a l’avaluació de les pesqueres del Mediterrani (Lleonart and Maynou, 2003). El present treball s’estructura en dues seccions principals. La primera secció del treball analitzarà la distribució espaial (1D i 2D) de la sardina i l’aladroc per mitjà de tècniques geoestadístiques, tant transitives com intrínseques (Matheron, 1969). Es prestarà especial atenció a la incerteza associada a les estimacions d’abundància i, concretament, a la incertesa originada pel disseny de mostreig que és considerat un dels factors que contribueixen amb més intensitat a l’error aleatori (ICES, 1998). La segona secció explorarà els factors ambientals que condicionen la presència o absència de sardina i aladroc a finals de tardor. Dades ambientals obtingudes de satèl·lit, com la temperatura superficial de la mar, la salinitat, clorofil·la, radiació fotosintèticament activa, anomalies del nivell de la mar i la profunditat del fons marí es relacionaran amb la presència-absència de les poblacions explotables de sardina i aladroc mitjançant models additius generalitzats (GAM, de l’acrònim anglès) per determinar les relacions existents (Bellido et al., 2008; Giannoulaki et al., 2008). L’hàbitat de la posta de la sardina serà igualment estudiada per tal de modelar la presència-absència d’ous de sardina i intentar entendre l’evolució de les seves poblacions explotables.