Inflammatory bowel disease (IBD), comprises Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), and is a chronic relapsing inflammation of gastrointestinal tract without any known cause or cure. Currently, it is accepted that IBD is a result of a dysfunctional immune response to commensal bacteria in a genetically susceptible host, and that environmental factors can trigger the onset or reactivation of the disease. This thesis considers the possibility of a specific pathogenic agent as well as an imbalance in the composition of the normal microflora in the pathogenesis of IBD. Gut biopsy tissues were taken from a population-based case-control tissue bank held at the University of Manitoba. Automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) and terminal restriction fragment length polymorphisms (T-RFLP) were employed to assess the diversity of gut microbiota. The phylogenetic, virulence and biochemical characteristics of Escherichia coli isolated from IBD biopsies were examined using multi-locus sequence typing (MLST), DNA microarray technology and API 20E system. Utilizing ARISA and T-RFLP, a remarkable increase in the order of unclassified Clostridia was detected in inflamed tissues, particularly in CD patients (P < 0.05). Moreover, species richness and diversity were the highest in non-inflamed IBD biopsies. Culture-based quantification detected a significantly higher number of E. coli in IBD tissues (P < 0.05). Phylogenetic analysis revealed the tendency of E. coli isolated from IBD patients to be grouped into separate clonal clusters based on their allelic profiles (P = 0.02). A link was detected between uropathogenic E. coli (UPEC) CFT073 and strains isolated from IBD, with regards to gene distribution and virulence, using microarray technology. Amino acid substitutions N91S and S99N in FimH, the adhesive subunit of E. coli type I fimbria, were significantly associated to IBD (P < 0.05). This study demonstrated an increase in the microbial diversity of non-inflamed IBD tissues and suggested a recruitment phase of bacterial adherence and colonization, before the inflammation sets in. Furthermore, E. coli isolated from IBD tissues were distinct from commensal strains in both clonal and virulence characteristics and shared remarkable traits with extraintestinal pathogenic E. coli. Features involved in bacterial adhesion to epithelial cells may hold the key to E. coli pathogenesis in IBD.

Gewässersedimente stellen für den Stoffkreislauf ein wichtiges Ökosystem dar. Durch die Stoffwechselleistungen einer komplexen mikrobiellen Lebensgemeinschaft wird sowohl das Sediment selbst, sein Interstitialwasser, das überstehende Freiwasser als auch die Atmosphäre und die darin lebenden Mikro- und Makroorganismen beeinflusst. Die grundlegenden chemischen Prozesse im Sediment sind bereits gut untersucht. Auch sind die mikrobiellen Großgruppen im Sediment bekannt. Im Hinblick auf die Diversität der Mikroorganismen, insbesondere in Süßwassersedimenten, gibt es noch Forschungsbedarf. Das Auengebiet des Nationalparks „Unteres Odertal“ stellt durch seine jährlich kontrollierten Flutungen ein interessantes und wegen seiner Vielfalt verschiedenartiger Gewässertypen einen idealen Ort zur Untersuchung mikrobieller Biozönosen in Gewässersedimenten dar. Ziel dieser Arbeit war es, eine erste Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose in den Gewässersedimenten des Auennationalparks „Unteres Odertal“ durchzuführen und mit den Ergebnissen der Talsperre Saidenbach und der Elbaue bei Dornburg zu vergleichen. Hierfür kam ein breites Spektrum an Methoden zum Einsatz, das klassische mikrobiologische Methoden und molekularbiologische Techniken umfasste. Die Analysen sollten dabei über mehrere Jahre hinweg erfolgen, um die Variabilität der mikrobiellen Populationen in Abhängigkeit von sich ändernden Umweltparametern zu erfassen. Die Charakterisierung der Umweltparameter erfolgte durch Messungen chemisch-physikalischer Parameter im Freiwasser, Sediment und seinem Interstitialwasser. Die untersuchten Probenahmestellen unterschieden sich in ihren chemischen Profilen. Damit waren Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung dieser Probenahmestellen zu erwarten. Die Identifizierung und Quantifizierung der Prokaryoten mittels CARD FISH wies auf eine hohe Abundanz von Alpha- und Beta-Proteobakterien sowie Bacteroidetes, Planctomycetes, Verrucomicrobia und Chloroflexi in den Proben des Odertals hin. Die Proben Dornburgs wurden von Planctomyceten und die Proben des Haselbachs von Alpha-Proteobakterien oder Verrucomicrobien dominiert. Obwohl die Hybridisierbarkeit der Proben gut war, wurde mit den angewendeten Sonden in der Summe weniger als 50 % der Gesamtzellzahl erfasst. Die Anwendung der ARISA Methode zeigte strukturelle Unterschiede zwischen den untersuchten Proben in Abhängigkeit von der Sedimenttiefe und dem Probenahmemonat. Die größte Ähnlichkeit besaßen die Biozönosen des Anglerteichs und des Bogengrabens. Ein Einfluss der Flutung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Biozönose konnte deutlich gezeigt werden. Die Identifikation der Eubakterien in den Proben des Odertals durch die Erstellung von 16S rDNA Eubakterien Klonbanken ergab eine Dominanz der Beta-Proteobakterien und Bacteroidetes und wies auf die Bedeutung der Delta-Proteobakterien hin. Die eubakterielle Lebensgemeinschaft im Haselbach wurde von Alpha-Proteobakterien und Acidobakterien dominiert. Variabilitäten im Zusammenhang mit dem Probenahmedatum und der Flutung des Odertals konnten gezeigt werden. Die größte eubakterielle Biodiversität wurde im Sediment der Oder-Zollstation (April 2007) geschätzt. Die Anwendung der Pyrosequenzierung ergab eine hohe Biodiversität in allen Proben und bestätigte die Dominanz der Beta-Proteobakterien im Anglerteich. Im Bogengraben dominierten die Delta-Proteobakterien knapp vor den Beta-Proteobakterien. In der Oder waren neben den Beta-Proteobakterien die Bacteroidetes abundanter. Die genannten Taxa dominierten auch die Bibliotheken der Talsperre Saidenbach. Die höchste Biodiversität wurde für die Bibliothek des Bogengrabens angegeben, dessen Lebensgemeinschaft die meisten Gemeinsamkeiten mit der Bibliothek des Anglerteichs aufwies. Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) wurden durch die Sequenzierung von Klonbanken und die Anwendung der Fingerprintmethoden T-RFLP und DGGE charakterisiert. Die hohe Biodiversität der SRB konnte je nach erstellter Klonbank unterschiedlich gut beschrieben werden. Neben zahlreichen nicht identifizierbaren Vertretern waren Desulfobacterales und Clostridiales abundant. Die größte Diversität wurde wiederum in der Bibliothek des Bogengrabens nachgewiesen. Die Zusammensetzung der SRB in den Klonbanken variierte in Abhängigkeit der Parameter gelöster reaktiver Phosphor (SRP), organische Substanz, DOC und Nitrat. Mit T-RFLP und DGGE konnte eine sedimenttiefenabhängige Variabilität der SRB festgestellt werden, die sich zwischen den Proben Anglerteich und Bogengraben am meisten glich. Mit der DGGE erfolgte eine erste zeitabhängige Untersuchung, die deutlich verschiedene Biozönosen zwischen der Talsperre Saidenbach und den Proben des Nationalparks „Unteres Odertal“ zeigte. Das enorm hohe Bandenspektrum erschwerte die Analyse der zeitlichen Variabilität. Die Nitrat-Stickstoffkonzentrationen waren in den Sedimenten mit zunehmender Tiefe unverändert niedrig, was sich in einer mit T-RFLP untersuchten niedrigen Diversität der Denitrifikanten wiederspiegelte, die nur wenige vertikale oder zeitliche Varianzen zeigten. Die Anwendung von Kultivierungsversuchen ermöglichte die Isolation und eine erste Charakterisierung von Cyano- und Eisenbakterien. Insbesondere fädige Cyanobakterien der Gattungen Leptolyngbya, Nostoc und Pseudanabaena wiesen ein interessantes Sekundärmetabolitspektrum auf. Die Untersuchung erster Extrakte (Firma Cyano Biotech) wies auf biologisch aktive Substanzen hin. Die Untersuchung hygienisch relevanter Mikroorganismen zeigte ein höheres Vorkommen coliformer Bakterien im Sediment der Oder-Zollstation als im Anglerteich oder Bogengraben. Neben den Eubakterien wurde die Lebensgemeinschaft der Archaea durch Sequenzierung generierter Klonbanken identifiziert sowie die vertikale und temporale Variabilität ihrer Struktur untersucht (T-RFLP, DGGE). Die für aquatische Sedimente vergleichsweise hohe archaeale Diversität unterschied sich enorm zwischen den Klonbibliotheken. Die höchste Diversität wurde in der Klonbank der Probe Dornburgs festgestellt, die neben Vertretern des „Rice Clusters V“ (RC-V) überwiegend aus Crenarchaea bestand. RC-V Archaea dominierten, bis auf die Oder-Zollstation, alle generierten Bibliotheken. Methanogene Archaea waren besonders abundant in der Bibliothek der Oder-Zollstation (Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae) und des Haselbachs (Methanospirillaceae). Einflussnehmende Umweltfaktoren waren Sulfat (Dornburg), Nitrat (Entnahmestelle), DIC (Anglerteich), Sauerstoff (Haselbach) und Ammonium (Oder-Zollstation). Die T-RFLP Analyse zeigte die methanogenen Archaea Methanosarcinales/Methanomicrobiales (Msm) als besonders abundant an. Eine erwartete tiefenabhängige Varianz konnte mit T-RFLP gezeigt werden. Die Unterschiede zwischen den Probenahmestellen waren jedoch deutlicher und zeigten anhand der DGGE Analyse ein breiteres Msm Bandenspektrum für den Anglerteich und Bogengraben im Vergleich zur Oder-Zollstation und zum Haselbach. Die zeitabhängige Variabilität der Archaea und Msm konnte mit T-RFLP und DGGE gezeigt werden. Der Einfluss der Flutung war im Vergleich zu allen anderen Probenahmedaten nicht so ausschlaggebend wie erwartet. Insgesamt zeigen die Ergebnisse eine hohe Biodiversität der Mikroorganismen im Nationalpark Unteres Odertal. Die Flutung hatte insbesondere auf die Eubakterien einen großen Einfluss. Zeitliche Variabilität der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften der Prokaryoten lässt sich im Odertal nicht mit einer Jahreszeit in Zusammenhang bringen. Hingegen sind die mikrobiellen Biozönosen im Haselbach nachweislich von den wechselnden Zirkulationsphasen beeinflusst. Die hier verwendeten Methoden sind zur Charakterisierung mikrobieller Biozönosen in der Umweltmikrobiologie weit verbreitet. Die Anwendung der neuen Pyrosequenzierungsmethode ermöglichte trotz enormer Anzahl analysierter Sequenzen keine vollständige Erfassung der hohen Biodiversität, aber durch das Fehlen des Klonierungsschrittes wurde eine Fehlerursache in der Darstellung der realen Biozönose ausgeschlossen. Unstimmigkeiten in den Ergebnissen der verschiedenen Experimente beruhen meist auf methodischen Limitationen. Die DNA Isolationsmethode, die Vorauswahl von Primern, die bevorzugte Amplifikation, die allen PCR-basierten Methoden zu Grunde liegen, verschieben die reale Darstellung der Struktur einer Biozönose. Die fehlende Aussagekraft über die Aktivität der Mikroorganismen durch DNA basierte Analysen kann durch die Beobachtung der zeitlichen Änderungen ihrer Abundanz reduziert werden. Erste einflussnehmende Umweltparameter konnten ermittelt werden. Zusätzliche Analysen weiterer Elektronenakzeptoren über einen längeren Zeitraum sind jedoch nötig, um eine hinreichend sichere Aussage treffen zu können.

Gewässersedimente stellen für den Stoffkreislauf ein wichtiges Ökosystem dar. Durch die Stoffwechselleistungen einer komplexen mikrobiellen Lebensgemeinschaft wird sowohl das Sediment selbst, sein Interstitialwasser, das überstehende Freiwasser als auch die Atmosphäre und die darin lebenden Mikro- und Makroorganismen beeinflusst. Die grundlegenden chemischen Prozesse im Sediment sind bereits gut untersucht. Auch sind die mikrobiellen Großgruppen im Sediment bekannt. Im Hinblick auf die Diversität der Mikroorganismen, insbesondere in Süßwassersedimenten, gibt es noch Forschungsbedarf. Das Auengebiet des Nationalparks „Unteres Odertal“ stellt durch seine jährlich kontrollierten Flutungen ein interessantes und wegen seiner Vielfalt verschiedenartiger Gewässertypen einen idealen Ort zur Untersuchung mikrobieller Biozönosen in Gewässersedimenten dar. Ziel dieser Arbeit war es, eine erste Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose in den Gewässersedimenten des Auennationalparks „Unteres Odertal“ durchzuführen und mit den Ergebnissen der Talsperre Saidenbach und der Elbaue bei Dornburg zu vergleichen. Hierfür kam ein breites Spektrum an Methoden zum Einsatz, das klassische mikrobiologische Methoden und molekularbiologische Techniken umfasste. Die Analysen sollten dabei über mehrere Jahre hinweg erfolgen, um die Variabilität der mikrobiellen Populationen in Abhängigkeit von sich ändernden Umweltparametern zu erfassen. Die Charakterisierung der Umweltparameter erfolgte durch Messungen chemisch-physikalischer Parameter im Freiwasser, Sediment und seinem Interstitialwasser. Die untersuchten Probenahmestellen unterschieden sich in ihren chemischen Profilen. Damit waren Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung dieser Probenahmestellen zu erwarten. Die Identifizierung und Quantifizierung der Prokaryoten mittels CARD FISH wies auf eine hohe Abundanz von Alpha- und Beta-Proteobakterien sowie Bacteroidetes, Planctomycetes, Verrucomicrobia und Chloroflexi in den Proben des Odertals hin. Die Proben Dornburgs wurden von Planctomyceten und die Proben des Haselbachs von Alpha-Proteobakterien oder Verrucomicrobien dominiert. Obwohl die Hybridisierbarkeit der Proben gut war, wurde mit den angewendeten Sonden in der Summe weniger als 50 % der Gesamtzellzahl erfasst. Die Anwendung der ARISA Methode zeigte strukturelle Unterschiede zwischen den untersuchten Proben in Abhängigkeit von der Sedimenttiefe und dem Probenahmemonat. Die größte Ähnlichkeit besaßen die Biozönosen des Anglerteichs und des Bogengrabens. Ein Einfluss der Flutung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Biozönose konnte deutlich gezeigt werden. Die Identifikation der Eubakterien in den Proben des Odertals durch die Erstellung von 16S rDNA Eubakterien Klonbanken ergab eine Dominanz der Beta-Proteobakterien und Bacteroidetes und wies auf die Bedeutung der Delta-Proteobakterien hin. Die eubakterielle Lebensgemeinschaft im Haselbach wurde von Alpha-Proteobakterien und Acidobakterien dominiert. Variabilitäten im Zusammenhang mit dem Probenahmedatum und der Flutung des Odertals konnten gezeigt werden. Die größte eubakterielle Biodiversität wurde im Sediment der Oder-Zollstation (April 2007) geschätzt. Die Anwendung der Pyrosequenzierung ergab eine hohe Biodiversität in allen Proben und bestätigte die Dominanz der Beta-Proteobakterien im Anglerteich. Im Bogengraben dominierten die Delta-Proteobakterien knapp vor den Beta-Proteobakterien. In der Oder waren neben den Beta-Proteobakterien die Bacteroidetes abundanter. Die genannten Taxa dominierten auch die Bibliotheken der Talsperre Saidenbach. Die höchste Biodiversität wurde für die Bibliothek des Bogengrabens angegeben, dessen Lebensgemeinschaft die meisten Gemeinsamkeiten mit der Bibliothek des Anglerteichs aufwies. Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) wurden durch die Sequenzierung von Klonbanken und die Anwendung der Fingerprintmethoden T-RFLP und DGGE charakterisiert. Die hohe Biodiversität der SRB konnte je nach erstellter Klonbank unterschiedlich gut beschrieben werden. Neben zahlreichen nicht identifizierbaren Vertretern waren Desulfobacterales und Clostridiales abundant. Die größte Diversität wurde wiederum in der Bibliothek des Bogengrabens nachgewiesen. Die Zusammensetzung der SRB in den Klonbanken variierte in Abhängigkeit der Parameter gelöster reaktiver Phosphor (SRP), organische Substanz, DOC und Nitrat. Mit T-RFLP und DGGE konnte eine sedimenttiefenabhängige Variabilität der SRB festgestellt werden, die sich zwischen den Proben Anglerteich und Bogengraben am meisten glich. Mit der DGGE erfolgte eine erste zeitabhängige Untersuchung, die deutlich verschiedene Biozönosen zwischen der Talsperre Saidenbach und den Proben des Nationalparks „Unteres Odertal“ zeigte. Das enorm hohe Bandenspektrum erschwerte die Analyse der zeitlichen Variabilität. Die Nitrat-Stickstoffkonzentrationen waren in den Sedimenten mit zunehmender Tiefe unverändert niedrig, was sich in einer mit T-RFLP untersuchten niedrigen Diversität der Denitrifikanten wiederspiegelte, die nur wenige vertikale oder zeitliche Varianzen zeigten. Die Anwendung von Kultivierungsversuchen ermöglichte die Isolation und eine erste Charakterisierung von Cyano- und Eisenbakterien. Insbesondere fädige Cyanobakterien der Gattungen Leptolyngbya, Nostoc und Pseudanabaena wiesen ein interessantes Sekundärmetabolitspektrum auf. Die Untersuchung erster Extrakte (Firma Cyano Biotech) wies auf biologisch aktive Substanzen hin. Die Untersuchung hygienisch relevanter Mikroorganismen zeigte ein höheres Vorkommen coliformer Bakterien im Sediment der Oder-Zollstation als im Anglerteich oder Bogengraben. Neben den Eubakterien wurde die Lebensgemeinschaft der Archaea durch Sequenzierung generierter Klonbanken identifiziert sowie die vertikale und temporale Variabilität ihrer Struktur untersucht (T-RFLP, DGGE). Die für aquatische Sedimente vergleichsweise hohe archaeale Diversität unterschied sich enorm zwischen den Klonbibliotheken. Die höchste Diversität wurde in der Klonbank der Probe Dornburgs festgestellt, die neben Vertretern des „Rice Clusters V“ (RC-V) überwiegend aus Crenarchaea bestand. RC-V Archaea dominierten, bis auf die Oder-Zollstation, alle generierten Bibliotheken. Methanogene Archaea waren besonders abundant in der Bibliothek der Oder-Zollstation (Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae) und des Haselbachs (Methanospirillaceae). Einflussnehmende Umweltfaktoren waren Sulfat (Dornburg), Nitrat (Entnahmestelle), DIC (Anglerteich), Sauerstoff (Haselbach) und Ammonium (Oder-Zollstation). Die T-RFLP Analyse zeigte die methanogenen Archaea Methanosarcinales/Methanomicrobiales (Msm) als besonders abundant an. Eine erwartete tiefenabhängige Varianz konnte mit T-RFLP gezeigt werden. Die Unterschiede zwischen den Probenahmestellen waren jedoch deutlicher und zeigten anhand der DGGE Analyse ein breiteres Msm Bandenspektrum für den Anglerteich und Bogengraben im Vergleich zur Oder-Zollstation und zum Haselbach. Die zeitabhängige Variabilität der Archaea und Msm konnte mit T-RFLP und DGGE gezeigt werden. Der Einfluss der Flutung war im Vergleich zu allen anderen Probenahmedaten nicht so ausschlaggebend wie erwartet. Insgesamt zeigen die Ergebnisse eine hohe Biodiversität der Mikroorganismen im Nationalpark Unteres Odertal. Die Flutung hatte insbesondere auf die Eubakterien einen großen Einfluss. Zeitliche Variabilität der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften der Prokaryoten lässt sich im Odertal nicht mit einer Jahreszeit in Zusammenhang bringen. Hingegen sind die mikrobiellen Biozönosen im Haselbach nachweislich von den wechselnden Zirkulationsphasen beeinflusst. Die hier verwendeten Methoden sind zur Charakterisierung mikrobieller Biozönosen in der Umweltmikrobiologie weit verbreitet. Die Anwendung der neuen Pyrosequenzierungsmethode ermöglichte trotz enormer Anzahl analysierter Sequenzen keine vollständige Erfassung der hohen Biodiversität, aber durch das Fehlen des Klonierungsschrittes wurde eine Fehlerursache in der Darstellung der realen Biozönose ausgeschlossen. Unstimmigkeiten in den Ergebnissen der verschiedenen Experimente beruhen meist auf methodischen Limitationen. Die DNA Isolationsmethode, die Vorauswahl von Primern, die bevorzugte Amplifikation, die allen PCR-basierten Methoden zu Grunde liegen, verschieben die reale Darstellung der Struktur einer Biozönose. Die fehlende Aussagekraft über die Aktivität der Mikroorganismen durch DNA basierte Analysen kann durch die Beobachtung der zeitlichen Änderungen ihrer Abundanz reduziert werden. Erste einflussnehmende Umweltparameter konnten ermittelt werden. Zusätzliche Analysen weiterer Elektronenakzeptoren über einen längeren Zeitraum sind jedoch nötig, um eine hinreichend sichere Aussage treffen zu können.

Le principal objectif de ce travail de recherche était l'étude de la dynamique des<br />communautés bactériennes de tapis microbiens afin de comprendre leurs fonctionnements et<br />leur mécanismes d'adaptation face aux stress environnementaux. De part le développement<br />dans des habitats très variés et soumis à des variations des conditions environnementales<br />importantes, les tapis microbiens constituent des modèles de choix pour ce type d'études. La<br />biodiversité bactérienne a principalement été abordée par T-RFLP (Terminal Restriction<br />Fragment Length Polymorphism), approche moléculaire d'écologie microbienne.<br />Premièrement, ce travail a porté sur la description de deux tapis microbiens<br />photosynthétiques présents sur deux sites différents de salinité distinctes, marin (Iles<br />Orcades), et hypersalé (Marais salants de Camargue). La combinaison de différentes<br />approches d'analyses ont permis d'obtenir une image à l'échelle du micromètre de ces tapis.<br />Ainsi, la diversité bactérienne des principales communautés (eubactéries, bactéries<br />phototrophes pourpres, bactéries sulfato-réductrices) de ces tapis microbiens a été décrite par<br />l'approche moléculaire de T-RFLP. Les résultats de cette analyse, associés à ceux d'analyses<br />biogéochimiques, moléculaire DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis),<br />microscopiques (CLSM), et de biomarqueurs lipidiques a permis de relier les communautés<br />bactériennes présentes et d'appréhender leurs rôles écologiques au sein de ces écosystèmes<br />complexes. Ces deux tapis bien que très différents révèlent une organisation très fine,<br />constituée de couches distinctes verticales de quelques micromètres, où s'agencent les<br />populations bactériennes en fonction de leurs caractéristiques physiologiques et des<br />conditions environnementales. Le tapis de Camargue est dominé en surface par les<br />cyanobactéries filamenteuses, principalement Microcoleus chthonoplastes. De plus, la<br />distribution des bactéries phototrophes pourpres et sulfato-réductrices est répartie en fonction<br />des gradients mesurés de sulfure, oxygène et lumière. Le tapis des îles Orcades est au<br />contraire dominé par les bactéries pourpres, très diversifiées, principalement du genre<br />Thiocapsa. Les cyanobactéries y sont faiblement représentées. La diversité bactérienne<br />phototrophes et sulfato-réductrices est très finement organisée le long de gradients physicochimiques.<br />Dans un deuxième temps, la distribution spatio-temporelle du tapis microbien de<br />Camargue en fonction du cycle nycthéméral a été étudiée. Des comportements adaptatifs chez<br />les bactéries pourpres, les cyanobactéries et les bactéries sulfato-réductrices ont ainsi pu être<br />révélés. Parmi ces réponses aux variations des microgradients de sulfure et d'oxygène, la<br />migration a été mise en évidence chez un grand nombre de ces microorganismes.<br />L'analyse de l'impact d'hydrocarbures sur les tapis microbiens de Guérande et de<br />Camargue a été le troisième point abordé. L'influence des paramètres environnementaux sur<br />la dégradation naturelle du pétrole Erika a pu être démontrée. De plus, l'impact réel de la<br />pollution sur les communautés du tapis a été observé montrant une succession de différentes<br />communautés bactériennes. Ceci révèle les capacités d'adaptation de ces écosystèmes face à<br />ce stress d'hydrocarbures. Même si la dégradation par voie microbiologique n'a pu être mise<br />en évidence dans ces systèmes, l'analyse de la diversité des gènes codant pour les<br />dioxygénases montre une grande diversité, suggérant que les tapis microbiens possèdent un<br />potentiel de dégradation important.<br />Ce travail a permis de mettre en évidence l'organisation dynamique des bactéries au<br />sein de tapis microbiens, et d'approcher leurs comportements adaptatifs vis à vis des stress<br />soumis.

Of concern in this research were the ecological parameters associated with the establishment of a model invasive plant species, Imperata cylindrica, across a scale of ecological organization. Specifically, the study addressed the species’ ability to: differentially respond to abiotic and biotic constraints during seedling establishment, exhibit a novel underground competitive interference mechanism, and alter the decomposition dynamics in newly invaded ecosystems. Finally, the last portion of the research was centered around creating a predictive habitat model that will provide information on the most important variables responsible for creating habitat for this species. The population level seedling study indicated that soil characteristics and light availability play a significant role in seedling establishment. There were large trends in biomass allocation attributable to soil type with seedlings performing best in high nutrient soils representative of the Mississippi Alluvial Valley physiographic region. I. cylindrica seedlings also showed a positive response to increased seedling density during the initial stages of seedling establishment. The community level research examining a hypothesized novel interference mechanism deployed by I. cylindrica showed a significant and robust pattern of I. cylindrica damaging its own belowground tissue more often than that of its surrounding neighbors. Therefore, it is highly unlikely that I. cylindrica gains a competitive advantage by exposing the native plant assemblage to pathogen invasion (via ruptured tissue) as the plant would expose itself to these pathogens (to which it is evolutionarily naive) at much higher volumes. The ecosystem level examination of this globally important invasive species indicated that I. cylindrica invasion into native systems will significantly accelerate ambient rates of decomposition. Furthermore, fungal community composition in invaded areas was drastically altered as well as bacterial community functional activity in relation to several key enzymes responsible for the decomposition of plant tissue which were produced more abundantly in invaded areas.The landscape-scale analyses and modeling work validated decades of anecdotal evidence and indicated that anthropogenic disturbance factors associated with road maintenance and construction (soil disturbance and vegetation removal) are the principal factors responsible for creating habitat suitable for invasion by this species.

Inflammatory bowel diseases, (IBD), are a group of chronic disorders of the gastro-intestinal tract, and include Crohn’s disease (CD) and Ulcerative Colitis (UC). The pathogenesis is not known, but involves at least in part a loss of tolerance towards the commensal colonic microbiota. In this thesis, we show in animal models of CD and UC that the colonic mucosal blood flow increased compared to healthy animals. This blood flow increase is due to an up regulation of endothelial nitric oxide synthase (NOS). Further, we show in the UC model that the thickness of the firmly adherent colonic mucus layer increased compared to healthy animals. This increase is due to an up regulation of inducible NOS in the epithelium. Both the blood flow and mucus thickness increase appear to be protective mechanisms.  We demonstrate that the firmly adherent colonic mucus layer acts as a partial barrier towards luminal bacteria. In the UC model, this barrier is destroyed, causing increased bacterial translocation. The adhesion molecule P-selectin was up regulated in the UC model, leading to increased interactions between leukocytes and the endothelium, but also increased interactions between platelets and the endothelium. This indicates that not only leukocytes, but also platelets are involved in colonic inflammation. The addition of the probiotic bacterial strain Lactobacillus reuteri prevented disease by normalizing P-selectin levels and endothelial interactions with leukocytes and platelets. Lactobacillus reuteri also decreased bacterial translocation over the epithelium. In summary, this thesis highlights the importance of colonic barrier functions, and investigates the role of the microbiota in experimental IBD.

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