Avanzan en identificación y diseño de nuevos probióticos acuícolas

Un nuevo estudio, publicado en la revista Microorganisms bajo el título «Importance of Probiotics in Fish Aquaculture: Towards the Identification and Design of Novel Probiotics», fue realizado por investigadores de la Universidad de Santiago, la Universidad de Los Lagos, la Universidad Autónoma de Baja California, la Escuela Nacional de Veterinaria de Alfort y la Universidad Paris-Saclay. La acuicultura es una industria en crecimiento a nivel mundial, pero enfrenta desafíos relacionados con la salud animal. Estos desafíos incluyen infecciones por parásitos, bacterias y patógenos virales. A pesar de los esfuerzos por controlarlos mediante vacunas y tratamientos antimicrobianos, estos patógenos dañinos tienen efectos devastadores en la industria. Desafortunadamente, estas medidas han demostrado ser insuficientes para abordar los problemas sanitarios, lo que resulta en un mayor impacto ambiental debido al uso excesivo de antimicrobianos. En los últimos años, los probióticos han surgido como una solución prometedora para mejorar el rendimiento del sistema inmunológico contra patógenos parasitarios, bacterianos y virales en diversas especies, incluidos mamíferos, aves y peces. Algunos probióticos se han modificado genéticamente para expresar y administrar moléculas inmunomoduladoras. Estas promueven efectos terapéuticos selectivos e inmunización específica contra patógenos concretos. Esta revisión tiene como objetivo resumir las investigaciones recientes sobre el uso de probióticos en la acuicultura, con un énfasis particular en los probióticos modificados genéticamente. En concreto, nos centramos en las ventajas de utilizar estos microorganismos y destacamos las principales barreras que obstaculizan su aplicación generalizada en la industria acuícola. Probióticos en la acuicultura Durante muchos años, los antibióticos se utilizaron para el control de patógenos en el sector de la piscicultura, lo que generó resistencia a los antibióticos y consecuencias negativas para la salud animal y humana. Por lo tanto, las cepas probióticas, «microorganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, confieren beneficios para la salud», han surgido como nuevas alternativas a los tratamientos terapéuticos y profilácticos para garantizar la nutrición, la seguridad alimentaria y el desarrollo sostenible de la industria. Varias encuestas de comunidades bacterianas intestinales coinciden en que el tracto gastrointestinal (TGI) de los peces alberga una carga bacteriana de aproximadamente 108 células bacterianas por gramo. La microbiota intestinal de los peces está dominada por Proteobacterias (51,7%) y Firmicutes (13,5%), a diferencia de los taxones dominantes reportados en vertebrados terrestres (Firmicutes y Bacteroidetes). Entre los peces, los herbívoros albergan los microbiomas más diversos porque necesitan bacterias, como Clostridium, Leptotrichia o Citrobacter, para digerir la celulosa de origen vegetal. El sector de la acuicultura ha empleado estrategias para mejorar la producción de peces mediante el uso de cepas probióticas y/o compuestos que estimulan su microbiota. En las primeras etapas de producción de peces cultivados, los peces requieren suplementos de alimento vivo, lo que puede introducir patógenos en el sistema cerrado. Sin embargo, esto se puede manejar mediante la introducción de cepas probióticas, que también pueden ayudar en la degradación de compuestos indigestibles para los peces en estado larvario. Beneficios de los probióticos Los probióticos pueden aumentar el rendimiento del crecimiento y la actividad de las enzimas digestivas (es decir, actividades de lipasa, proteasa y amilasa). Por ejemplo, cuando las dietas de larvas de lucioperca (Sander lucioperca) se suplementaron con Lactobacillus paracasei BGHN14 + Lactobacillus rhamnosus BGT10, o con Lactobacillus reuteri BGGO6–55 + Lactobacillus salivarius BGHO1, se observaron mejoras en el desarrollo del esqueleto y la relación de actividad tripsina-quimotripsina, como indicador de la digestibilidad de proteínas. Por otro lado, los procedimientos de acuicultura (manipulación, transporte o densidad de población) activan el sistema de estrés, induciendo efectos negativos en diferentes procesos fisiológicos de los peces (crecimiento, reproducción e inmunidad). La administración de Bacillus subtilis y Bacillus licheniformis podría ser útil para desencadenar ventajas metabólicas durante eventos de manejo estresantes en las instalaciones, como se observa por la reducción de los niveles de cortisol. Además, la administración de componentes celulares purificados derivados de bacterias probióticas puede eliminar problemas asociados con patógenos de peces, como Aeromonas, Pseudomonas, Roseobacter y Vibrio. El componente celular de B. subtilis VSG1, Pseudomonas aeruginosa VSG2 y Lactobacillus plantarum VSG3 indujo una actividad de lisozima significativamente mayor en la rohu (Labeo rohita), al igual que B. licheniformis en la tilapia del Nilo juvenil. Perspectivas futuras de los probióticos  Los probióticos recombinantes están emergiendo como una segunda alternativa, ya que pueden mejorar las propiedades de los probióticos originales al expresar proteínas antigénicas de patógenos de tal manera que puedan conferir inmunidad contra ellos, estimulando la producción de anticuerpos naturales en la mucosa de los peces, como en la inmunidad α-Gal. Los probióticos recombinantes ofrecen una plataforma de bajo costo para expresar estas proteínas inmunogénicas, que no necesitarían purificarse para su uso, y pueden incorporarse como probióticos en el alimento para peces. Hasta ahora, el uso de probióticos recombinantes como agentes inmunizantes solo se ha probado con los patógenos que causan el mayor impacto en la acuicultura, dejando un amplio espacio para el desarrollo o estudio de su uso potencial en el tratamiento preventivo de la mayoría de los patógenos que afectan a la acuicultura en diversas especies. La identificación de nuevos probióticos, idealmente del tracto gastrointestinal de cada especie acuícola, que puedan modificarse para la expresión de proteínas inmunoestimulantes también es un desafío, ya que estos microorganismos tienen una mejor tasa de colonización que los probióticos de ambientes terrestres. Por otro lado, identificar un huésped probiótico potencial que se degrade rápidamente dentro del ecosistema donde se realiza la acuicultura por microorganismos específicos del ecosistema como las amebas, también ayudaría a reducir el impacto ecológico causado por la introducción de estos microorganismos en grandes cantidades. Finalmente, identificar cepas probióticas capaces de ejercer sus efectos a bajas concentraciones mientras se obtienen altos rendimientos (UFC/mL) durante la fermentación, y que resistan el procesamiento en alimento balanceado para peces, representa una característica deseable para reducir los costos de producción asociados con el alimento para peces enriquecido con probióticos. La expresión de HSP dentro de estas cepas probióticas podría potencialmente mitigar las pérdidas incurridas durante el proceso de inclusión de probióticos en el alimento. Promisorio futuro y desafíos Los probióticos en la acuicultura de peces son una alternativa prometedora para reducir el impacto negativo de los brotes de patógenos, disminuyendo las pérdidas económicas producidas por la mortalidad de especímenes y el uso de antibióticos aplicados para controlar el patógeno bacteriano. Estos factores ayudarán a hacer de la acuicultura un sector más amigable con el medio ambiente. Actualmente, la mayoría de los probióticos probados en la acuicultura se han estudiado o aplicado previamente en humanos o mamíferos, por lo que es necesario desarrollar nuevos probióticos especializados para su uso en peces. Para lograr este objetivo, se necesita un mejor entendimiento de los mecanismos de interacción entre la microbiota intestinal de los peces y el huésped, caracterizando los metabolitos microbianos involucrados que ayudan a reducir el impacto de los brotes, ya sea por inmunoestimulación o por antagonismos con los patógenos. Lea el estudio completo aquí.