Singapur.- Un grupo de investigadores publicó una revisión científica que discute las tecnologías analíticas y biosensores usados dentro de la acuicultura para detectar y monitorear varios parámetros del agua.
La creciente demanda por productos acuáticos ha estimulado el rápido crecimiento de la industria de la acuicultura. Una de las principales preocupaciones de los acuicultores es monitorear y controlar efectivamente la calidad del agua para asegurar una alta productividad y alta calidad. En este sentido, existe una alta demanda por tecnologías de monitoreo rápidas, en tiempo real y automático del ambiente acuícola.
Los investigadores de la Agency for Science, Technology and Research y de la National University of Singapore publicaron una revisión científica en donde discuten las cuatro principales áreas de un sistema de monitoreo de calidad de agua que afectan los cultivos acuícolas:
a) Parámetros físicos: pH, temperatura, oxígeno disuelto y salinidad
b) Contaminantes orgánicos
c) Peligros bioquímicos: cianotoxinas
d) Contaminantes biológicos: patógenos.
El estudio discute las tecnologías convencionales y analíticas que viene siendo desarrolladas y aplicadas, y su estado de explotación comercial. Para los biosensores y tecnologías analíticas para los factores de contaminación ambiental, los investigadores comentan sus fortalezas y limitaciones, y su idoneidad para una inspección rápida y/o diagnósticos más exactos.
Con un resumen de la demanda futura de la detección continua en tiempo real, sensores inteligentes, conectividad de datos, etc, los investigadores esperan que la revisión científica puede proveer un visión clara sobre el nivel de disponibilidad de varias tecnologías analíticas para satisfacer las demandas futuras.
Parámetros físicos de la calidad del agua
El oxígeno disuelto, la temperatura, el nivel de pH, la salinidad y la turbidez son los parámetros básicos a ser monitoreados y controlados en un sistema de acuicultura. Las fluctuaciones en estos parámetros afectan directamente la salud de los animales, la utilización de los piensos, las tasas de crecimiento y las capacidad de carga de los sistemas.
a) Sensores de redes inalámbricas
Tradicionalmente, la calidad del agua en las piscigranjas son medidas periódicamente en el mismo lugar empleando sensores manuales. Mientras que los instrumentos manuales pueden proveer medidas en el mismo lugar por los trabajadores durante las horas de trabajo, la variación de cualquier parámetro clave fuera del rango seguro puede ocurrir fuera de las horas de trabajo.
En los últimos años, los avances en las diferentes Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC), junto con el desarrollo de sensores pequeños de bajo costo han incrementado la factibilidad de monitorear numerosos parámetros juntos a través de redes de sensores inalámbricos. La información recopilada es desplegada en una computadora o enviada en la forma de mensaje a los productores en tiempo real.
Numerosos estudios vienen siendo realizados para el desarrollo de redes de sensores inalámbricos para su uso en la acuicultura. La mayor parte de estas tecnologías tiene la capacidad de medir la mayoría de los importantes parámetros físicos en tiempo real y la capacidad de informar a los trabajadores cuando se presenta un problema en la piscigranja.
Contaminantes orgánicos
Varios contaminantes (químicos, bioquímicos y biológicos) del ambiente representan serios riesgos para la calidad del agua en una granja acuícola.
a) Contaminantes orgánicos y riesgos para la salud
Los compuestos orgánicos, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), bifenilos policlorados (PCBs), pesticidas organoclorados (OCPs), retardantes de llama bromados (BFRs) y residuos de medicamentos veterinarios y antibióticos, pueden ingresar a los sistemas de acuicultura vía los piensos, y potencialmente pueden ser transferidos a los organismos en cultivo. Estos contaminantes son capaces de bioacumular en toda la cadena alimentaria, causando efectos perjudiciales a la salud humana después de ingerir los organismos contaminados.
b) Técnicas de laboratorio para la detección de contaminantes orgánicos
La determinación confiable de varios contaminantes en los sistemas de acuicultura, particularmente en peces y mariscos, se ha basado en gran medida en técnicas de laboratorio, incluido la cromatografía líquida (LC) o de gas (GC) combinado con la espectrometría de masas (MS). GC es preferida debido a su mayor selectividad y resolución para matrices complejas como las muestras de acuicultura.
El estudio presenta una lista de técnicas análiticas de laboratorio para la detección de contaminantes orgánicos en muestras de acuicultura.
c) Métodos bioquímicos
El ensayo ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) es un método bioquímico analítico muy popular. Este ha sido desarrollado para analitos desde macromoléculas (proteínas y DNA) a medicamentos y otros compuestos orgánicos. ELISA mayormente depende de los anticuerpos para capturar los analitos objetivos.
Existe un grupo de kits ELISA disponibles para PAHs, PCBs y residuos de antibióticos.
d) Biosensores y nanosensores
Los nanomateriales y las nanotecnologías han sido ampliamente aplicados en ciencias analíticas. La Espectroscopía Raman de superficie mejorada basada en nanopartículas de metal (SERS) es una técnica poderosa para proveer información de químicos traza. Este método es ampliamente aplicado para la identificación y detección de contaminantes orgánicos en el agua, particularmente PAH.
Peligros bioquímicos
a) Peligros bioquímicos y riesgos para la salud
Con el incremento del cambio climático global y la eutrofización, existe un aumento de las floraciones algales nocivas (HABs). Algunas especies de cianobacterias de HABs producen cianotoxinas que usualmente afectan el sistema nervioso humano (neurotoxinas), hígado (hepatotoxinas) o piel (dermatoxinas).
b) Tecnologías analíticas convencionales
Los métodos convencionales para el análisis de cianotoxinas son la espectrometría de masas en tándem de cromatografía. Por ejemplo, el método UPLC-MS/MS fue desarrollado para medir nueve cianotoxinas en el tejido muscular del pescado, y niveles libres de cianotoxinas en 34 peces y 17 hígados y huevos de granjas acuícolas en el sudeste de Asia.
c) Métodos bioquímicos
Existe un diverso rango de métodos bioquímicos que son considerados como pruebas rápidas para detectar e identificar las células de cianobacterias y cianotoxinas en el agua, incluido la prueba ELISA, ensayo de inhibición de la proteína fosfatasa (PPIA), ensayo de inhibición de la síntesis de proteínas (PSI), reacción en cadena de la polimerasa convencional (PCR), PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR) y microarrays / chips de ADN. Estos métodos pueden variar grandemente en su grado de sofisticación y la información que ellos proveen.
d) Biosensores para cianotoxinas y cianobacterias
Los biosensores son dispositivos analíticos compactos y han sido desarrollados para el análisis de toxinas y bacterias. Ellos pueden emplearse en el mismo lugar y en tiempo real. Entre los varios formatos de biosensores, los sensores ópticos y electroquímicos han sido mayormente desarrollados para el análisis de la calidad del agua.
Además de la detección de toxinas de cianobacterias, la detección de la cianobacterias es también útil para la evaluación de la calidad del agua. Un biosensor de ácido nucleico ha sido descrito para detectar la región que codifica la cianopeptolina de una cianobacteria.
Contaminantes biológicos
a) Patógenos de los peces
Un patógeno es definido como un organismo que causa enfermedad a su huésped. Los patógenos son ampliamente diversos, incluidos las bacterias y virus. Ellos dañan los tejidos o células de los animales durante su replicación, usualmente mediante la generación de toxinas.
Los métodos analíticos para detección cuantitativa y cualitativa de los patógenos en la acuicultura incluyen métodos basados en el cultivo, métodos moleculares, biosensores y métodos de observación por microscopía.
b) Métodos basados en el cultivo
Estos métodos son considerados el “estándar” corriente para la detección de patógenos bacterianos. En los métodos de cultivo, las muestras de bacterias del agua de cultivo o parte del pez infectado son incubados en un medio de agar y las colonias de bacterias que crecen en el agar son enumeradas.
Los métodos basados en el cultivo tienen como limitaciones el tiempo que requieren, no adecuados para el crecimiento de ciertos tipos de bacterias, y requieren de un laboratorio. Además, los medios especializado podrían no ser capaces de identificar completamente los patógenos objetivos a nivel de especie.
c) Ensayos moleculares PCR
La identificación y detección de bacterias y virus puede hacerse a nivel celular o a nivel molecular. El ADN es actualmente la mejor molécula para la detección de bacterias. La Reacción de Cadena de la Polimerasa (PCR) es una técnica muy popular que se emplea para amplificar una sola o varias copias de una secuencia de ADN específica.
El poder del PCR para la identificación simultánea de múltiples patógenos marinos ha sido reportado. Un protocolo de PCR ha sido diseñado para la detección simultánea de los principales patógenos bacterianos marinos en las granjas salmoneras de Chile: Streptococcus phocae, Aeromonas salmonicida, Vibrio anguillarum, y Piscirickettsia salmonis.
d) Biosensores
Los biosensores son típicamente diseñados para detectar bacterias o virus conocidos, pero es ineficiente en la identificación de los desconocidos. En el diseño de un biosensor típico, la prueba de ADN o anticuerpos están inmovilizados en la superficie de un sensor para capturar el analito objetivo de RNA viral o células de bacterias.
Conclusiones y perspectivas
De acuerdo con el estudio, entre los cuatro aspectos de calidad de agua, las tecnologías de sensores y detección para los parámetros físicos básicos están bien desarrollados y disponibles en el mercado. La detección de contaminantes orgánicos, bioquímicos y biológicos aún se encuentran en la fase de laboratorio. {mprestriction ids=»*»}
Referencia (abierto):
Xiaodi Su, Laura Sutarlie, and Xian Jun Loh. Sensors, Biosensors, and Analytical Technologies for Aquaculture Water Quality. AAAS Research. Volume 2020, Article ID 8272705, 15 pages https://doi.org/10.34133/2020/8272705 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7048950/ {/mprestriction}
