La tecnología de biofloc (BFT) ha revolucionado la acuacultura del camarón al fomentar un entorno saludable para el camarón a través del poder de pequeñas comunidades microbianas. Estas comunidades, conocidas como bioflocs, desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la calidad del agua, la mejora de la salud del camarón y la conformación del microbioma intestinal de estos preciados crustáceos.
A pesar de su adopción global, una comprensión completa de la intrincada red de microbios dentro de los bioflocs ha seguido siendo difícil de alcanzar. Esto se debe principalmente a la gran diversidad de estos microbios, muchos de los cuales desafían los métodos de cultivo tradicionales basados en laboratorio.
El universo microbiano
Un estudio innovador reciente publicado en la revista mSystems por los científicos de la Inha University, arroja luz sobre este mundo oculto. Los investigadores emplearon una técnica de vanguardia llamada «metagenómica centrada en el genoma» para ahondar en la microbiota asociada a biofloc (comunidad FAB) de los sistemas de acuicultura de camarones en Corea del Sur y China. Este enfoque les permitió reconstruir la asombrosa cantidad de 520 genomas ensamblados por metagenoma (MAG), esencialmente planos de microbios individuales, que abarcan tanto bacterias como arqueas.
Un tesoro de diversidad
El análisis reveló una visión fascinante de la comunidad FAB. Dos grupos bacterianos prominentes, Pseudomonadota y Bacteroidota, emergieron como miembros principales. Sorprendentemente, casi el 93% de los MAG recuperados desafiaron la clasificación a nivel de especie. Esto apunta hacia una vasta reserva de diversidad microbiana no caracterizada dentro de la comunidad FAB, que espera ser explorada.
Revelando la potencia funcional
Al analizar el potencial funcional codificado dentro de estos MAG, los investigadores desentrañaron las increíbles capacidades metabólicas de la comunidad FAB. Estos microbios poseen un repertorio diverso para degradar carbohidratos complejos, lo que contribuye significativamente al ciclo del carbono dentro del sistema de acuicultura.
Maestros de la biogeoquímica
Quizás el hallazgo más emocionante del estudio radica en la versatilidad de la comunidad FAB en los metabolismos de nitrógeno y azufre. El estudio identificó genes asociados con procesos cruciales como la asimilación de amonio, la nitrificación, la desnitrificación y la oxidación de tiosulfato y sulfuro. Esto se traduce en la capacidad de la comunidad FAB de prosperar tanto en entornos aeróbicos (ricos en oxígeno) como anaeróbicos (pobres en oxígeno), lo que garantiza la eliminación eficiente de productos de desecho tóxicos como el amoníaco y el sulfuro. En particular, la investigación indica la ausencia de genes vinculados a vías menos deseables como la nitrificación heterotrófica y la reducción de sulfato.
Rhodobacteraceae: las estrellas
Entre este diverso tapiz microbiano, los miembros de la familia Rhodobacteraceae se destacaron como los más abundantes y metabólicamente versátiles. Su presencia sugiere un papel vital en el impulso de procesos biogeoquímicos clave dentro del sistema de biofloc.
Impacto para la acuacultura sostenible
Este estudio innovador no solo amplía la colección actual de genomas microbianos de entornos de acuicultura, sino que también proporciona información valiosa sobre las capacidades funcionales de la comunidad FAB. Al iluminar la intrincada red de interacciones entre varios taxones microbianos y sus contribuciones a los ciclos biogeoquímicos, esta investigación allana el camino para futuros avances en la tecnología de biofloc.
Asimismo, el conocimiento obtenido a partir de este estudio allana el camino para:
- El desarrollo de probióticos específicos para mejorar la comunidad beneficiosa del biofloc.
- Optimización de los sistemas BFT para mejorar la calidad del agua y la salud de los camarones.
- Identificación de nuevas cepas microbianas con posibles aplicaciones en la acuicultura.
Conclusión
Este estudio profundiza en la intrincada comunidad microbiana que se encuentra en los sistemas de acuicultura con biofloc, analizando su composición y funciones metabólicas. Estos son algunos de los hallazgos clave:
Diversidad y composición microbiana
- Gran diversidad no cultivada: El estudio identificó una amplia gama de especies microbianas dentro de la microbiota asociada a los flóculos (comunidad FAB). Sin embargo, más del 90% de estas especies siguen sin cultivarse, lo que destaca la importancia de los enfoques metagenómicos para comprender este ecosistema único.
- Relación estrecha con la microbiota intestinal del camarón: La comunidad FAB comparte un gran parecido con la microbiota intestinal del camarón. Esto sugiere un posible impacto en la salud y la inmunidad del camarón, probablemente debido a la dependencia del camarón de los bioflocs como fuente de alimento.
- Miembros principales de la comunidad FAB: El estudio identificó taxones microbianos clave que están presentes de manera constante en la comunidad FAB. Estos incluyen miembros de las familias Rhodobacteraceae, Halieaceae, Flavobacteriaceae, Saprospiraceae, Cyclobacteriaceae, Planctomycetaceae, Microbacteriaceae y Nannocystaceae.
Funciones metabólicas de la comunidad FAB
- Degradación del carbono: La comunidad FAB es experta en degradar carbono orgánico complejo, y los miembros del filo Bacteroidota, en particular Flavobacteriaceae y Saprospiraceae, desempeñan un papel clave.
- Metabolismo del nitrógeno: Si bien la comunidad FAB depende principalmente de la asimilación de amonio heterotrófico para la eliminación de nitrógeno, también exhibe potencial para la desnitrificación y la reducción de nitrato disimilatorio a amonio (DNRA).
- Oxidación de azufre: Una parte importante de la comunidad FAB participa en la oxidación de azufre, lo que contribuye al mantenimiento de la calidad del agua. Rhodobacteraceae y Arenicellales son particularmente activas en este proceso.
En general, este estudio proporciona información valiosa sobre la diversidad microbiana y las capacidades metabólicas de la comunidad FAB en los sistemas de acuicultura de biofloc. Los hallazgos tienen implicaciones significativas para mejorar la sostenibilidad y la eficiencia de la acuicultura.
La investigación se realizó en el marco del High Seas Bioresources Program of the Korea Institute of Marine Science & Technology Promotion (KIMST), financiado por el Ministry of Oceans and Fisheries, el Mid-Career Research Program, y el Science Research Center Program a través del National Research Foundation (NRF) financiado por el Ministry of Sciences e ICT.
Contacto
Jang-Cheon Cho
Department of Biological Sciences and Bioengineering
Center for Molecular and Cell Biology, Inha University
Incheon, South Korea
Email: chojc@inha.ac.kr
Referencia (acceso abierto)
Rajeev M, Jung I, Kang I, Cho J. 2024. Genome-centric metagenomics provides insights into the core microbial community and functional profiles of biofloc aquaculture. mSystems0:e00782-24.https://doi.org/10.1128/msystems.00782-24
