Los antibióticos han sido identificados como uno de los más importantes tipos de contaminantes emergentes debido a su amplio uso en la medicina humana y veterinaria, así como por su persistencia en el ambiente.
Por otro lado, la nanotecnología ofrece un amplio rango de aplicaciones y tiene un enorme potencial en la acuicultura y la preservación de pescados y mariscos. Además, tiene el potencial para desarrollar nuevas tecnologías para la gestión de las medicinas y el desarrollo de vacunas.
Investigadores de la University of Nigeria, de la Organisation of African Academic Doctors (OAAD), de la Ritman University, entre otras organizaciones, publicaron un revisión científica donde destacan varios métodos nanotecnológicos ecoamigables, entre las cuales se incluyen las nanomedicinas y el suministro de vacunas, nanoformulaciones y nanosensores por sus efectos antimicrobianos en la acuicultura, los riesgos potenciales para la salud pública asociados con las nanopartículas, y sus medidas de mitigación para la gestión sostenible.
Uso de antibióticos y residuos en la acuacultura y ecosistemas acuáticos
Los antibióticos son sustancias naturales o sintéticas, usadas como medicamentos antibacterianos para matar o inhibir el crecimiento y la diseminación de patógenos bacterianos. Estas sustancias son empleados profiláctica, terapéutica o metafilacticamente en la crianza de animales.
En la acuicultura, también se utilizan los antibióticos para impulsar el crecimiento en la acuicultura.
Las diferentes clases de antibióticos utilizados en la acuicultura incluyen aminoglucósidos, quinolonas, sulfonamidas, tetraciclinas, macrólidos, cloranfenicoles, β-lactámicos, nitrofuranos, lincosamidas y polimixinas.
En varios países, los antibióticos son usados inadvertidamente por los piscicultores sin identificar las causas exactas de la infección de los peces. La ruta más común para la administración de antibióticos en la acuicultura es mediante la mezcla de la sustancia de antibióticos con el alimento.
La presencia de residuos de antibióticos en los productos acuáticos de cultivo puede ser sistemáticamente tóxicos para los consumidores y tiene un impacto negativo directo sobre la compleja microflora que habita en el sistemas gastrointestinal humano con potenciales implicaciones adversas.
Los residuos de cloranfenicol aumentan el riesgo de cáncer y, en concentraciones más bajas, de anemia aplásica. Otros efectos secundarios de los antibióticos residuales incluyen hipersensibilidad a la penicilina, mutagenicidad y nefropatía a las gentamicina, e inmunopatología y consecuencias cancerígenas de la sulfametazina, la oxitetraciclina y la furazolidona.
Por otro lado, los efluentes de las granjas acuícolas contienen residuos de antibióticos que comúnmente son descargados en los cuerpos de agua naturales. En estos lugares, los residuos de antibióticos pueden entrar a las cadenas alimentarias con consecuencias inesperadas.
Efectos toxicológicos de los antibióticos en la acuicultura
Resistencia de las bacterias a los antibióticos
El uso irresponsable de los antibióticos ha conducido a la introducción de bacterias, hongos y virus que son resistentes. En el pasado, la fabricación de nuevos antibióticos dependía directamente del desarrollo de cepas resistentes, pero actualmente, el método convencional para combatir enfermedades se dirige a modificar los antibióticos existentes para combatir la resistencia patógena.
La resistencia a los antibióticos implica la capacidad de un fármaco para inhibir el crecimiento microbiano de manera eficiente. Los antibióticos siempre son activos contra estos microbios, pero cuando los microorganismos muestran resistencia o baja sensibilidad, se necesita una concentración de antibiótico superior a la normal para tener efectos sobre ellos.
Resistencia a los antibióticos en organismos acuáticos
Los antibióticos son un contaminante emergente en los ambientes acuáticos, y representan una serie de problemas debido a que las actuales instalaciones de tratamiento de aguas residuales no están equipados para eliminar estos contaminantes emergentes.
Estudios recientes han mostrado que muchos antibióticos son hallados en los ambientes acuáticos, y el conocimiento de sus interacciones con los organismos acuáticos es aún escaso.
La resistencia a los antibióticos en cualquier ambiente es considerado un serio problema de salud pública. La continua acumulación de antibióticos en los ambientes acuáticos ha conducido al incremento de genes de resistencia a los antimicrobianos en ese ambiente.
La presencia de antibióticos en los ambientes acuáticos está bien documentada, y con el tiempo, los microorganismos acuáticos expuestos a estos antibióticos adquieren genes de resistencia a los antimicrobianos, que ellos transfieren a otros organismos.
Nanotecnología, acuacultura y ecosistemas acuáticos
Síntesis de nanopartículas
Desde el inicio de la nanociencia, la síntesis de nanomateriales de alto rendimiento y bajo costo ha sido un problema importante.
La capacidad de producir nanopartículas con formas, monodispersidad, composición química y tamaños variados es fundamental para su uso en la acuicultura y la medicina de peces.
La síntesis de nanopartículas metálicas con las propiedades deseadas se lleva a cabo a través de diferentes enfoques, incluidos bottom-up y top-down.
La estrategia ascendente implica sintetizar nanopartículas y ensamblarlas en el producto compuesto final. Este tipo de síntesis se puede realizar biológica o químicamente. Este enfoque tiene un beneficio significativo en el sentido de que puede sintetizar nanopartículas metálicas sin fallas y homogeneidad en la composición química.
La técnica “top-down”, mediada por enfoques químicos o físicos, reduce el material de partida a su tamaño. La desventaja de este proceso es la falta de uniformidad de la morfología, lo que afecta las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas generadas.
Si bien los métodos físicos y químicos se utilizan ampliamente, la síntesis biológica de nanopartículas aún están en pañales.
Aplicación de nanopartículas
El uso de nanopartículas como alternativa a los antimicrobianos para combatir el surgimiento de la resistencia microbiana a los antibióticos en la acuicultura ha sido propuesto como una solución a la resistencia antimicrobiana.
Varias nanopartículas metálicas han mostrado prometedores efectos antimicrobianos contra patógenos bacterianos, hongos y virus, a través de diferentes mecanismos como el daño de la membrana celular, la interrupción del transporte de proteína, la inactivación de enzimas vitales, entre otros.
Recientemente se han dado avances significativos en la utilización de las nanopartículas para el suministro de medicamentos terapéuticos en ubicaciones específicas.
Nanotecnología para prevenir y remediar la contaminación con antibióticos
La nanotecnología es una herramienta vital para remediar la contaminación por antibióticos y la resistencia a los antibióticos en los ecosistemas acuáticos y la acuicultura.
Existen algunos nanosistemas de profilaxis que pueden ayudar a prevenir la contaminación con antibióticos y el surgimiento de microbios resistentes en la acuicultura. Generalmente, este enfoque preventivo adopta nanosistemas alternativos para gestionar la carga microbiana en la acuicultura y prevenir la descarga de efluentes ricos en antibióticos.
Conclusiones
“La nanotecnología, sin duda, juega un papel importante en el crecimiento y la sostenibilidad a largo plazo de la acuicultura. Hasta ahora, se han utilizado varias soluciones basadas en nanotecnología para mejorar los principales pilares de la acuicultura y la pesca”, concluyen los investigadores.
No obstante, destacan los investigadores, existe una creciente preocupación en el campo de la nanotecnología por la toxicidad de las nanopartículas, así como por el uso excesivo de antibióticos y otras sustancias sintéticas.
Referencia (acceso abierto)
Okeke, E.S., Chukwudozie, K.I., Nyaruaba, R. et al. Antibiotic resistance in aquaculture and aquatic organisms: a review of current nanotechnology applications for sustainable management. Environ Sci Pollut Res (2022). https://doi.org/10.1007/s11356-022-22319-y
