Egipto – Los probióticos, prebióticos y simbióticos usados en la piscicultura de la tilapia han sido considerados como una alternativa viable, segura y ambientalmente amigable que incrementa el rendimiento en crecimiento, utilización del alimento, inmunidad, resistencia a las enfermedades y la supervivencia de los peces contra patógenos y el estrés ambiental.
Diversas investigaciones han demostrado que la inclusión de probióticos, prebióticos y simbióticos en las dietas de los peces y/o sistemas de crianza mejora el bienestar general de los peces en cultivo.
Los investigadores de la The American University in Cairo publicaron una revisión científica del uso de los probióticos, prebióticos y simbióticos, y sus efectos en la supervivencia, crecimiento, rendimiento, morfología del intestino, abundancia microbiana, producción de enzimas, inmunología, y resistencia a las enfermedades en la piscicultura de la tilapia.
Probióticos, prebióticos y simbióticos
Según la FAO y la OMS, los probióticos se definen como ”microorganismos vivos que, cuando son administrados en cantidades adecuadas, confieren un beneficio de salud para el huésped”.
Los prebióticos son definidos como “un sustrato que es selectivamente utilizado por los microorganismos huésped que confieren un beneficio de salud”. Generalmente los prebióticos son carbohidratos clasificados de acuerdo a su peso molecular o el número de monosacáridos.
La combinación de pro y prebióticos es referida como simbióticos. Los simbióticos son definidos como “una mezcla que comprende los microorganismos vivos y sustratos selectivamente utilizados por los microorganismos del huésped que confieren un beneficio de salud para el huésped”.
Las características fisiológicas y variaciones de cada huésped y los impactos significativos de las numerosas variables ambientales hacen difícil identificar un candidato probiótico para su uso general en la acuicultura.
Asimismo, la efectividad de los probióticos es especie-específica, y sus influencias pueden ser examinados considerando las diferencias entre las especies acuáticas (especies de peces de agua dulce o marina), hábitos de alimentación (herbívoros, omnívoros y carnívoros), la duración de la alimentación, y las condiciones ambientales del cultivo.
Probióticos en la piscicultura de la tilapia
Fuentes de probióticos para la tilapia
Un amplio rango de microorganismos vienen siendo usados en la acuicultura, y estos incluyen a especies de Bacillus, Lactobacillus, Lactiplantibacillus, Lactococcus, Enterococcus, Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas, Enterobacter, Clostridium, Carnobacterium, Shewanella, Leuconostoc, y Saccharomyces.
Generalmente los microorganismos son parte del microbioma del organismo huésped y los probióticos con cierto potencial usados en la producción de tilapia han sido aislados del tracto gastrointestinal de tilapia, del agua de cultivo o de los sedimentos.
Entre las especies de probióticos, Bacillus spp. ha sido el probiótico más estudiado en la acuacultura de la tilapia. Los científicos han reportado que esta especie no solo exhibe características antagonistas contra otros microorganismos, sino también mejora la calidad del agua, el rendimiento en crecimiento y la resistencia a las enfermedades en los peces.
Los investigadores reportan que existe una variedad de probióticos comerciales que vienen siendo usados en el cultivo de la tilapia; sin embargo, la mayoría de estos probióticos han sido identificados y aislados de animales terrestres y además, se desconoce su viabilidad y adaptación a los ecosistemas acuáticos.
Criterios de selección de los probióticos
El principal propósito de los probióticos es crear un balance entre los microbios benéficos y patogénicos que comúnmente existen en el intestino de los peces.
De acuerdo con los investigadores, para que los probióticos sean efectivos, ellos deben poseer ciertas características:
a) Deben ser capaces de mejorar el crecimiento, el desarrollo y la respuesta inmune de los organismos huésped contra varias bacterias patogénicas y el estrés abiótico.
b) No deben tener ningún impacto peligroso sobre el organismo huésped.
c) No deben tener genes resistentes a los antibióticos y deben mantenerse con los rasgos hereditarios del organismo huésped.
d) Deben utilizarse en su totalidad como alimento y esto depende de varios factores, como la resistencia al jugo gástrico, la tolerancia al ácido y las sales biliares, el antagonismo hacia los microbios patógenos, la adsorción en la superficie del sistema digestivo y la supervivencia en las mucosas, la producción de vitaminas y enzimas, además de estimular el sistema inmunológico.
e) Deben tener buena acción fermentativa, buenas propiedades sensoriales, alta tolerancia para el secado, además de mantener su viabilidad durante el empaque y el almacenamiento.
Modos de acción de los probióticos en la tilapia
a) Modulación de los parámetros inmunológicos
De forma similar a cualquier otro microbio, los probióticos también poseen patrones moleculares asociados a los microbios (MAMP) que pueden ser detectados por los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) del huésped.
Estos MAMP incluyen peptidoglicanos, ácidos lipoteicoico, lipopolisacáridos, exopolisacáridos, proteína A de la capa S, ácidos nucleicos microbianos y flagelina.
Tras la detección y unión, se desencadena una cascada de señalización intracelular que da como resultado la liberación de citocinas, quimiocinas y otras moléculas efectivas específicas, lo que mejora la respuesta inmune en el organismo huésped.
b) Exclusión competitiva por los sitios de adhesión
La ingesta dietética de probióticos promueve la colonización microbiana del epitelio de la mucosa del tracto gastrointestinal (GIT) del organismo huésped. Este es uno de los modos de acción sugeridos para los organismos probióticos en los que excluyen competitivamente a las bacterias patógenas.
Asimismo, la adhesión probiótica puede ser específica debido a la adhesión en moléculas de células epiteliales y la superficie de bacterias adherentes o no específicas debido a la presencia de agentes fisicoquímicos.
c) Producción de sustancias inhibitorias
Con la reciente prohibición del uso de antibióticos en la acuicultura, los probióticos vienen siendo usados como una alternativa para incrementar la inmunidad y la supervivencia de las especies acuáticas bajo los desafíos de la infección.
Los probióticos producen varias sustancias inhibitorias que tienen propiedades antimicrobianas y antivirales. Estas sustancias incluyen sideróforos, bacteriocinas, peróxido de hidrógeno, lisozimas, proteasas, ácidos grasos volátiles (ácido láctico, propiónico, acético y butírico), ácidos orgánicos y enzimas extracelulares.
d) Competencia por nutrientes
Generalmente, el hierro es uno de los nutrientes esenciales requeridos por las bacterias para su crecimiento, pero la limitada disponibilidad de este metal en los fluidos y tejidos de los animales limita su crecimiento.
Por tanto, los sideróforos que se unen al hierro ayudan a las bacterias a obtener las cantidades de hierro necesarias para su crecimiento. Las investigaciones han sugerido previamente un vínculo entre la producción de sideróforos y la virulencia de ciertos patógenos.
El secuestro de hierro férrico en un ambiente con bajo contenido de hierro por bacterias productoras de sideróforos dificultará que las bacterias patógenas lo absorban, suprimiendo así su crecimiento.
Asimismo, ciertos organismos probióticos secretan enzimas digestivas que no solo reducen los compuestos anti-nutricionales en los alimentos, sino que también incrementan la absorción de los nutrientes para aumentar la utilización del alimento y el rendimiento de crecimiento de los organismos acuáticos.
e) Quorum Quenching
Quorum Quenching hace referencia a la interrupción de la comunicación bacteriana (quorum signaling).
Las bacterias son capaces de comunicarse a través de moléculas conocidas como N-acil-L-homoserina lactonas, lo que conduce a la expresión de factores de virulencia.
La interrupción de la señalización del quorum se ha sugerido como una estrategia antiinfecciosa para controlar las bacterias dañinas mediante la interferencia de los procesos de colonización, incluida la formación de biopelículas y la invasión de los tejidos del huésped.
Beneficios de los probióticos en la acuacultura de la tilapia
a) Incremento del crecimiento y las tasas de supervivencia
Los probióticos pueden incrementar el apetito de los organismos huésped, lo que conduce a una mejora en el crecimiento y la supervivencia.
Se ha reportado que el uso de Bacillus spp. solo o en combinación con otras especies bacterianas en la acuacultura de la tilapia mejora la supervivencia y crecimiento de los peces.
Similares resultados han sido reportados en varias otras especies microbianas como Lactobacillus spp., Rumeliibacillus sp., Micrococcus luteus, E. faecium, Psychrobacter namhaensis SO89, Pediococcus acidilactici, y Aspergillus oryzae.
b) Mejora del estado de salud y la resistencia a las enfermedades
Las especies de tilapia son susceptibles a varias bacterias y virus patogénicos, así como a varios factores de estrés abiótico como el hacinamiento, temperatura, metales pesados, y toxicidad de los pesticidas, entre otros.
La administración en la dieta de los probióticos y/o su directa adición en el agua de crianza han mostrado una mejora en el estado de salud y la resistencia a las enfermedades en la tilapia.
c) Aumento de parámetros inmune
La piel y los tejidos linfoides de la mucosa intestinal se consideran la primera línea de defensa en los peces, debido a que sirven como el primer punto de contacto para los patógenos invasores.
Las superficies de la mucosa contienen varias moléculas y enzimas asociadas con la inmunidad, como piscidinas, defensinas, calmodulina, complemento, lectina, aglutinina, interferón, vitelogenina, péptidos antimicrobianos, proteínas C-reactivas, inmunoglobulinas, glicoproteínas y enzimas proteolíticas.
En el mismo contexto, los investigadores reportan varios estudios sobre la administración de probióticos en tilapia para evaluar respuestas inmunes no específicas en la tilapia.
El aumento de los parámetros inmunes no específicos mejora el vigor y el bienestar general del organismo.
d) Mejora de la estructura del intestino y cambios de la diversidad microbiana
Las interacciones entre la morfología intestinal, la diversidad microbiana intestinal y la absorción de nutrientes pueden mejorar la salud y el rendimiento de crecimiento de las especies de peces de piscifactoría.
Se ha demostrado que la administración de probióticos en la piscicultura de tilapia altera la morfología intestinal del huésped, lo que promueve un aumento en el área de superficie para la absorción en la mucosa.
Los microorganismos excretan varios metabolitos que pueden tener efectos significativos en el entorno externo y en el organismo huésped, incluida la supresión de la inflamación, los cambios en el pH y la desintoxicación. Por lo tanto, los microbios intestinales pueden cambiar notablemente la fisiología del huésped, el metabolismo de los nutrientes y las sustancias tóxicas exógenas, y pueden dar forma al microbioma y al sistema inmunológico.
Prebióticos en la acuacultura de tilapia
Fuentes de prebióticos
Los prebióticos comúnmente usados en la acuicultura incluyen: β-glucanos (BG), fructooligosacáridos (FOS), manano-oligosacáridos (MOS), xilooligosacáridos (XOS), galactooligosacáridos (GOS), inulina, arabinoxilooligosacáridos, isomaltooligosacáridos y GroBiotic®.
Otros prebióticos usados específicamente en el cultivo de tilapia incluyen alcachofa de Jerusalén, pectina derivada de cáscaras de naranja, rafinosa, quitooligosacáridos, alginato de sodio de bajo peso molecular, xilooligosacáridos derivados de la mazorca de maíz, suspensión de la pared celular de levadura, hongos y levadura de cerveza seca Brewtech.
Criterios de selección de los prebióticos
a) Deben ser resistentes a la actividad hidrolítica de las enzimas digestivas, la acidez gástrica y la adsorción del TGI.
b) Deben ser fácilmente fermentados por microbios intestinales beneficiosos.
c) Deben poder estimular el crecimiento o la actividad de los microbios intestinales que contribuyen a la salud y el bienestar general del huésped.
d) Deberían poder mejorar la inmunidad del huésped.
e) Deben tener una influencia positiva general sobre la salud del intestino grueso o el bienestar del anfitrión.
Modos de acción de los prebióticos en la tilapia
a) Exclusión competitiva por los sitios de adhesión
Los MOS interactúan con lectinas sensibles a la manosa ubicadas en la superficie celular de bacterias Gram negativas específicas por aglutinación. Como tal, los MOS compiten por los sitios de adhesión con las bacterias patogénicas, suprimiendo así su colonización en el tracto digestivo.
b) Fuente de nutrientes para bacterias beneficiosas
Los prebióticos como la inulina no se absorben ni se digieren en el intestino delgado, sino que las bacterias las fermentan rápidamente en el GIT, lo que estimula la proliferación de bacterias beneficiosas.
c) Inducción de la producción de enzimas digestivas
Los prebióticos indirectamente inducen la producción de enzimas digestivas a través de la estimulación de la proliferación de microbios beneficiosos que secretan enzimas digestivas.
d) Prebióticos como inmunoestimulantes
Los prebióticos tienen varios beneficios sobre la salud general del huésped, incluido la estimulación del sistema inmune y las propiedades inflamatorias durante condiciones normales, y el estrés biótico y abiótico.
Simbióticos en la piscicultura de tilapia
Fuentes de simbióticos
Varios estudios han reportado sobre las fuentes de simbióticos y sus efectos sobre el rendimiento en el crecimiento y la utilización del alimento, las actividades de las enzimas digestivas, la longitud de las vellosidades intestinales, los parámetros hematológicos o bioquímicos séricos, la inmunidad inespecífica, la resistencia a enfermedades y las tasas de supervivencia en la acuicultura.
Selección de probióticos y prebióticos para la formulación de simbióticos
Los investigadores recomiendan que se deben realizar experimentos in vitro e in vivo para:
a) Determinar las concentraciones óptimas de combinaciones de pro y prebióticos.
b) Elucidar la eficiencia de la utilización de nutrientes de los prebióticos por los microbios probióticos seleccionados.
c) Elucidar la especificidad de los prebióticos seleccionados: prestar especial atención a si el prebiótico seleccionado estimula los microbios patogénicos y beneficiosos, o uno de los dos.
d) Evaluar la capacidad de supervivencia y la implantación de los simbióticos en el GIT del organismo huésped.
Conclusión
El uso de probióticos, prebióticos y simbióticos en la acuacultura de tilapia ofrece beneficios para la producción sostenible de alimentos para satisfacer la creciente demanda mundial por proteína animal.
La información sobre la dosis y la duración de la administración es vital para mejorar el rendimiento en crecimiento y la inmunidad en el organismo huésped. Duraciones más largas de la administración de probióticos, prebióticos y simbióticos parecen exhibir influencias más positivas sobre el pez y la respuesta inmune bajo condiciones normales o de estrés.
Referencia (acceso libre):
Mugwanya, M., Dawood, M.A.O., Kimera, F. et al. Updating the Role of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics for Tilapia Aquaculture as Leading Candidates for Food Sustainability: a Review. Probiotics & Antimicro. Prot. (2021). https://doi.org/10.1007/s12602-021-09852-x
