Todos los microorganismos que tenemos asociados a nuestro cuerpo, ya sea al intestino, piel, cabello, ojos y nariz, en conjunto con las características fisicoquímicas de cada hábitat, conforman nuestro microbioma. A este conjunto de millones de microorganismos asociados a seres complejos como los animales y plantas, se le llama microbiota y está siendo estudiada a pasos agigantados desde hace pocas décadas, gracias al avance de las tecnologías de secuenciación de ADN.
La acuicultura, vista como la producción controlada de organismos acuáticos, tiene gran importancia en el mundo actual con respecto a la seguridad alimentaria de la población humana, puesto que las proteínas de alta calidad que provee esta actividad serán esenciales para los diez mil millones de personas que seremos en el 2050. Hacemos aquí una pequeña revisión de cómo el estudio de los cultivos de peces y su microbiología asociada, cobra fundamental importancia para entender el sistema biológico dentro de un tanque de cultivo y su importancia con respecto a la conservación, sustentabilidad y producción alimentaria, y cómo el pescado blanco, con su microbiota, es un modelo idóneo para su cultivo y aprovechamiento.
La conservación de especies a través de la acuicultura
La acuicultura es una vía de conservación de las especies acuáticas, ya que en la optimización de su cultivo se evitan los problemas del medio natural, como la explotación sin regulación de recursos pesqueros, contaminación de aguas, sequías en cuerpos de agua continentales, esquemas de cambio climático e introducción de especies exóticas (no nativas) que compiten por espacio, alimento y son depredadoras de especies nativas y endémicas. Como resultado de este deterioro ambiental, muchas especies de organismos acuáticos ya no están presentes en el medio silvestre y otras se encuentran en peligro inminente de extinción. Algunas de estas especies son recursos alimentarios y económicos importantes para poblaciones de las inmediaciones en donde se capturan estos recursos pesqueros.
El pescado blanco (Chirostoma estor), la acúmara (Algansea lacustris) y el achoque (Ambystoma dumerilii), son ejemplo de especies endémicas del lago de Pátzcuaro, en Michoacán, México, que en la actualidad se encuentran en peligro de extinción en este lago, pero, afortunadamente, ya se ha desarrollado la tecnificación de su cultivo, tanto en el Centro Regional de Investigación Acuícola y Pesquera (CRIAP) del INAPESCA, como en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. En la actualidad, son considerados buenos modelos para la acuicultura, ya que una de las sugerencias de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés), es fomentar el cultivo de especies endémicas o regionales, aprovechando así las características ambientales de las regiones con respecto a las necesidades de cada especie de organismo cultivado. Actualmente, estas tres especies ya son cultivadas y, por lo tanto, estudiadas en todos sus niveles biológicos, lo cual es un éxito para su conservación.
Una acuicultura eco-sustentable con microorganismos
Uso de sistemas microbiológicos aplicados en la recirculación del agua (biodigestores) para evitar desechos tóxicos al ambiente
A pesar de los grandes beneficios que tiene la acuicultura en cuanto a generación de alimento, ingresos monetarios y potencial para la conservación de especies en riesgo de desaparecer, es bien sabido que esta actividad tiende a generar desechos contaminantes que impactan de diferentes formas al ecosistema. Por ejemplo, la sobrealimentación en cultivo intensivo y superintensivo, llega a producir grandes concentraciones de fosfatos y compuestos nitrogenados, los cuales ocasionan eutrofización en las aguas de descarga. Además, otro factor de contaminación es la adición de antibióticos a los organismos acuáticos tanto en la dieta como en el agua, lo cual provoca la propagación de la resistencia a antibióticos por parte de los microorganismos.
Una alternativa para evitar este tipo de contaminantes, es el uso de sistemas de recirculación del agua, acoplados con sistemas microbiológicos (biodigestores) con capacidad para remineralizar los residuos y así evitar o reducir los desechos contaminantes al ambiente.
Probióticos para evitar el uso de antibióticos
Los antibióticos se han desarrollado y utilizado como una forma de prevención o tratamiento de brotes de enfermedades en la acuicultura. Sin embargo, la aplicación indiscriminada de estas moléculas ha provocado un efecto descontrolado de resistencia bacteriana, incrementando así las afectaciones de organismos patógenos y convirtiéndose en un problema de salud mundial. No obstante, una opción eco-sustentable para la sustitución de los antibióticos es la utilización de probióticos, aplicándose estos microorganismos benéficos tanto en el alimento como en el agua del cultivo para potencializar el sistema inmunológico de los organismos cultivados y promover su crecimiento.
Caracterizando la microbiota, ¿qué nos dice?
Con el reciente y continuo desarrollo de las ciencias ómicas, ya es posible identificar los diversos microorganismos en el intestino de sus hospederos sin tener que cultivar todos y cada uno de los microorganismos presentes. La composición de la microbiota, representada principalmente por bacterias, está siendo estudiada y utilizada para comprender el estado de salud o enfermedad en que se encuentra el organismo a estudiar. En acuicultura, esta identificación de la microbiota intestinal sana, alterada o en disbiosis, es útil para conocer el estado de salud de los organismos en cultivo. La reconstitución de la microbiota, disminuida por el ambiente de cultivo controlado, a diferencia de la gran diversidad captada en un medio silvestre, o afectada por alguna enfermedad o desbalance alimentario, ha dado como resultado efectos positivos en el desempeño de los peces cultivados. Pero, ¿cómo reconstituir una microbiota enferma a una sana? Quizá el primer paso siempre sería tener caracterizada la microbiota en un estado del organismo sano.
Mantener una microbiota sana en organismos cultivados
La microbiota, en condiciones de cautiverio, puede sufrir alteraciones por distintas condiciones, como falta de variación de alimento y condiciones de estrés provocadas por hacinamiento y por competencia de alimento. Esta alteración puede observarse como un cambio en la diversidad microbiana, por ejemplo, una reducción en la abundancia o la presencia de ciertos grupos bacterianos. En la actualidad, se sabe que los firmicutes y bacteroidetes son grupos que crean un balance importante en la microbiota intestinal. Es interesante considerar la posibilidad de restaurar la microbiota intestinal y esto se ha logrado suplementando con probióticos, los cuales, en general, fueron aislados de otros organismos, con resultados en la mejora de la producción y salud de distintas especies cultivadas. Sin embargo, para que este proceso fuera más efectivo, tendrían que ser microorganismos nativos aislados del organismo a tratar, entonces ¿Por qué no pensar en criopreservar una muestra de nuestra microbiota mientras estamos sanos, o en este caso de los especímenes sanos de interés?
¿Cómo se comunica el organismo con la microbiota?
No es claro aún cómo se comunica la microbiota —en particular la intestinal, que es la comunidad de microorganismos más abundante que se asocia a un organismo— con el organismo que la hospeda (hospedero). Sin embargo, se cree que los metabolitos producidos por la microbiota y por el hospedero mismo, se interrelacionan y crean las señales necesarias para que la microbiota y el hospedero mantengan una simbiosis sana. Las células epiteliales intestinales acogen a los microorganismos que crean una barrera intestinal contra patógenos, ya sea por inhibición o por competencia y, al mismo tiempo, su alimentación y metabolismo producen ácidos grasos de cadena corta (SCFAs, por sus siglas en inglés) y otros compuestos gaseosos que, al parecer, son las señales básicas para generar comunicación con las vías metabólicas endocrinas, inmunológicas y del nervio vago del organismo hospedero. Aun así, falta mucho por estudiar en cuanto a lo que tiene que ver con los genes del hospedero y los de la microbiota para continuar correlacionándolos con todos los parámetros ambientales que influyen al sistema holobióntico (animal-microorganismos).
Microorganismos y acuicultura
La acuicultura se vuelve cada día más limpia y sustentable, gracias al estudio y utilización de microorganismos en estos sistemas, no solo por el hecho de optimizar el sistema inmunológico de los organismos e incrementar el crecimiento de estos, sino también por la capacidad de los microorganismos de regenerar al sistema.
Aunado a esto, la implementación de sistemas integrales (modulares) de producción agro-acuícola —en donde los desechos de un módulo alimentan la producción de otro, como el uso de los lodos de desecho como biofertilizante y las ecotecnologías, como la recirculación de agua—, ahorran recursos y evitan el daño al ambiente, potenciando así la producción ecosustentable, no solo de peces, sino también de plantas y otros animales comestibles.
Jesús Mateo Amillano-Cisneros. El Dr. Jesús Mateo Amillano Cisneros es Biólogo Pesquero (UAS, Sinaloa), Maestro en Biología Marina (UNAM), y Doctor en Ciencias Biológicas (UMSNH). Cuenta con trabajos de biología molecular para identificación de microbiota asociada a sus hospederos, y determinación de efectos prebióticos y probióticos en crecimiento de organismos endémicos. Tiene publicaciones en revistas indexadas de carácter nacional e internacional en el ámbito agropecuario. Es miembro del Sistema Sinaloense de Investigadores y Tecnólogos, y pertenece al SNII nivel Candidato. Actualmente es profesor-Investigador en la Universidad Politécnica del Mar y la Sierra, Sinaloa.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Luciana Raggi-Hoyos. es egresada de la Lic. en Investigación Biomédica Básica (UNAM) y cuenta con una Maestría y Doctorado en Microbiología Marina (MPI, Alemania), contando también con estancias posdoctorales en instituciones nacionales e internacionales. Su línea de investigación es en Microbiología Ambiental basando sus estudios en análisis moleculares para identificación de la microbiota y sus funciones asociadas a hospederos, así como también agua, suelo y sedimentos; contando así con publicaciones en el área en revistas indexadas de carácter nacional e internacional. Es parte del Padrón de Investigadores y de divulgadores de Michoacán, y pertenece al SNII nivel 1. Actualmente es Investigadora por México CONAHCYT comisionada al IIAF, UMSNH. Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Amillano-Cisneros J.M. (2022). Microbiota intestinal de juveniles y adultos Chirostoma estor (Piscis: Atherinopsidae) en ambiente silvestre y en cultivo. Tesis de doctorado. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/bitstream/handle/DGB_UMICH/6812/IIAF-D-2022-0557.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Amillano-Cisneros J.M., Hernández-Rosas P.T., Gómez-Gil B., Navarrete-Ramírez P., Ríos-Durán M.G., Martínez-Chávez C.C., Johnston-Monje D., Martínez-Palacios C.A. y Raggi L. (2022). Loss of gut microbial diversity in the cultured, agastric fish, Mexican pike silverside (Chirostoma estor: Atherinopsidae). PeerJ, 10, e13052. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8908885/pdf/peerj-10-13052.pdf
FAO. (2018). El estado mundial de la pesca y la acuicultura 2018. Cumplir los objetivos de desarrollo sostenible. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). https://www.fao.org/3/ca0191es/ca0191es.pdf