SCIENCE & SOLUTIONS NO. 62 - AQUACULTURE by BIOMIN

Lo que se sabe hasta ahora sobre las fumonisinas en la acuicultura Por qué se debería usar una combinación de bacterias beneficiosas en la acuicultura

Le mantenemos naturalmente informado | Número 62 | Acuicultura

Resumen de la investigación sobre fumonisinas en acuicultura

Cómo superar los desafíos en la producción acuícola

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CONTENIDO

Lo que se sabe hasta ahora sobre las fumonisinas en la acuicultura

Por qué se debería usar una combinación de bacterias beneficiosas en la acuicultura

Resumen de la investigación sobre fumonisinas en acuicultura

Rui A. Gonçalves M.Sc. Científico - Acuicultura y Michele Muccio M.Sc. Gerente de Producto

Dr. Benedict Standen Gerente de Producto

Las fumonisinas han ganado un importante reconocimiento en los últimos años. En 2017, el Estudio sobre Micotoxinas de BIOMIN encontró que las fumonisinas eran el contaminante predominante en muestras de materias primas y alimentos terminados de todo el mundo. Rui Gonçalves y Michele Muccio comparten los últimos conocimientos sobre las fumonisinas en la acuicultura y destacan la importancia de prevenir las interacciones sinérgicas entre diferentes micotoxinas.

El intestino es un ambiente complejo y necesita ser apoyado de diversas maneras. Resulta optimista esperar que se dé una colonización máxima con una única cepa de bacterias beneficiosas. Benedict Standen explica por qué el uso de un probiótico con una combinación de cepas es más beneficioso para el desempeño y la producción acuícola.

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Todas las investigaciones sobre las fumonisinas en la acuicultura se resumen en este cuadro sinóptico.

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EDITORIAL

Manejo del desempeño productivo Los niveles de concientización y capacitación en la industria acuícola están en continuo crecimiento para beneficio de toda la industria. Tener mayor conciencia sobre problemas como las micotoxinas y los factores antinutricionales constituye un beneficio para las especies de cultivo, ya que, en base a este nuevo conocimiento, puede haber mejoras en los estilos y sistemas de manejo utilizados. Si bien mucha de la información proviene de investigaciones y ensayos con especies animales terrestres, existe una cantidad creciente de investigaciones en base a especies acuáticas. La investigación disponible sobre las fumonisinas se resume en la página 15 e ilustra no solo el trabajo ya realizado, sino también las brechas en el conocimiento que aún se deben abordar. Mantenerse naturalmente adelante en acuicultura significa estar abierto al cambio y la innovación. Al mejorar el conocimiento sobre la complejidad del ambiente intestinal, ha aumentado nuestra comprensión sobre la mejor manera de apoyarlo, permitiendo que el animal utilice de manera óptima el alimento de alta calidad. Como se explica en nuestro segundo artículo en la página 10, podría ser mejor cambiar el probiótico del alimento por uno que contenga múltiples cepas bacterianas beneficiosas, en lugar de seguir

con el enfoque tradicional de una sola cepa. ¿Cuándo fue la última vez que evaluó su ejército de probióticos? En este número de Science & Solutions, comenzamos revisando el conocimiento actual sobre las fumonisinas. Esta micotoxina se encontró en la mayoría de las muestras de materias primas y alimentos terminados analizadas como parte del Estudio sobre Micotoxinas de BIOMIN en 2017, una tendencia que probablemente continúe en 2018 y años posteriores. ¿Las fumonisinas están afectando negativamente sus indicadores de desempeño? Disfrute de la lectura de este número de Science & Solutions, que le mantendrá naturalmente informado.

Wendy Moscoso, MBA Gerente de Ventas

Redactores: Ryan Hines, Caroline Noonan Colaboradores: Wendy Moscoso MBA, Rui Gonçalves M.Sc., Michele Muccio M.Sc., Dr. Benedict Standen. ISSN: 2309-5954 Para obtener una copia digital y mayor información, visite: http://magazine.biomin.net Para reimpresiones de artículos o para suscribirse a Science & Solutions, contáctenos a través de: magazine@biomin.net

Mercadeo: Herbert Kneissl, Karin Nährer Gráficos: GraphX ERBER AG Investigación: Franz Waxenecker, Ursula Hofstetter Editor: BIOMIN Holding GmbH Erber Campus, 3131 Getzersdorf, Austria Tel: +43 2782 8030 www.biomin.net

© Copyright 2019, BIOMIN Holding GmbH. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida de ninguna forma material con fines comerciales sin la autorización escrita del titular de los derechos de autor conforme a las disposiciones de la Ley de derechos de autor, diseños y patentes de 1998. Todas las fotos aquí incluidas son propiedad de BIOMIN Holding GmbH o utilizadas con licencia. BIOMIN is part of ERBER Group

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Lo que se sabe hasta ahora sobre las fumonisinas en la acuicultura Las fumonisinas han ganado un importante reconocimiento en los últimos años. En 2017, el Estudio sobre Micotoxinas de BIOMIN encontró que las fumonisinas eran el contaminante predominante en muestras de materias primas y alimentos terminados de todo el mundo. Rui Gonçalves y Michele Muccio comparten los últimos conocimientos sobre las fumonisinas en la acuicultura y destacan por qué las sinergias entre micotoxinas complican aún más las cosas. ¿Qué son las fumonisinas? Las fumonisinas (FUM) son un grupo de micotoxinas descubiertas en 1988 en Sudáfrica (Gelderblom et al., 1988). El grupo incluye FB1, FB2 y FB3. Son producidas principalmente por varias especies de Fusarium, especialmente F. verticillioides (antiguamente F. moniliforme = Gibberella fujikuroi), F. proliferatum y F. nygamai. La

EN RESUMEN • Las fumonisinas son las micotoxinas contaminantes predominantes en muestras de materias primas y alimentos terminados a nivel mundial. • Los indicadores de desempeño acuícola resultan comprometidos cuando las fumonisinas están presentes en el alimento. • Las sinergias con otras micotoxinas, especialmente la aflatoxina, agravan el impacto negativo de las fumonisinas en los alimentos acuícolas.

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Rui A. Gonçalves M.Sc. Científico - Acuicultura

Michele Muccio M.Sc. Gerente de Producto

micotoxina de producción más abundante de la familia Fusarium es la fumonisina B1 (FB1). Las fumonisinas se caracterizan por tener una unidad hidrocarbonada de cadena larga, similar a la de la esfingosina y la esfinganina, que desempeña un papel en su toxicidad (Wang et al., 1992). Las fumonisinas inhiben la esfinganina (esfingosina) N-aciltransferasa (ceramida sintasa), una enzima clave en el metabolismo lipídico, causando la alteración de esta vía. Esta enzima cataliza la acilación de la esfinganina en la biosíntesis de los esfingolípidos. Los esfingolípidos son importantes para la estructura de la membrana y las lipoproteínas, así como para las regulaciones y comunicaciones celulares (Berg et al., 2003).

Incidencia de las fumonisinas La incidencia, nivel de contaminación y consecuencias de las micotoxinas que ingresan a la cadena alimentaria a través de granos de cereales han ganado la atención mundial en los últimos años. La industria acuícola también es más consciente de este problema. La Figura 1 muestra la incidencia de las fumonisinas en el maíz, una de las principales materias primas afectadas por este grupo de toxinas. Desde 2015, se ha observado una tendencia mundial

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Foto: GettyImages_gmcoop

La FUM fue la micotoxina más predominante, presente en 81% de las muestras recogidas.

Figura 1. Incidencia de las fumonisinas en el maíz

3,095 3,000

2,951

2,748

Concentración (µg/kg)

2,395 1,887

2,000

1,179 1,000

1,248

2,345

2,165 1,727 1,711

1,389

2,262

1,749

1,743 1,878

1,853

1,387 1,011

993

0 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Año Fuente: BIOMIN

al aumento de los niveles de fumonisinas en el maíz. Esta tendencia también se refleja en otras materias primas de uso común en la producción de alimentos acuícolas. El Cuadro 1 muestra la contaminación por micotoxinas en importantes materias primas y alimentos terminados muestreados en todo el mundo de enero a diciembre de 2017. Las muestras de maíz, harina de gluten de maíz (HGM), granos secos solubles de destilería (DDGS, por sus siglas en inglés) y salvado de arroz presentaron la mayor incidencia de FUM. Con excepción del salvado de arroz, que tenía un nivel relativamente bajo de contaminación (161 ppb), el maíz, la HGM y los DDGS estaban contaminados con niveles de FUM por encima de 2,900 ppb. Dado que la FUM es relativamente estable frente a altas temperaturas y diversas condiciones de procesamiento, es de esperar que la FUM esté presente en alimentos terminados, como lo confirman los análisis de muestras de alimentos terminados tomadas en el mismo período del informe (Cuadro 1.5). En 2017, la FUM fue la micotoxina más predominante, presente en el 81% de las muestras recogidas, con un nivel promedio de contaminación de 1,352 ppb.

Presencia simultánea de micotoxinas Un factor importante que también afecta negativamente a las especies acuícolas es la presencia simultánea de más de una micotoxina en la misma muestra. El 80% de las muestras de alimentos terminados recogidas en 2017 estaban contaminadas con más de una micotoxina (Figura 2).

Incidencia de fumonisinas en Asia: una mirada a las muestras de 2018 El Cuadro 2 muestra la contaminación por micotoxinas en materias primas vegetales y alimentos terminados muestreados en Asia de enero a marzo de 2018. Las muestras de China y la India se muestran en los Cuadros 3 y 4, respectivamente. La tendencia observada en el primer trimestre de 2018 sigue la tendencia de 2017. Las muestras de China presentaron el mayor nivel de contaminación con FUM, tanto en materias primas vegetales (2,767 ppb) como en alimentos terminados (1,765 ppb).

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LO QUE SE SABE HASTA AHORA SOBRE LAS FUMONISINAS EN LA ACUICULTURA

Cuadro 1. Contaminación por micotoxinas en importantes materias primas y alimentos terminados muestreados en todo el mundo de enero a diciembre de 2017 1.1 - Muestras de maíz

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Número de muestras analizadas

5,367 5,064

4,032

4,480

1,492

Muestras contaminadas

23%

47%

79%

86%

Número de muestras analizadas

Promedio de positivos (ppb)

154

749

3,189

Muestras contaminadas

Mediana de positivos (ppb)

470

1,380

2 889

Máximo (ppb)

762

6,082 51,374 218,883

1.4 - Muestras de salvado de arroz

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

63%

68%

29%

85%

40%

Promedio de positivos (ppb)

107

293

161

Mediana de positivos (ppb)

306

954

1,836

878

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Máximo (ppb) 1.2 - Muestras de DDGS

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Número de muestras analizadas

243

250

256

255

207

1.5 - Muestras de alimentos terminados

Muestras contaminadas

21%

84%

95%

91%

16%

4,545

4,888

4,926

4,594

2,579

Promedio de positivos (ppb)

299

2,725

2,972

Número de muestras analizadas

Mediana de positivos (ppb)

252

2,190

1,319

Muestras contaminadas

20%

46%

79%

81%

29%

28,605

Promedio de positivos (ppb)

502

1,352

Mediana de positivos (ppb)

401

740

FUM

OTA

9,805

290,517

270

277

1,329 14,252

1.3 - Muestras de gluten de maíz

Afla

ZEN

Número de muestras analizadas

DON

40%

81%

89%

90%

32%

Promedio de positivos (ppb)

1,031

1,251

3,547

Mediana de positivos (ppb)

319

559

1,838

503

5,416

8,871

16,976

Muestras contaminadas

Máximo (ppb)

¿La fumonisina puede afectar negativamente a las especies acuícolas? En acuicultura, la FUM en general se ha asociado con una menor tasa de crecimiento, menor consumo de alimento, bajas tasas de eficiencia alimenticia y alteración del metabolismo de los esfingolípidos (Goel et al., 1994; Li et al., 1994; Lumlertdacha y Lovell, 1995; Tuan et al., 2003). Sin embargo, la información sobre los efectos de la FUM en las especies acuícolas más importantes es escasa y la mayor parte de la investigación disponible se centra en especies solo de agua dulce. El bagre de canal (Ictalurus punctatus) es la especie más estudiada (Goel et al., 1994; Li et al., 1994; Lumlertdacha et al., 1995; Lumlertdacha y Lovell, 1995). Según los autores citados, el bagre de canal puede tolerar niveles relativamente altos de FUM, con un nivel de sensibilidad de unas 10 ppb. Es sabido que el tejido hepático de la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) es sensible a la FUM, induciendo cambios en el metabolismo de los esfingolípidos a niveles inferiores a 100 µg/kg (Meredith et al., 1998) e induciendo

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Máximo (ppb)

10,918 7,080

Afla = Aflatoxina, ZEN = Zearalenona, DON = Deoxinivalenol, FUM = Fumonisina, OTA = Ocratoxina A, DDGS = granos secos solubles de destilería Fuente: BIOMIN

cáncer en truchas de un mes de edad (Riley et al., 2001). Se observó que los animales alimentados con 1,000, 5,000, 10,000 o 20,000 µg/kg de FB1 durante diez semanas no se vieron afectados en cuanto al crecimiento, consumo de alimento y daño hepático (García, 2013). Sin embargo, el estudio también permitió observar que todos los peces (incluidos los del grupo control) presentaban muy bajo

Figura 2. Número de micotoxinas por muestra de alimento terminado de enero de 2017 a diciembre de 2017

100% Porcentaje de muestras

Máximo (ppb)

80%

80% 60% 40% 17%

20% 0%

3% <LD

>1 micotoxina

Fuente: BIOMIN

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Foto: GettyImages_GOLFX

El ingreso de micotoxinas a la cadena alimentaria acuícola a través de granos de cereales ha ganado la atención mundial.

Cuadro 2. Contaminación por micotoxinas en materias primas vegetales y alimentos terminados muestreados en Asia de enero a marzo de 2018

Muestras de harinas vegetales

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Alimentos terminados

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Número de muestras analizadas

129

137

129

120

Muestras contaminadas

76%

51%

74%

91%

62%

Número de muestras analizadas

338

346

323

292

Muestras contaminadas

48%

45%

63%

78%

33%

Promedio de positivos (ppb)

315

1,103

Promedio de positivos (ppb)

130

503

1,244

Mediana de positivos (ppb)

139

695

Mediana de positivos (ppb)

250

569

Máximo (ppb)

697

2,089

5,391

27,352

124

917

2,612

7,715

27,352

124

Máximo (ppb)

Fuente: BIOMIN

Cuadro 3. Contaminación por micotoxinas en importantes materias primas y alimentos terminados muestreados en China de enero a marzo de 2018

General

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

Número de muestras analizadas

58%

88%

100%

98%

Muestras contaminadas

Promedio de positivos (ppb)

160

651

2,767

Mediana de positivos (ppb)

452

1,724

411

2,612

2,945

21,428

Número de muestras analizadas Muestras contaminadas

Máximo (ppb)

Alimentos terminados

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

89%

100%

Promedio de positivos (ppb)

486

1,765

Mediana de positivos (ppb)

461

1,750

Máximo (ppb)

339

1,025

2,783

Fuente: BIOMIN

Cuadro 4. Contaminación por micotoxinas en importantes materias primas y alimentos terminados muestreados en la India de enero a marzo de 2018

General

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

86%

18%

38%

89%

80%

Promedio de positivos (ppb)

690

Mediana de positivos (ppb)

488

697

241

4,267

124

Número de muestras analizadas Muestras contaminadas

Máximo (ppb)

Alimentos terminados

Afla

ZEN

DON

FUM

OTA

98%

24%

51%

89%

96%

Promedio de positivos (ppb)

555

Mediana de positivos (ppb)

484

697

241

1,562

124

Número de muestras analizadas Muestras contaminadas

Máximo (ppb)

Fuente: BIOMIN

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LO QUE SE SABE HASTA AHORA SOBRE LAS FUMONISINAS EN LA ACUICULTURA

consumo de alimento y crecimiento, con valores de la tasa de crecimiento específico dos a seis veces menores que el promedio reportado en otros estudios (Farmer et al., 1983; McCormick et al., 1998). Los efectos adversos de las dietas contaminadas con FUM también han sido reportados en carpa (Cyprinus carpio L.). Carpas de un año de edad mostraron signos de toxicidad a 10,000 µg FB1/kg de alimento (Petrinec et al., 2004). Los experimentos reportaron la presencia de lesiones dispersas en el páncreas exocrino y endócrino y el tejido interrenal, probablemente debidas a isquemia o una mayor permeabilidad endotelial. En otro estudio, carpas de un año de edad consumieron pélets contaminados con 500, 5,000 o 150,000 µg FB1/kg de peso corporal, lo que causó pérdida de peso corporal y alteraciones de los parámetros hematológicos y bioquímicos en los órganos afectados (Pepeljnjak et al., 2003). Para especies tropicales, Tuan et al. (2003) demostraron que el suministro de FB1 a 10, 40, 70 o 150 mg/kg de alimento durante ocho semanas afectaba la tasa de crecimiento de los alevines de tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus). En el mismo experimento, los peces alimentados con dietas que contenían FB1 a niveles de 40,000 µg/kg o mayores mostraron menores ganancias de peso promedio. El hematocrito solamente disminuyó en tilapias alimentadas con dietas que contenían 150,000 µg FB1/kg. La relación entre esfinganina libre y esfingosina libre (relación Sa:So) en el hígado aumentó con la presencia de 150,000 µg FB1/kg en el alimento de los peces. La fumonisina B1 no se ha estudiado lo suficiente como contaminante del alimento del camarón. Sin embargo, los pocos estudios disponibles sugieren que el camarón blanco del Pacífico (Litopenaeus vannamei) es sensible a FB1. García-Morales et al. (2013) demostraron que el camarón blanco del Pacífico alimentado con FB1 a razón de 20 a 200 µg/kg presentaba menor concentración de proteína muscular soluble y reportaba cambios en las propiedades termodinámicas de la miosina luego de 30 días de exposición a FUM. Los mismos autores reportaron marcados cambios histológicos en muestras de tejido de camarón alimentado con una dieta que contenía 200 µg FB1/kg, así como cambios en la calidad de la carne luego de 12 días de almacenamiento en hielo cuando los peces fueron alimentados con dietas que contenían más de 600 µg FUM por kg de alimento.

¿Las especies marinas son sensibles? Todas las especies acuícolas sensibles a FUM estudiadas hasta el momento son omnívoras o herbívoras y todas son especies de agua dulce. A diferencia de las especies de agua dulce, el hígado de los peces marinos desempeña un papel fundamental en el metabolismo lipídico. Se trata de un órgano sensible que refleja cualquier cambio en el metabolismo lipídico, lo que podría influir en las vías esenciales de biosíntesis y metabolismo de los ácidos grasos poliinsaturados n-3 de cadena larga (EPA y DHA) (Li et al., 2018). El modo de acción conocido de la FUM es la inhibición de la ceramida

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Cuadro 5. Estudios que observaron sinergia entre aflatoxina y FUM Nivel de AFB1 (ppb)

Nivel de FB1 (ppb)

Fuente

Trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss)

100

3,200

Carlson et al., 2001

Camarón blanco del Pacífico (Litopenaeus vannamei)

300

1,400

Pérez-Acosta et al., 2016

Bagre africano (Clarias gariepinus)

7.3

15,000

Adeyemo et al., 2018

Especie

sintasa, una enzima clave en el metabolismo lipídico. Por tanto, es de esperar que la FUM tenga un impacto negativo en el metabolismo lipídico de las especies marinas. En base a este fundamento teórico, BIOMIN realizó algunos de los primeros estudios en especies marinas. Como era de esperar, estos estudios mostraron que las especies marinas son altamente sensibles a la FUM, afectando la tasa de crecimiento y el estado inmunitario a niveles relativamente bajos de FUM (< 5,000 µg/kg). Sin embargo, según la Comisión Europea (CE), los valores de referencia para FUM (fumonisinas B1 + B2) en alimentos complementarios y completos para peces es de 10 ppm (Comisión Europea, 2006). Esto es motivo de preocupación, ya que los nuevos datos de BIOMIN sugieren que los valores de referencia podrían ser demasiado altos, al menos para las especies marinas.

Sinergia: el concepto más importante La FUM es la micotoxina más predominante en harinas vegetales y por consiguiente, en alimentos terminados. Sin embargo, el 80% de todas las muestras de alimentos terminados analizadas durante 2017 estaban contaminadas con más de una micotoxina (Figura 2). Es importante conocer los efectos de la FUM además de su interacción con otras micotoxinas presentes en el alimento. La sinergia, es decir, la interacción de dos o más micotoxinas para producir un efecto combinado mayor que la suma de sus efectos separados, no está muy bien descrita en la acuicultura. No obstante, hay estudios que han demostrado que la aflatoxina B1 (AFB1) y la FUM tienen un efecto sinérgico en peces (Carlson et al., 2001; McKean et al., 2006; Adeyemo et al., 2018) y camarones (Pérez-Acosta et al., 2016). El estudio realizado por McKean et al. (2006) en peces mosquito (Gambusia aﬃnis) describe perfectamente el efecto sinérgico entre AFB1 y FUM. Los autores observaron que la mortalidad comenzó a aumentar solo por encima de 2,000 ppb de FUM, alcanzando el 17%. Se registró una tasa de mortalidad similar para niveles de AFB1 de 215 ppb. Sin embargo, al combinar ambas micotoxinas, los autores observaron que la mortalidad aumentó al 75% a concentraciones de 1,740 ppb de FUM en combinación con 255.4 ppb de AFB1. El mismo efecto sinérgico también se

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observó en otras especies, como se detalla en el Cuadro 5. La mortalidad directa, especialmente en ensayos de alimentación a corto plazo (hasta cuatro semanas), es una consecuencia extrema de los niveles combinados de AFB1 y FB1. En condiciones de acuicultura comercial, se espera que hasta bajos niveles de AFB1 y FB1 causen una disminución de la tasa de crecimiento y un aumento en la vulnerabilidad a las enfermedades.

Conclusión Las fumonisinas estaban presentes en la mayoría de las materias primas muestreadas en el Estudio sobre Micotoxinas de BIOMIN en 2017, una tendencia que probablemente continúe en base al análisis de muestras recogidas en el

primer trimestre de 2018. Si bien la investigación sobre las fumonisinas es escasa, la contaminación con fumonisinas se ha vinculado directamente con menores niveles de desempeño productivo en la acuicultura. La mayoría de las investigaciones se centran en especies de agua dulce, pero los nuevos datos de BIOMIN sobre especies marinas, a publicarse en breve, sugieren que los niveles de sensibilidad pueden ser menores de lo que se pensaba. La mayoría de las muestras de alimentos terminados están contaminadas con más de una micotoxina, lo que pone de manifiesto tanto la importancia de comprender las sinergias entre micotoxinas al diagnosticar los problemas de desempeño, como la importancia de diseñar estrategias de mitigación de micotoxinas.

Referencias Adeyemo, B.T., Tiamiyu, L.O., Ayuba, V.O., Musa, S. and Odo, J. (2018). Effects of dietary mixed aflatoxin B1 and fumonisin B1 on growth performance and haematology of juvenile Clarias gariepinus catfish. Aquaculture 491: 190-196.

Lumlertdacha, S., Lovell, R.T., Shelby, R.A., Lenz, S.D. and Kemppainen, B.W. (1995). Growth, hematology, and histopathology of channel catfish, Ictalurus punctatus, fed toxins from Fusarium moniliforme. Aquaculture 130(2): 201- 218.

Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5th edition. New York: W H Freeman; 2002. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/ NBK21154/.

McCormick, S.D., Shrimpton, J.M., Carey, J.B., O’Dea, M.F., Sloan, K.E., Moriyama, S. and Björnsson, B.Th. (1998). Repeated acute stress reduces growth rate of Atlantic salmon parr and alters plasma levels of growth hormone, insulin-like growth I and cortisol. Aquaculture 168: 221-235.

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Por qué se debería usar una combinación de bacterias beneficiosas en la acuicultura El intestino es un ambiente complejo y necesita ser apoyado de diversas maneras. Resulta optimista esperar que se dé una colonización máxima con una única cepa de bacterias beneficiosas. Benedict Standen explica por qué el uso de un probiótico con una combinación de cepas es más beneficioso para el desempeño y la producción acuícola. Como en cualquier grupo de personas, algunos tienen habilidades y talentos que otros no poseen. Cada persona tiene sus propias fortalezas, debilidades, habilidades y talentos que le permiten desempeñarse y cumplir exitosamente una tarea. Lo mismo pasa con las bacterias beneficiosas, o probióticos. Diferentes especies tienen diferentes características que afectan su eficacia y en última instancia, su utilidad probiótica. Esto pareciera de sentido común, sin embargo, ¿por qué la mayoría de las formulaciones probióticas comerciales se centran en un único género, el Bacillus? Existen algunas razones. En primer lugar, los Bacillus spp. más comunes en general no son muy difíciles de cultivar a un

EN RESUMEN • El ambiente del intestino es muy complejo, con diferentes grupos de bacterias que tienen diferentes funciones y aportan diferentes beneficios al huésped. • No es probable que el uso de un probiótico de una sola cepa brinde una solución para los numerosos desafíos enfrentados. • AquaStar® de BIOMIN contiene múltiples cepas y por lo tanto ofrece múltiples beneficios.

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Dr. Benedict Standen Gerente de Producto, Microbianos

costo moderado. En segundo lugar, pueden formar esporas bacterianas que permiten una mayor vida útil y otorgan mayor estabilidad térmica (aunque no ilimitada). En tercer lugar, poseen un extenso historial de seguridad, con solo un par de especies conocidas por ser patógenas o tóxicas en animales (Bacillus anthracis y Bacillus cereus). Este historial de seguridad hace que sea relativamente fácil registrar productos a base de Bacillus spp., ya que aparecen en muchas listas aprobadas (p. ej. GRAS - Generalmente Reconocidos como Seguros en EE. UU. de sus siglas en inglés, y QPS – Presunción Calificada de Seguridad en la UE, por sus siglas en inglés). Sin embargo, estos beneficios son más útiles para los productores de probióticos que para el animal. Aunque existe evidencia científica para respaldar el uso de probióticos a base de Bacillus en acuicultura, es improbable que un único género de bacterias pueda hacer todo. El intestino es un ecosistema extremadamente complejo, por lo que se necesitan promotores microbianos específicos, en la concentración adecuada, para tareas específicas en el intestino. El aditivo probiótico debe elegirse en base al resultado deseado, p. ej. tasa de crecimiento, inmunidad, resistencia a las enfermedades, tasa de supervivencia.

Colonización probiótica Existe controversia acerca de si la ‘verdadera’ colonización probiótica es posible. Diversos estudios han reportado que una vez suspendida la alimentación probiótica, el probiótico

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POR QUÉ SE DEBERÍA USAR UNA COMBINACIÓN DE BACTERIAS BENEFICIOSAS EN LA ACUICULTURA

Figura 1. Diagrama esquemático del lugar donde se aislaron células intestinales del sistema digestivo de trucha arcoíris (O. mykiss). El intestino se dividió por región, se abrió longitudinalmente y las células epiteliales se aislaron para su posterior cultivo in vitro.

Pilórico

Medio

Posterior

Fuente: Langan et al., 2018

puede persistir en el intestino por un cierto período, demostrando así la colonización temporal. En cuanto a las especies acuáticas, la literatura actual sugiere que este período puede variar entre tres días y tres semanas y depende de la especie de probiótico, la especie del huésped, los factores ambientales, la dosis y la duración de la suplementación probiótica.

La microbiota intestinal puede dividirse en dos grupos distintos, los que son transitorios (alóctonos) y los asociados al epitelio (autóctonos). Los mejores colonizadores probióticos son las bacterias autóctonas. Al adherirse al epitelio intestinal, compiten con los patógenos por los sitios de adhesión, impidiendo su unión y posterior translocación lo que conduce a la respuesta inmunitaria, la etapa subaguda de pérdida de energía o incluso la infección aguda. Asimismo, a través de un sistema complejo de receptores moleculares, las bacterias autóctonas también pueden interactuar con el sistema inmunitario del huésped, mejorando la inmunidad y aumentando la resistencia a las enfermedades. Las diferentes especies probióticas poseen diferentes propiedades de adhesión y esto, en última instancia, puede afectar su capacidad de colonizar el intestino y ejercer sus beneficios. Como superficies mucosas importantes, se eligieron dos líneas celulares epiteliales acuáticas de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) para evaluar la adhesión de los probióticos: líneas celulares comerciales de branquias (RTgill-W1, ATCC, Virginia, EE. UU.) y líneas celulares intestinales, aisladas frescas por científicos del Centro de Investigaciones de BIOMIN, Austria (Figura 1). Las especies probióticas (Lactobacillus sp., Pediococcus sp., Enterococcus sp. y Bacillus sp.) se eligieron en base a sus beneficios bien documentados para los animales acuáticos. Su combinación compone los probióticos de BIOMIN disponibles comercialmente, AquaStar® Growout y AquaStar® Hatchery. En general, las bacterias acidolácticas ([BAL] p. ej. Lactobacillus spp., Pediococcus spp. y Enterococcus spp.) pueden ser bacterias colonizadoras del intestino. Dado que

Figura 2.

Número de células probióticas por célula epitelial

Propiedades de adhesión de bacterias probióticas seleccionadas a líneas celulares epiteliales de branquia (a) e intestino (b). Los datos indican el número de células probióticas adheridas a una única célula epitelial. a

350 300 250 200 150 100 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

350 300 250 200 150 100 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Lactobacillus sp. Pediococcus sp. Enterococcus sp. Bacillus sp.

Lactobacillus sp. Pediococcus sp. Enterococcus sp. Bacillus sp.

Fuente: BIOMIN

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Figura 3. Capacidad de los Bacillus spp. para producir enzimas proteolíticas, amilolíticas y celulolíticas extracelulares. Las barras más altas indican mayor producción o actividad de la enzima respectiva. El recuadro rojo indica la cepa de B. subtilis de los productos AquaStar®.

35 30

Zona de inhibición (mm)

25 20 15 10 5 0 lis

ti ub

B.s

lis

B.s

ti ub

lis

B.s

ti ub

3 u

B.s

li bti

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B.s

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5 u

B.s

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B.s B.

n cie

iq lol

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li B.

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1 i

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2 i

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3 B.

ilu

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n Proteasa n Amilasa n Celulasa Fuente: BIOMIN

este es un criterio crucial para un probiótico eficaz, todas las cepas de BAL seleccionadas para productos AquaStar® son capaces de unirse a las células epiteliales de branquias e intestino, observándose una adhesión más fuerte en las líneas celulares intestinales (Figura 2). El Lactobacillus sp. de AquaStar® fue extremadamente bueno para unirse a las células epiteliales, con un promedio de más de 100 y más de 300 células probióticas uniéndose a una célula epitelial individual de branquia e intestino, respectivamente. El Pediococcus sp. de AquaStar® presentó las segundas propiedades de adhesión más fuertes, con más de 30 células probióticas uniéndose a un único enterocito (célula epitelial intestinal). Enterococcus sp. también mostró capacidad de adhesión, aunque a un menor nivel que Lactobacillus y Pediococcus. También resultó interesante la incapacidad total del Bacillus sp. de AquaStar® para unirse a cualquiera de los tipos de células epiteliales (menos de una célula de Bacillus por célula epitelial). En el ambiente intestinal, esto sugiere que su principal función es en el lumen del intestino. Se plantea la hipótesis de que, debido a su naturaleza proteolítica (analizada a continuación), en realidad sería negativo y

potencialmente perjudicial para el animal si un probiótico de Bacillus se uniera a las células epiteliales. Estos datos sugieren que para una mejor colonización del intestino, un probiótico para el alimento debería favorecer a las BAL, en lugar de a los Bacillus spp.

Producción de enzimas por Bacillus spp. Los Bacillus spp. también son bien conocidos por su capacidad de producir enzimas. En el intestino, estas enzimas pueden mejorar la digestibilidad de los alimentos, contribuyendo a una mejor conversión alimenticia y tasa de crecimiento, mientras que en el ambiente pueden ayudar a descomponer la materia orgánica en el agua y los sedimentos. Mediante técnicas in vitro, los científicos de BIOMIN han documentado la capacidad de numerosos candidatos probióticos de Bacillus para producir enzimas proteolíticas, amilolíticas y celulolíticas. De la variación surgió claramente que la capacidad de producir enzimas no era universal dentro del género Bacillus (Figura 3), por lo que debe tenerse precaución al elegir un probiótico comercial. Lo más

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interesante fue la variabilidad dentro de una misma especie. Por ejemplo, al examinar la producción de proteasas, la zona de inhibición de B. subtilis 1 fue aproximadamente la mitad de la de B. subtilis 5, indicando una producción de proteasas considerablemente menor. De modo similar, la producción de amilasas difirió entre los Bacillus spp. evaluados. Ciertos candidatos de Bacillus no fueron capaces de producir amilasa en absoluto (p. ej. B. licheniformis 1), mientras que otros (p. ej. B. subtilis 5) pudieron producir más amilasa. Si bien los carbohidratos no son completamente utilizados en los animales acuáticos, los almidones ayudan con la aglutinación y expansión de los pélets en alimentos acuícolas extruidos, afectando la densidad de los pélets. Por ejemplo, los alimentos sumergibles generalmente tendrán 6-8% de almidón, mientras que los alimentos flotantes tendrán más de 20%.

Conclusión La microbiota intestinal es infinitamente compleja, con diferentes grupos de bacterias que tienen diferentes funciones y aportan diferentes beneficios al huésped. Por lo tanto, es extremadamente improbable que una única especie probiótica, o incluso un género, pueda ofrecer una solución

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milagrosa para los diversos desafíos de la acuicultura. Los productores y fabricantes de alimentos balanceados pueden abordar estas complejidades eligiendo formulaciones que utilicen un concepto multigénero y multibeneficio, tales como AquaStar®. El Bacillus sp. puede producir altos volúmenes y actividad de enzimas, contribuyendo a una mejor digestibilidad y conversión alimenticia, mientras que AquaStar®, que contiene BAL, puede colonizar el intestino, reduciendo la carga patógena, mejorando la inmunidad y aumentando la resistencia a las enfermedades. Claramente existe un lugar para los probióticos simples de Bacillus, pero tal vez sea hora de reemplazarlos en favor de productos probióticos sistemáticos alternativos y quizás más prometedores.

Referencias Langan, L.M., Owen, S.F., and Jha, A.N. (2018). Establishment and long-term maintenance of primary intestinal epithelial cells cultured from the rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. Biology Open 2018 7. doi: 10.1242/bio.032870

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Resumen de la investigación sobre fumonisinas en acuicultura El primer artículo de este número de Science & Solutions explicó lo que se sabe hasta ahora sobre las fumonisinas en la acuicultura. El siguiente es un resumen de la investigación sobre fumonisinas en diferentes especies acuícolas. Si tiene preguntas acerca de las fumonisinas y cómo podrían estar afectando su negocio, póngase en contacto con el equipo de acuicultura de BIOMIN. Rango estudiado [µg/kg]

Referencias

300 a 720,000

Lumlertdacha et al., 1995; Goel et al., 1994; Li et al., 1994; Lumlertdacha and Lovell, 1995*

Trucha arcoíris 600 a (Oncorhynchus 281,000 mykiss) Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus)

Especie

Bagre de canal (Ictalurus punctatus)

Carpa común (Cyprinus carpio)

Bagre africano (Clarias gariepinus)

Alteraciones de desempeño

Alteraciones hematopoyéticas

Mayor mortalidad

• Hígado • Cerebro

• Menor ganancia de peso • Menor consumo de alimento

• Disminución en el recuento de glóbulos blancos y rojos, y hematocrito reducido • Mayor relación Sa:So en riñón, suero, hígado, músculo y cerebro • Menor IgM durante un desafío con Edwardsiella ictaluri*

Sí

Meredith et al., 1998; Riley et al., 2001

n/e

• Mayor relación Sa:So en riñón, hígado y suero

n/e

10,000 a 150,000

Tuan et al., 2003; Claudino-Silva et al., 2018

• Disminución de los niveles del receptor de la hormona de crecimiento y el factor de crecimiento insulínico

• Menor ganancia de peso • Hematocrito reducido • Menor tasa de • Mayor relación Sa:So conversión alimenticia

500 a 100,000

Pepeljnjak et al., 2003; Petrinec et al., 2004; Kovacic et al., 2009

• Dilatación de los sinusoides • Alteraciones en hígado, vesícula biliar, riñón cefálico, riñón y cerebro

• Menor ganancia de peso

• Disminución del volumen medio de los eritrocitos • Aumento en el recuento de glóbulos rojos y en el nivel de la aminotransferasa aspártica

n/e

• Menor ganancia de • Disminución en el recuento peso, peso final y de leucocitos, hemoglobina y tasa de crecimiento volumen de células empaquetadas específico • Aumento en el recuento de • Mayor tasa de eritrocitos conversión alimenticia

n/e

2 a 82,770

5,000 a 15,000

Adeyemo et al., 2016

Gbore et al., 2010

Alteraciones de tejidos

n/e

Sí

• Menor peso final

• Disminución en el recuento de hemoglobina, proteína total, volumen medio de eritrocitos y recuento de eritrocitos • Mayor recuento de leucocitos, relación albúmina: globulina y glucosa

n/e

• Menor peso final

• Disminución en el recuento de ProPO, fenoloxidasa, anión superóxido y hematocitos

Estudios con camarón

Camarón blanco del Pacífico ( Litopenaeus vannamei)

250 a 2,000

• Alteración de la estructura miofibrilar del músculo García-Morales et • Mayor degradación de al., 2015; Burgosproteínas Hernandez et al., • Menor porcentaje de 2005; Mexíaactividad residual de Salazar proteasa tipo tripsina y colágeno et al., 2008 • Alteración de la estructura del hepatopáncreas

n/e – parámetro no evaluado

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