La biorremediación y sus beneficios a la producción acuícola y a los ambientes de cultivo

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Por: Gustavo Ruschel Lopes, Thiago Soligo, Eduardo Yamashita, Mauricio Laterça Martins, Arcangelo Loss y Jose Luiz Pedreira Mouriño*

El desarrollo de la acuicultura sigue el rumbo directo a mejores ambientes de cultivo y prevención de enfermedades a través del uso de Bacillus sp.

La necesidad de proporcionar suficiente proteína animal para una población en crecimiento, mientras se reducen los  costos  ambientales de la acuicultura, requiere ciencia avanzada y soluciones innovadoras para abordar los desafíos de la producción.

La acuicultura es la industria productora de proteínas de mayor crecimiento en la actualidad, y con la creciente producción, uno de los desafíos que enfrenta es el potencial de generar una gran carga orgánica debido a la producción de heces y restos de alimento. Esta carga orgánica, cuando está en exceso, puede conducir a  una  serie  de  problemas para los organismos cultivados, como la generación de compuestos tóxicos, el aumento de las demandas químicas y biológicas de oxígeno (DQO y DBO, respectivamente) y aparición de enfermedades.

La intensificación de la producción acuícola en estanques de tierra puede generar un exceso de materia orgánica en los fondos, esto trae grandes riesgos para la producción, como contaminantes biológicos, además de disminución de los niveles de oxígeno y acumulación de compuestos nitrogenados tóxicos para los peces.

En condiciones normales, existe un equilibrio en la cadena trófica del medio acuático. La disponibilidad de oxígeno se rige principalmente por la acción de las microalgas y bacterias, con  la  producción de oxígeno por fotosíntesis y su consumo en los procesos de respiración celular. Los organismos fotosintetizadores  forman  la  base de la cadena trófica, utilizando energía luminosa y compuestos inorgánicos para la generación de compuestos orgánicos.

La materia orgánica generada por productos metabólicos, heces y restos de animales muertos y vegetales se acumula, sirviendo de sustrato para organismos heterótrofos. 

Estos representan otra parte vital de la cadena trófica, con la descomposición y mineralización de la materia orgánica y así generando un ciclo.

En la medida que se intensifica la producción animal, aumenta la posibilidad de perder este equilibrio. La intensificación de la producción acuícola en estanques de tierra puede generar un exceso de materia orgánica  en  los  fondos, esto trae grandes riesgos para la producción, como contaminantes biológicos (cianobacterias que producen compuestos – geosmin y/o 2-metilisoborneol – que causan off- flavor), además de disminución de los niveles de oxígeno y acumulación de compuestos nitrogenados tóxicos para los peces.

La biorremediación como alternativa

Entre las posibles formas de mitigar este problema, está la biorremediación, que es la transformación o descomposición de contaminantes, mediados   por   microorganismos y/o sus enzimas, en sustancias no tóxicas o menos dañinas.

Entre las estrategias de biorremediación se encuentra la introducción de cepas especializadas (probióticas) de microorganismos y sus productos en el medio a tratar, aumentando la capacidad de descomposición de su microbiota natural.  El  uso  de  probióticos  en la acuicultura ha ganado atención como candidatos microbianos para mantener la salud y el bienestar de muchas especies acuícolas.

Entre los muchos candidatos microbianos, las bacterias probióticas del género Bacillus, pueden ser utilizadas en  la  alimentación,  no son patogénicas ni tóxicas para los peces y ayudan  en  la  degradación de  la  materia  orgánica  mejorando la calidad del  agua  de  los  fondos de los estanques. Los Bacillus han sido evaluados en pruebas de biorremediación bajo diferentes formas, se sabe  que  desempeñan  un rol importante  en:  la  degradación de la  materia  orgánica  (ex.:  heces y alimento no consumido), en el mantenimiento de los niveles de oxígeno y en el ciclo del nitrógeno (nitrificación y desnitrificación).

En un ensayo hecho por nuestro grupo de investigación, se aplicó un consorcio bacteriano que contenía cepas de Bacillus spp (Bacillus subtilis y Bacillus licheni- formis) con el objetivo de evaluar la capacidad  de  descomposición de  la  materia orgánica presente en el sedimento de granjas de producción de tilapia del Nilo, Oreochromis niloticus.

Las muestras de sedimentos fueron alocadas en cajas de plástico de 18L. El grupo de prueba recibió el inóculo probiótico con las siguientes concentraciones: 1,21 x106     UFC.g-1(75 g.ha-1), 2,41 x 106 UFC.g-1 (150 g.ha-1), 4,82 x 106 UFC.g-1  (300 g.ha-1) y 1,61 x 107 UFC.g-1 (1kg.ha-1), además, se contó con un grupo control (0 g.ha-1).

Fueron evaluados los siguientes parámetros de fertilidad de  sue- los: contenido de materia orgánica (OM), carbono orgánico total (TOC) y carbono orgánico oxidable (OOC), nitrógeno total (TN), proporciones TOC: nitrógeno y proporciones, OOC: nitrógeno, contenido de arcilla, pH en agua, índice SMP, fósforo (P), potasio (K), contenido de calcio (Ca) y contenido magnesio (Mg), acidez potencial (H + Al), capacidad de intercambio catiónico (CEC) a pH 7,0, saturación de base (V%) y se evaluó la suma de bases (S).

Las bacterias probióticas del género Bacillus, pueden ser utilizadas en la alimentación, no son patogénicas ni tóxicas para los peces y ayudan en la degradación de la materia orgánica mejorando la calidad del agua de los fondos de los estanques.

Los valores de OM mostraron diferencias significativas, entre las concentraciones más bajas (tratamientos 75, 150 y 300 g ha-1) y la concentración más alta, (tratamiento control). TOC, OOC, NT y sus relaciones (TOC: N y OOC: N) mostraron diferencias significativas entre los valores medios del  tratamiento de control y los otros tratamientos (ver Figura 1).  Es decir, la adición de bacterias B. subtilis y B. licheni- formis aumentaron la tasa de des- composición de la materia orgánica en muestras de sedimentos de granjas de tilapia del Nilo.

La descomposición de la materia orgánica es el resultado de la descomposición de compuestos orgánicos particulados solubles, a través de una amplia variedad de enzimas extracelulares y que una vez divididos en formas más pequeñas, aumentan la asimilación dentro de las células bacterianas por la condición de aerobiosis o anaerobiosis del medio.

Uso de bacterias del género

Bacillus

B. subtilis y B. licheniformis son aeróbicos facultativos capaces de degradar la materia  orgánica  tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Sin embargo, la vía aeróbica tiene una mayor eficiencia energética. Para mencionar ejemplos en las dos vías, B. licheniformis tiene capacidad desnitrificante, incluso en condiciones aeróbicas, y B. subtilis utiliza nitritos y nitratos como aceptores de electrones finales, con la producción de gases como el óxido nítrico en la vía anaeróbica.

Entre los muchos factores que influyen en la actividad de las bacterias heterótrofas en el sedimento de  un  estanque  de  cultivo, se   encuentran   la    disponibilidad de oxígeno y la relación entre el contenido de carbono y nitrógeno (C/N). Una posible causa de una reducción más marcada de las fracciones de nitrógeno sería un aumento de la  actividad  anaeróbica inducida por la introducción de bacterias del género Bacillus.



Figura 3. Preparación de muestras de suelo para análisis.

Se concluye en ese estudio que la adición de B. subtilis y B. liche- niformis en una dosis  mínima  de 150 g ha-1 es una manera eficiente de aumentar la tasa de descomposición de la materia orgánica y reducción de compuestos nitrogenados en  muestras  de  sedimentos de granjas de tilapia  del  Nilo,  lo que  mejora  la  descomposición  de la materia  orgánica  y  disminuye los riegos de propagación de contaminantes biológicos como las cianobacterias y la acumulación de compuestos nitrogenados indeseables.

Los microorganismos probióticos B. subtilis y B. licheniformis son una  alternativa  viable  y de bajo  costo  para  aumentar  la  tasa de  descomposición de la materia orgánica en granjas de tilapia del Nilo, promoviendo una mejor calidad de  agua  en  los  estanques de tilapia, mejorando el bien estar animal, y reduciendo riegos de enfermedades y off-flavor.

*Texto adaptado del artículo: Lopes et. al (2020) Biological strategy to improve decomposition of organic mat- ter in tilapia pond. Short Research Note, Acta Limnologica Brasiliensia, 2020, vol. 32, e27. https://doi.org/10.1590/S2179- 975X8419 ISSN 2179-975X on-line version

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