Por: Redacción de PAM*
Los probióticos se han aplicado habitualmente en las granjas comerciales de camarones para aumentar la producción de los estanques, basados en resultados de estudios in vitro o ensayos in vivo en laboratorio. Este artículo resume los aspectos más relevantes de una investigación, cuyo objetivo fue analizar la composición y abundancia de especies probióticas comerciales aplicadas en el agua de un sistema de acuicultura intensiva para la cría de Litopenaeus vannamei.
Los probióticos se han considerado un enfoque ecológico para aumentar el rendimiento de la producción acuícola a través de distintos mecanismos, como el mantenimiento de la calidad del agua, el rendimiento del crecimiento o la tasa de supervivencia de los organismos acuáticos.
Estudios han confirmado que la aplicación de probióticos ha permitido reducir significativamente el uso de antibióticos en la industria acuícola y evitar la aparición de genes de resistencia a los antibióticos en los microbios. Se ha documentado, que algunos probióticos, producen enzimas digestivas como proteasa, amilasa, lipasa, alginatoliasa y celulasa, que ayudan a los huéspedes a digerir las dietas ingeridas.
Asimismo, las cepas probióticas producen compuestos antimicrobianos activos contra patógenos bacterianos, y algunas especies tienen la capacidad de degradar y prevenir la acumulación de residuos acuícolas en los estanques de cultivo, incluidos los residuos orgánicos sólidos o las sustancias químicas tóxicas solubles, como el amoníaco (NH3) o el nitrito (NO2).
La mayoría de estos estudios se basaban en estudios in vitro o ensayos de laboratorio in vivo en sistemas de cría a muy pequeña escala, en los cuales las condiciones ambientales eran fácilmente controlables. De allí la importancia de esta investigación, cuyo objetivo es analizar la composición y abundancia de especies probióticas comerciales (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus fermentum, Bacillus subtilis y Pseudomonas putida) aplicadas en granjas comerciales de camarones (estanques y tractointestinal del camarón blanco del Pacífico) en un sistema de acuicultura intensiva, mediante secuenciación de alto rendimiento.
Materiales y métodos
Se aplicaron cuatro especies comerciales de probióticos (L. plantarum, L. fermentum, B. subtilis y P. putida) a los estanques comerciales de camarón blanco del Pacífico, Litopenaeus vannamei (800 m2 de superficie de estanques de polietileno de alta densidad), por la mañana, a una dosis de 5 ppm una vez cada 2 días durante el primer mes, y una vez por semana a partir del segundo mes.
El estanque constaba de tres parcelas con una superficie de 800 m2 y una población de 220,000 individuos. La alimentación se realizó de forma manual entre 1 y 5 veces al día, según el tamaño de los camarones.
Se recolectaron muestras de agua de seis estanques, utilizando un dispositivo de muestreo de pértiga larga y un vaso de plástico estéril de 20 mL. El agua recogida se almacenó en un tubo falcon de 50 mL que previamente se había llenado con 30 mL de etanol absoluto para la conservación del ADN. Las muestras se mantuvieron en hielo hasta que se procesaron en el laboratorio en las 8 h siguientes.
El día 47, se seleccionaron 30 camarones sanos, sin síntomas de enfermedad en tres estanques (10 camarones por estanque). Se analizó la presencia de las especies probióticas en el agua de cría y los intestinos de los camarones en el día de cultivo (DOC, por sus siglas en inglés) 47, para evaluar su composición y abundancia mediante secuenciación de alto rendimiento.
Resultados
Perfiles de especies probióticas en estanques de engorde
Los resultados mostraron que el número de bacterias clasificadas como del orden Lactobacillales era abundante en los tres estanques.
Un total de 4,704 secuencias bacterianas, el 5% del total de bacterias detectadas en el estanque 1, se asignaron al orden Lactobacillales, de las cuales 4,375 secuencias (93%) se identificaron como género Lactobacillus, pertenecientes a 12 especies bacterianas (Tabla 1). Del estanque 2, un total de 4,572 secuencias bacterianas (5% del total de bacterias identificadas en el estanque 2) se asignaron al orden Lactobacillales, de las cuales 3,795 secuencias (83%) se clasificaron como género Lactobacillus y pertenecían a 12 especies bacterianas (Tabla 1).
Tanto el estanque 1 como el estanque 2 eran muy similares en cuanto a proporción de Lactobacillales (5%) y número de especies de Lactobacillus (12 especies).
Del estanque 3, un total de 2,986 secuencias (3% del total de bacterias identificadas en el estanque 3) se asignaron al orden Lactobacillales, de las cuales 65 secuencias (2% de Lactobacillales) se identificaron como género Lactobacillus y pertenecían a tres especies bacterianas, a saber: Lactobacillus sp (2 secuencias), L. salivarius (60 secuencias) y L. ruminis (3 secuencias).
Sin embargo, ninguna de las especies de Lactobacillus identificadas en los tres estanques resultó ser las especies probióticas introducidas, L. plantarum y L. fermentum.
No se encontró ningún miembro del género Bacillus en los estanques 2 y 3, pero sí en el estanque 1. Un total de 441 secuencias bacterianas (0.4% del total de secuencias bacterianas detectadas), se asignaron al orden Bacillales. De ellas, 395 secuencias (99%) se clasificaron como Bacillus sp (OTU_160).
Otros resultados de secuenciación de última generación (NGS, por sus siglas en inglés, Illumina platform), mostraron que se detectaron Pseudomonas spp solo en dos estanques, con muy poca abundancia. Un total de 39 secuencias bacterianas o el 0.04% del total de secuencias bacterianas detectadas en el agua de cría del estanque 1, se asignaron al orden Pseudomonadales, pero ninguna pertenecía a Pseudomonas spp.
En el estanque 2, 35 secuencias bacterianas se asignaron al orden Pseudomonadales, y solo una secuencia se identificó como Pseudomonas azotoformans. Las secuencias más abundantes del orden Pseudomonadales se detectaron en el estanque 3, que contenía 6,325 secuencias bacterianas, de las cuales 303 pertenecían al género Pseudomonas y se asignaron a tres especies: P. psychrotolerans, P. azotoformans y Pseudomonas sp.
Estos resultados indicaron que las Pseudomonas putida procedentes de probióticos comerciales tuvieron dificultades para adaptarse y proliferar en el agua de cría de los estanques de camarones. Según los resultados de la NGS, la especie más abundante fue P. psychrotolerans (213 secuencias), seguida de P. azotoformans (81 secuencias) y Pseudomonas sp (9 secuencias).
Perfil de las cepas probióticas en los tractos intestinales
De los intestinos de camarones recolectados en el estanque 1, un total de 172 secuencias bacterianas (0.2% del total de bacterias identificadas) se asignaron al orden Lactobacillales. De estas, 90 secuencias (52% de Lactobacillales) pertenecían al género Streptococcus, 33 secuencias (19% de Lactobacillales) al género Enterococcus, 17 secuencias (10% de Lactobacillales) al género Lactobacillus, 9% (16 OTU) al género Weisella, 5% (9 secuencias) al género Lactococcus, y 4% (7 secuencias) al género Leuconostoc.
Las 17 secuencias del género Lactobacillus se identificaron como tres especies: L. ruminis (12 secuencias), L. aviaries (4 secuencias) y Lactobacillus sp (1 secuencia) (Tabla 2).
De la muestra tomada en el estanque 2, un total de 1,669 secuencias bacterianas (2% del total de bacterias identificadas) se asignaron al orden Lactobacillales; 1,569 secuencias (94.0% de Lactobacillales) pertenecían al género Lactobacillus, 84 secuencias (5.0% de Lactobacillales) a Streptococcus, 11 secuencias (0.7% de Lactobacillales) a Enterococcus y una secuencia a Weisella.
Se identificaron 12 especies a partir de las 1,569 Lactobacillus, siendo las tres más abundantes Lactobacillus sp (469 secuencias), L. pentosus (339 secuencias) y L. reuteri (287 secuencias). Mientras que, las especies con menor abundancia fueron L. agilis y L. acidipiscis, con una única secuencia cada una.
En el estanque 3, un total de 1,265 secuencias bacterianas provenientes de los intestinos de los camarones se asignaron al orden Lactobacillales. De estas secuencias, 945 (75% de Lactobacillales) se identificaron como pertenecientes al género Lactobacillus. La anotación taxonómica inferior indicó que las secuencias se clasificaban en 12 especies bacterianas, siendo las más abundantes Lactobacillus sp (216 secuencias), L. pentosus (209 secuencias) y L. reuteri (101 secuencias).
De los intestinos de los camarones tomados en el estanque 1, 48 secuencias (0.05% del total de bacterias identificadas) se clasificaron como Bacillaceae: 18 se identificaron como Bacillus badius, 24 Bacillus sp y 6 B. thermoamylovorans (Figura 1).
De las muestras del estanque 2, se identificaron 43 secuencias (0.05% del total de bacterias identificadas), las cuales se asignaron a Bacillaceae (Figura 1). De ellas, 36 secuencias (84% de Bacillaceae) pertenecían al género Oceano bacillus, seis (14% de Bacillaceae) al género Bacillus, y se identificaron como cuatro especies, a saber: B. thermoamylovorans (2 secuencias), B. badius (2 secuencias), B. coagulans (1 secuencia) y Bacillus sp (1 secuencia).
Además, a partir de los intestinos de los camarones recolectados en el estanque 3, 12 secuencias bacterianas (0.01% del total de secuencias bacterianas identificadas) se asignaron a la familia Bacillaceae (Figura 1). De ellas, 7 secuencias (58%) se identificaron como B. thermoamylovorans, mientras que las otras 5 secuencias (42% de Bacillaceae) estaban “sin clasificar”.
Pseudomonas spp también se detectó en muy poca abundancia en el tracto intestinal del camarón blanco criado en los estanques comerciales. En el estanque 1, un total de 106 secuencias (0.1% del total de secuencias bacterianas identificadas) se asignaron al orden Psedomonadales, de las cuales solo 4 secuencias (4% de Pseudomonadales) se identificaron como Pseduomonas sp. Mientras que, en el estanque 2, 28 secuencias (0.03% del total de secuencias bacterianas) se asignaron al orden Pseudomonadales.
Siete secuencias (25% de Pseudomonadales) pertenecían al género Pseudomonas, cinco secuencias de P. geniculata y dos secuencias de Pseudomonas sp. Además, en el estanque 3 se asignaron 13 secuencias al orden Psedomonadales, pero ninguna pertenecía a Pseudomonas spp.
Discusión
Los resultados del estudio indicaron que ninguno de los cuatro probióticos comerciales pudo detectarse en los estanques, ni en el tracto intestinal de los camarones blancos muestreados en el DOC 47. Cada estanque parecía desarrollar comunidades microbianas específicas, tanto en el agua de cría como en los intestinos de los camarones.
Los estanques 1 y 2, tenían 12 especies de Lactobacillus y la especie más dominante era L. aviarius, pero el estanque 3 solo contó con dos especies de Lactobacillus, dominado por L. salivarius. Del mismo modo, el género Bacillus que se desarrolló en el agua de cría era diferente del Bacillus comercial.
“Estos resultados sugieren que los probióticos introducidos fueron incapaces de adaptarse a sus nuevos entornos y no consiguieron proliferar y crecer en los lugares de destino (tracto intestinal de los camarones blancos o agua de cría).”
Según estudios anteriores, existe la posibilidad de que las bacterias comerciales no sobrevivieran. Las especies probióticas se aislaron en condiciones ambientales muy diferentes y, por tanto, tuvieron dificultades para adaptarse a las de los estanques o de los intestinos de los camarones.
Con frecuencia se ha atribuido una gran pérdida de viabilidad a las elevadas concentraciones de ácido y sales biliares en el estómago y los intestinos. La diferencia entre las condiciones del agua de cría y las de cultivo, incluidos oxígeno disuelto, pH, salinidad, temperatura y fuentes de nutrientes, afectarán la tasa de crecimiento de las bacterias probióticas y el rendimiento celular total. Otra posibilidad es que las bacterias nativas compitan con las probióticas introducidas por el mismo sustrato orgánico, como el carbono.
Este estudio podría explicar la inconsistencia de los resultados relativos a la eficacia de los tratamientos probióticos sobre la supervivencia y el crecimiento de los camarones blancos.
Según Chauhan y Singh (2019), la viabilidad de los probióticos es un factor muy importante en las especies acuícolas y sirve como uno de los requisitos previos en su selección para la acuicultura. Los probióticos menos viables pueden no contribuir porque los probióticos comerciales no son viables en los sitios de destino; por lo tanto, pueden no contribuir con las granjas de camarones.
Esta podría ser la razón por la cual los estudios informan que la aplicación de probióticos no tiene un efecto significativo en los rendimientos de la producción.
“Un estudio realizado por Huerta Rábago et al. (2019) informó que la adición de probióticos comerciales no afectó a las bacterias dominantes tanto a nivel de phyla como de género en los estanques de cría.”
Todos estos hechos sugieren que, los métodos y estrategias para aplicar probióticos a las especies acuícolas, aún deben ser cuidadosamente investigados para aumentar su eficacia.
Entonces, ¿cuál es el efecto de los probióticos en el presente estudio sobre la composición microbiana en general? Los resultados mostraron que la suplementación con probióticos no parece cambiar la estructura de la composición microbiana en el tracto intestinal de los camarones, como lo indica la ausencia de diferencias significativas en los tres principales filos bacterianos analizados (Proteobacteria, Bacteroidetes y Planctomycetes), tanto en el tratamiento probiótico como en los controles.
En tal sentido, debería evaluarse la aplicación de probióticos en las granjas comerciales de camarones al aire libre. Se requiere profundizar en las investigaciones para desarrollar estrategias más eficaces, especialmente en el sistema comercial al aire libre.
Debe evitarse la aplicación directa de probióticos y tomar en cuenta algunos factores, como el momento y la frecuencia de la administración, las especies probióticas, el método de administración (encapsulación) y la suplementación de prebióticos para apoyar los niveles de nutrientes que necesitan las especies probióticas.
Conclusión
Las cuatro especies comerciales de probióticos aplicadas en los estanques, no pudieron detectarse en el agua de cría ni en el tracto intestinal de los camarones blancos. Estos hechos podrían explicar la razón por la cual los estanques comerciales donde se aplicaron probióticos presentaron elevadas variaciones de rendimiento.
Las características de las especies probióticas y las condiciones ambientales de las granjas comerciales al aire libre podrían explicar estos resultados.
En el futuro, se deberían realizar más estudios sobre la selección de cepas probióticas adecuadas, con buena tolerancia en una amplia gama de condiciones ambientales, o estrategias sobre cómo se aplican los probióticos en las granjas comerciales al aire libre, con el fin de aumentar su eficacia en la producción de camarón blanco del Pacífico.
Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “THE FATE OF PROBIOTIC SPECIES APPLIED IN INTENSIVE GROW-OUT PONDS IN REARING WATER AND INTESTINAL TRACTS OF WHITE SHRIMP, LITOPENAEUS VANNAMEI” escrito por: AMIN, M.; PRAMUJISUNU, Y.; LAMID, M. Y CAHYOKO, Y.- Universitas Airlangga; Olumide A. Odeyemi – University of Tasmania; Muhamad Ali – University of Mataram; Awik P. D. Nurhayati – Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en NOVIEMBRE de 2022 en OPEN AGRICULTURE.
Se puede acceder a la versión completa a través de https://doi.org/10.1515/opag-2022-0152
