Por: Stephen Newman, Ph.D.*
En los últimos años, se ha evidenciado un incremento en la implementación del análisis del microbioma en el cultivo de camarones y peces. Por lo tanto, he considerado pertinente proporcionar al lector información fundamental y reflexiones concernientes a su potencial.
No es mi intención que esto se convierta en un tratado. Existen numerosas publicaciones en revistas revisadas por pares que amplían diferentes aspectos, y es un área de investigación en rápida evolución. Al final de este artículo, se incluyen algunas referencias relevantes para aquellos interesados en obtener más información.
Para comenzar, se presentan las siguientes definiciones. Aquellos lectores que ya estén familiarizados con ellas pueden obviarlas.
Microbioma: es el conjunto de microorganismos que ocupan un nicho determinado. Este término se emplea para describir la presencia de microorganismos, tales como bacterias, hongos, protozoos y virus, en un entorno determinado. Asimismo, se refiere al conjunto de genes presentes en lo que comúnmente se considera un extenso conjunto de estos componentes de ADN y ARN.
Metaboloma: se define como el resultado total de los genes que se encuentran presentes en el microbioma. La presencia de genes específicos no implica necesariamente su expresión invariable. Por ejemplo, algunas proteínas específicas, como ciertos tipos de enzimas, se producen en algunas cepas, pero no en otras. La cantidad y eficiencia de los productos génicos que se expresan (es decir, la traducción de un gen en proteína) pueden variar de manera significativa.
Cuando se presentan en niveles significativos, pueden ejercer un impacto específico en el organismo del animal (factores de virulencia) o en otros componentes del microbioma. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta afirmación no es absoluta. La expresión génica puede variar por diversas razones.
Designaciones taxonómicas: la ciencia de la clasificación de todos los seres vivos es sistemática. Las divisiones han sido ampliamente aceptadas y se inician con un organismo que forma parte de un dominio. Luego, se dividen en reinos, filos, seguidos de clase, orden, familia, género y, por último, especie. En el ámbito científico, se clasifica a las especies según su diversidad genética, estableciendo subdivisiones denominadas “cepas”. Esta estructura garantiza la coherencia.
Por lo tanto, al referirse a un género como el de los vibrios, se hace referencia a cualquiera de las 178 especies diferentes que se conocen actualmente. Con el paso del tiempo, muchas de estas especies pueden experimentar un refinamiento adicional que da lugar al surgimiento de nuevas especies y la adición de otras.
Cepas: a medida que ha progresado nuestra comprensión de la diversidad microbiana, se ha comprobado que no es posible cultivar la mayoría de los microorganismos (aproximadamente el 99%). Es posible deducir su presencia e identidad a través del uso de diversas herramientas especializadas. Es pertinente mencionar que una especie determinada puede contener múltiples cepas que expresan genes distintos en cuanto a la cantidad y calidad de su producción.
En consecuencia, estas producen diferentes metabolitos, conformando así el metaboloma. Dichos factores son determinantes del impacto potencial. Actualmente, nos encontramos en las primeras etapas de comprensión de su impacto en la salud y, potencialmente, en otros aspectos de la fisiología humana, así como en otros miembros del microbioma.
Este conjunto de procesos biológicos se caracteriza por su elevada complejidad. La identificación de una especie o cepa específica como parte del microbioma no significa de forma automática que se conoce qué metabolitos producen y su potencial impacto.
Correlación: según el diccionario de Merriam-Webster, es la relación entre variables matemáticas o estadísticas que, por su naturaleza, tienden a variar y pueden estar asociadas o darse juntas de una manera que no es previsible basándose únicamente en el azar. Es importante señalar que existen numerosas correlaciones evidentes, tales como la falta de oxígeno en los ecosistemas acuáticos y la desaparición de especies animales y vegetales.
Sin embargo, es crucial entender que la correlación no implica causalidad. En ocasiones, no se identifica un mecanismo plausible que permita explicar la relación entre dos variables. Es preciso señalar que un número considerable de investigadores y proveedores de productos destinados a la cría de camarones y peces emiten afirmaciones fundamentadas en la correlación, en lugar de en la causalidad.
Aptitud física (fitness): en el ámbito científico y médico, se define como el estado general que debe poseer un organismo para garantizar su supervivencia, crecimiento y reproducción. En los sistemas acuáticos, este parámetro se ve significativamente influenciado por diversos factores, tales como estrés y presencia de patógenos, los cuales pueden ocasionar enfermedades en especímenes sanos y que no se encuentran sometidos a situaciones de estrés.
Patógenos obligados vs. patógenos oportunistas: la diferencia refleja los mecanismos mediante los cuales los microorganismos producen enfermedades. Los patógenos obligados suelen tener propiedades (productos génicos) denominadas determinantes de virulencia, que se dirigen a elementos y componentes específicos del organismo afectado. Un ejemplo notable son las toxinas PirA y PirB producidas por cepas de Vibrio parahaemolyticus que causan el síndrome de necrosis hepatopancreática aguda (AHPNS, por sus siglas en inglés).
Los patógenos obligados son relativamente raros, aunque cuando están presentes no necesariamente dominan el microbioma (lo cual puede referirse a un nicho determinado; en este caso, puede ser el entorno externo). Es importante destacar que algunos de estos agentes patógenos poseen una virulencia extrema, lo que implica que solo un número reducido de células es capaz de desencadenar la enfermedad en un huésped sano.
Los patógenos oportunistas aprovechan la vulnerabilidad de los organismos debilitados para ingresar y propagarse. En la mayoría de los casos, aunque no en todos, es posible encontrar ambos en el mismo animal.
Enfoque proactivo vs. enfoque reactivo en gestión de la salud animal: la prevención se considera un enfoque proactivo, mientras que el uso de antibióticos, aunque en ocasiones se emplea de forma proactiva, se considera un ejemplo de enfoque reactivo. Si bien es cierto que cualquier estrategia para mitigar el impacto de los patógenos obligados puede contener ambos enfoques cuando sea posible, la prevención debe ser el objetivo principal.
La acuicultura, entendida como el conjunto de actividades relacionadas con la cría y cultivo de organismos acuáticos para consumo humano, se posiciona como el sector agrícola de más rápido crecimiento a escala global. Se prevé que este crecimiento continúe en el futuro. En última instancia, resulta imperativo optimizar la disponibilidad de nutrientes de alta calidad para una población planetaria en rápido crecimiento.
En muchas ocasiones, se ha visto influenciada por argumentos de carácter pseudocientífico, promovidos por organizaciones con sólidos presupuestos, cuyo objetivo es limitar su expansión. Es preciso señalar que esto no implica en modo alguno la ausencia de una supervisión necesaria. Es imperativo asegurar aumentos sostenibles en la producción a largo plazo para satisfacer la demanda.
Los estudios con organismos acuáticos sugieren que puede haber componentes específicos del microbioma que estén asociados con la salud. Estos análisis se basan generalmente, aunque no de manera absoluta, en la presencia de especies bacterianas específicas, sin proporcionar una representación completa de la composición microbiana. Tales resultados, en el mejor de los casos, son correlativos.
Como se ha señalado con anterioridad, la correlación no implica necesariamente una causalidad directa. Es posible que así sea, pero falta que se presente evidencia que respalde esta afirmación. La determinación de la relevancia de este parámetro dependerá de la naturaleza del metaboloma y de las complejas interacciones inherentes a un entorno altamente variable.
Es importante destacar que la presencia de estos microbiomas no implica necesariamente la inmunidad de los organismos ante las enfermedades. Es preciso evaluar el impacto de los microbiomas específicos y sus metabolomas en la condición física general de los organismos. Actualmente, nos encontramos en las primeras etapas de la resolución de este complejo desafío.
Si bien es cierto que se ha comprobado que los organismos con estos microbiomas presentan una mayor resistencia a las enfermedades causadas por patógenos (a diferencia de las enfermedades resultantes de alteraciones fisiológicas), cabe preguntarse cómo sería posible alterar el microbioma de organismos que no poseen naturalmente estos microbiomas beneficiosos.
Dado que la mayoría de los microorganismos no son cultivables, su adición no constituiría un enfoque viable. Incluso en el hipotético caso de que fuera posible cultivar dichos productos, no sería rentable ni factible desde un punto de vista económico. El uso de probióticos (tal y como se definen en un artículo anterior), prebióticos, simbióticos y parabióticos puede afectar los microbiomas.
Sin embargo, esto no implica que dichos productos vayan a provocar los cambios necesarios en el metaboloma que proporcionen al huésped la ventaja necesaria para resistir los procesos de enfermedades causadas por patógenos obligados.
Es ampliamente reconocido que el mejor enfoque para tratar los problemas de enfermedades en especies acuáticas (así como en todos los animales en general), camarones y peces, es la exclusión (o minimización) de los patógenos y la reducción de los factores de estrés que debilitan al organismo. Se ha comprobado que los enfoques proactivos, tales como el uso de probióticos para disminuir la carga de patógenos obligados mediante impactos ambientales, resultan efectivos.
No obstante, debe considerarse que estas herramientas pueden presentar variaciones en sus resultados. Este tema ha sido abordado en numerosos artículos y publicaciones. Es importante destacar que la publicación de un artículo en una revista revisada por pares no garantiza necesariamente el cumplimiento de los criterios universales de validez, es decir, su reproducibilidad. En realidad, esta situación puede constituir la excepción a la regla.
Al igual que con cualquier herramienta o conjunto de herramientas, su eficacia para alcanzar el objetivo previsto depende de variables. Es preciso señalar que los procesos biológicos pueden presentar una alta variabilidad, lo que implica que lo que funciona en un entorno puede no ser efectivo en otro. Desde mi punto de vista profesional, caracterizar el microbioma es un ejercicio que, al menos en este momento, no debe darse por sentado que dará lugar a información que pueda utilizarse para mejorar la producción.
Si bien estos hallazgos pueden ofrecer indicios sobre cómo lograr la consistencia, es importante destacar que los métodos empleados para alterar un microbioma basados en correlaciones con la salud animal no implican causalidad. De hecho, el microbioma observado puede simplemente coincidir con los resultados de salud, lo que implica que puede haber poca justificación para apuntar a un microbioma específico como método para mejorar la salud animal.
En mi opinión, se trata de una investigación académica que, con suerte, podría conducir a una mejor comprensión de las variables complejas que pueden estar relacionadas con la mejora de la salud animal. En este sentido, el metaboloma desempeñará un papel fundamental. Actualmente, nos encontramos en una etapa preliminar en lo que respecta a la comprensión de la interacción entre dichos factores.
Este es un tema de naturaleza compleja, que aún genera numerosas interrogantes. Es muy improbable que se disponga de herramientas para manipular el microbioma/metaboloma de manera que se asegure una salud animal constante en cualquier condición de cultivo. En última instancia, la reducción del estrés y la disminución de los niveles de patógenos obligados proporcionarán los mejores resultados en este momento.
Para los acuicultores, esto implica la producción de la mayor cantidad posible de biomasa comercializable al menor costo, así como un mercado que garantice que todas las partes involucradas, desde el productor hasta el usuario final, obtengan beneficios suficientes para justificar la continuidad de la actividad.
Artículos recomendados:
Rahman, et al. Gut microbial metabolites and its impact on human health. Ann Gastroenterol. 29 de mayo de 2023; 36(4):360–368. Doi: 10.20524/ aog.2023.0809
Zhang, et al. Dynamic Interplay of Metabolic and Transcriptional Responses in Shrimp during Early and Late Infection Stages of Enterocytozoon hepatopenaei (EHP). Int J Mol Sci. 2023, nov. 25; 24(23):16738. Doi: 10.3390/ijms242316738
Xiong, J. Progress in the gut microbiota in exploring shrimp disease pathogenesis and incidence. Appl Microbiol Biotechnol 102, 7343–7350 (2018). Doi: https://doi. org/10.1007/s00253-018-9199-7
* Stephen G. Newman es licenciado en Conservación y Gestión de Recursos (ecología) por la Universidad de Maryland y doctor en Microbiología Marina por la Universidad de Miami. Tiene más de 40 años de experiencia trabajando en diversos temas y enfoques de la acuicultura, como la calidad del agua, la sanidad animal y la bioseguridad, con especial atención al camarón y los salmónidos. Fundó Aquaintech Inc. en 1996 y sigue siendo su director general. Se centra en la prestación de servicios de consultoría sobre tecnologías microbianas y bioseguridad en todo el mundo.
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