El uso excesivo de antimicrobianos en la acuicultura puede seleccionar bacterias resistentes que pueden representar un riesgo para la salud pública. Por esta razón, actualmente se buscan alternativas al uso de estos compuestos. Estudios recientes indican que el uso de ingredientes funcionales en la acuicultura marina, como ciertos polisacáridos derivados de algas, puede estar relacionado con una mejora en el sistema inmunológico de los organismos cultivados, reduciendo el riesgo de infecciones y, por lo tanto, el uso de antimicrobianos. Las algas marinas son ricas en polisacáridos que tienen diversos efectos beneficiosos, como actividad inmunoestimulante y prebiótica, lo que las convierte en compuestos funcionales prometedores y una buena alternativa al uso de antibióticos. El objetivo de esta revisión ha sido describir tres polisacáridos de algas: alginato, carragenano y ulvano, capaces de mejorar el estado de salud de los organismos cultivados en acuicultura marina, así como recopilar estudios recientes que relacionan estos compuestos con diferentes efectos beneficiosos producidos en la piscicultura marina.
La acuicultura ha experimentado un crecimiento global en los últimos años debido al aumento del consumo de pescado y al declive de las reservas naturales. Tras cuatro décadas de crecimiento continuo en la producción acuícola, más de la mitad del pescado consumido en el mundo proviene de esta actividad (APROMAR 20101). Actualmente, el diseño de dietas para la alimentación acuícola no solo busca proporcionar los nutrientes necesarios para un desarrollo óptimo, sino también ingredientes funcionales que mejoren la salud de los peces (Burr et al. 2005). Además, el estado nutricional y el estrés influyen en el sistema inmunitario y, por lo tanto, en la defensa contra enfermedades (Gatlin et al. 2006).
La intensificación de la producción en acuicultura permite optimizar la rentabilidad, pero también puede aumentar la susceptibilidad a las enfermedades en los organismos cultivados, ya que la calidad del agua se deteriora y aumentan las condiciones de estrés. Al igual que en otros sistemas de producción, en acuicultura se han utilizado ampliamente agentes antimicrobianos (tetraciclina, amoxicilina, quinolonas, etc.) para tratar infecciones causadas por diversos patógenos.
Debido al uso indebido de antimicrobianos en la acuicultura, las bacterias del medio acuático pueden desarrollar resistencia que se puede transferir a otras bacterias, creando así un riesgo potencial para la salud pública. Esto se debe a que la resistencia adquirida en las bacterias del medio acuático puede infectar a los humanos y estas bacterias resistentes pueden actuar como reservorio de genes de resistencia y diseminarlos, incorporándolos finalmente a patógenos humanos. En el primer caso, las bacterias resistentes pueden llegar a los humanos a través del consumo de productos de acuicultura, del agua potable o por contacto directo con el agua u organismos acuáticos (Schwarz et al. 2001, FAO/OIE/WHO 2006).
Debido a lo anterior, se han propuesto varias alternativas al uso de antimicrobianos en la acuicultura, como el uso de vacunas, el aumento de mecanismos de defensa no específicos, así como el uso de prebióticos, probióticos y sustancias inmunoestimulantes (Irianto y Austin 2002, Gatesoupe 2005, FAO/OIE/OMS 2006).
Debido a lo anterior, se han propuesto varias alternativas al uso de antimicrobianos en acuicultura, como el uso de vacunas, el aumento de mecanismos de defensa no específicos, así como el uso de prebióticos, probióticos y sustancias inmunoestimulantes (Irianto & Austin 2002, Gatesoupe 2005, FAO/OIE/WHO 2006).
El alimento funcional se ha definido como aquel que tiene un efecto beneficioso comprobado sobre una o varias funciones específicas del cuerpo, más allá de los efectos nutricionales habituales, siendo este hecho relevante para mejorar la salud y el bienestar y/o reducir el riesgo de enfermedad (ILSI 19992). En el presente trabajo, se proponen 3 polisacáridos derivados de algas (alginato, carragenano y ulvano) como ingredientes funcionales en acuicultura marina para mejorar el estado de salud de los organismos y, por lo tanto, reducir el uso de antibióticos. El objetivo principal de este trabajo fue realizar una revisión de los estudios actuales sobre el uso de algas marinas y/o sus polisacáridos como ingredientes funcionales en acuicultura, así como describir
los efectos beneficiosos que estos compuestos pueden aportar a los peces marinos de cultivo. Este trabajo se centra principalmente en la adición de polisacáridos obtenidos de algas pardas (alginato), algas rojas (carragenano) y algas verdes (ulvano) al alimento para peces marinos.
POLISACÁRIDOS DE ALGAS MARINAS
Las algas marinas contienen sustancias bioactivas como polisacáridos, proteínas, lípidos y polifenoles con diversas actividades antibacterianas, antivirales y antifúngicas, entre otras (Castro et al. 2006). Estas actividades biológicas les confieren un gran potencial como suplemento en la alimentación de peces. La pared celular de las algas contiene, entre otros elementos, una abundante matriz de polisacáridos formada por azúcares neutros y ácidos, que también se encuentran en las plantas terrestres. Sin embargo, en estas últimas, los carbohidratos no están sulfatados, y son precisamente estos grupos los que permiten la formación de moléculas con diferentes estructuras y les otorgan propiedades beneficiosas (Castro et al. 2006).
CARACTERÍSTICAS DEL ALGINATO
Los alginatos son polisacáridos sulfatados presentes en la pared celular de las algas pardas (clase Phaeophyceae) en especies como Macrocystis pyrifera y Ascophyllum nodosum (Khotimchenko et al. 2001), y también existen ciertas bacterias capaces de sintetizar alginato extracelularmente (por ejemplo, los géneros Azotobacter y Pseudomonas) (Draget 2005). Los alginatos están estructurados en cadenas poliméricas lineales, compuestas por monómeros de ácido manurónico y su epímero, el ácido gulurónico, unidos por enlaces (1-4). Los monómeros pueden organizarse en paquetes homopoliméricos ricos en ácido gulurónico, o ricos en ácido manurónico y en paquetes heteropoliméricos que alternan ambos ácidos (Brownlee et al. 2005). El porcentaje de estos 3 paquetes depende del origen del alginato, la edad del tejido y otros factores. El ácido manurónico se encuentra en las algas jóvenes, y en las senescentes se transforma en su epímero, el ácido gulurónico, gracias a la enzima C5-epimerasa. En los tejidos maduros, el ácido manurónico se localiza principalmente en los espacios extracelulares, mientras que el ácido gulurónico se encuentra en las paredes celulares (Khotimchenko et al. 2001).
2. Comité Técnico de ILSI Norteamérica sobre Componentes Alimentarios para la Promoción de la Salud (1999). Informe sobre Componentes Alimentarios. ILSI Press, Washington, DC, EE. UU.
Los efectos fisiológicos derivados del consumo de alginato en humanos y mamíferos terrestres han sido ampliamente demostrados, observándose una reducción del colesterol en sangre, actividad prebiótica, movilización de ácidos grasos, disminución de la glucosa en sangre, reducción de la actividad enzimática intestinal, efecto preventivo contra el cáncer, mayor sensación de saciedad, disminución de la presión arterial y estimulación de la respuesta inmunitaria (Hoebler et al. 2000, Vaugelade et al. 2000, Warrand 2006). Además, estudios recientes sugieren que ciertos alginatos pueden mejorar la reparación del daño en la mucosa intestinal (Brownlee et al. 2005, Warrand 2006).
Wang et al. (2006) investigaron el efecto prebiótico del alginato in vitro y en ratas, comparándolo con los fructooligosacáridos y concluyeron que era capaz de aumentar los recuentos de Bifidobacterias y Lactobacilos de manera más significativa que los fructooligosacáridos.
CARACTERÍSTICAS DEL CARRAGENATO
La carragenina es un término genérico que engloba una compleja familia de polisacáridos extraídos de diversas algas rojas. Se trata de un polisacárido compuesto por residuos alternados de β-D-galactosa unidos mediante enlaces 1,3 y α-D-galactosa unidos mediante enlaces 1,4. Existen tres tipos de carragenina comercial para la industria alimentaria: kappa, iota y lambda, que se diferencian por la cantidad y la posición del grupo sulfato (Warrand, 2006).
Los efectos fisiológicos demostrados hasta ahora para este polisacárido son: reparación del daño intestinal, estimulación del sistema inmunitario de los peces (Fujiki et al. 1997, Castro et al. 2004), actividad antiviral especialmente contra el virus del papiloma humano (Buck et al. 2006, Roberts et al. 2007) y modificación de la composición de la microbiota intestinal ya que estos compuestos no se metabolizan en el colon (Jimenez-Escrig et al. 2000, Warrand 2006). Por otro lado, Lahaye y Kaeffer (1997) observaron que la adición de iota-carragenano a la dieta de ratas favoreció la proliferación de la mucosa intestinal. Los carragenanos se han utilizado principalmente como suplemento inmunoestimulante en acuicultura, actividad que se desarrolla en la siguiente sección de este trabajo.
CARACTERÍSTICAS DE ULVANO
Los ulvanos son polisacáridos solubles en agua extraídos de las paredes celulares de las algas verdes, principalmente de especies pertenecientes al complejo Ulva-Enteromorpha (Lahaye y Robic 2007, Robic et al. 2009). Están compuestos principalmente de ramnosa, ácidos glucurónico e idurónico y xilosa, y se distribuyen con mayor frecuencia en unidades disacáridas repetitivas (Robic et al. 2009).
Los carbohidratos de las algas verdes no son descompuestos por las enzimas digestivas humanas ni por las bacterias colónicas (Paradossi et al. 2002). El ulvano puede actuar como estabilizador y promotor, ya que se une a factores de crecimiento implicados en el crecimiento y la reparación de la mucosa intestinal (Warrand 2006).
En diferentes estudios, se han demostrado in vitro las diversas propiedades funcionales de estos polisacáridos; por ejemplo, actividad antitumoral (Kaeffer et al. 1999), antioxidante (Qi et al. 2005), inmunoestimulante (Castro et al. 2004, 2006; Leiro et al. 2007), antiviral (Schaeffer & Krylov 2000) y anticoagulante (Mao et al. 2004). Estudios in vivo también han observado otras actividades beneficiosas, como la producción de mucina en el colon de ratas (Barcelo et al. 2000) y la modulación del metabolismo lipídico, disminuyendo la hiperlipidemia en ratas (Sathivel et al. 2008). Estudios recientes que evalúan los polisacáridos de estas algas en fagocitos de rodaballo han mostrado estimulación de la respuesta del sistema inmunitario (Castro et al. 2004, 2006).
EFECTOS BENEFICIOSOS RELACIONADOS CON EL USO DE POLISACÁRIDOS DE ALGAS COMO SUPLEMENTO EN LA ACUICULTURA MARINA
En los últimos años, se han realizado numerosos estudios sobre el uso de diferentes sustancias como suplementos en la producción de peces, lo que permite la sustitución progresiva del uso de antimicrobianos (Burr 2005, FAO/OIE/OMS 2006, Ringø et al. 2010a, b). Estos compuestos pueden clasificarse como inmunonutrientes (compuestos que sirven como sustrato o fuente de energía para el sistema inmunitario), inmunoestimulantes (regulan la respuesta del sistema inmunitario enviando señales al sistema neuroinmunoendocrino) y compuestos y/o organismos vivos moduladores de la flora colónica (Burr et al. 2005, Gatlin et al. 2002).
A continuación se describen los efectos beneficiosos que se pueden obtener al añadir compuestos polisacáridos de algas marinas a la dieta de organismos acuáticos marinos. La Tabla 1 muestra algunos estudios recientes, realizados in vivo, en los que se evalúan estos polisacáridos y se constata que presentan efectos beneficiosos en organismos de acuicultura marina. Como se puede observar en dicha tabla, la mayoría de los estudios se centran en el uso del alginato, con pocos estudios que evalúen la funcionalidad del carragenano y ninguno que evalúe la del ulvano.
EFECTO SOBRE EL CRECIMIENTO Y LA EFICIENCIA DE ALIMENTACIÓN DE LOS ORGANISMOS ACUÁTICOS
La adición de pequeñas cantidades de algas al alimento para peces produce un aumento en el crecimiento, la eficiencia de la alimentación, la síntesis de proteínas (disminuyendo la actividad de la proteasa) y las reservas de lípidos en el músculo (Nakagawa 2010).
En relación con el alginato de Ascophyllum nodosum, algunos autores demostraron su potencial para modificar el metabolismo lipídico. Así, Yone et al. (1986) y Nakagawa et al. (1997) lo utilizaron como aditivo en el alimento de la dorada japonesa (Pragus major) en concentraciones del 2,5 % y el 5 %, respectivamente. Estos autores observaron un aumento en la proporción de proteína muscular, lo que mejoró la absorción y asimilación de la proteína dietética.
Diversos estudios han demostrado que la adición de alginato a la dieta de peces de acuicultura marina mejora el crecimiento y la eficiencia alimenticia (Conceição et al. 2001, Yeh et al. 2008, Ahmadifar et al. 2009, Jalali et al. 2009). Además, Conceição et al. (2001) observaron un aumento de tres veces en la retención de proteínas recién sintetizadas en ejemplares de rodaballo suplementados con alginato.
ACTIVIDAD SOBRE EL SISTEMA INMUNITARIO
La inmunidad abarca todos los mecanismos y respuestas que el cuerpo utiliza para defenderse de los patógenos. Los peces tienen un sistema inmunitario menos específico, en comparación con los mamíferos, con una respuesta más corta, un repertorio menor de inmunoglobulinas y memoria inmunológica y una respuesta mucosa débil (Trichet 2010). En los últimos años, el estudio de compuestos con actividad inmunoestimulante ha despertado interés, entre los que se encuentran productos microbianos como los β-glucanos, los lipopolisacáridos, los peptidoglicanos, los productos de fermentación bacteriana y algunos extractos de hierbas en acuicultura, ya que aumentan la respuesta inmunitaria del huésped, lo que puede ser una buena alternativa al uso de antibióticos (Li 2006). Los efectos biológicos de los inmunoestimulantes dependen de receptores en las células diana que los reconocen como moléculas potencialmente de alto riesgo y activan vías de defensa. Cada vez hay más estudios que respaldan el beneficio del uso de inmunoestimulantes en la acuicultura, ya que inducen protección contra enfermedades debido al aumento de la respuesta inmune (Bricknell y Dalmo 2005, Jaafar et al. 2011).
Diversos estudios demuestran la actividad inmunoestimulante de las algas y sus compuestos polisacáridos en la acuicultura (Bagni et al. 2005, Cheng et al. 2007, 2008; Chiu et al. 2008, Yeh et al. 2008, Ahmadifar et al. 2009, Harikrishnan et al. 2010). Estudios in vitro realizados con fagocitos de rodaballo han demostrado que los polisacáridos extraídos de algas como Ulva rigida y Chondrus crispus (Castro et al. 2004, 2006) produjeron una mayor respuesta del sistema inmunitario.
Por otro lado, cada vez hay más estudios in vivo que reiteran la capacidad de los compuestos polisacáridos de diferentes algas para aumentar la respuesta del sistema inmunitario. La actividad inmunoestimulante del alginato se ha demostrado en diferentes peces marinos; como el fletán Hippoglossus hippoglossus L. (Skjermo & Bergh 2004), la lubina Dicentrarchus labrax (Bagni et al. 2000) y diferentes especies de mero, por ejemplo, Epinephelus coicoides, Epinephelus fuscoguttatus, Epinephelus brneus (Cheng et al. 2007, 2008; Chiu et al. 2008, Yeh et al. 2008, Harikrishnan et al. 2011), lo que lleva a una mayor supervivencia de los peces. La carragenina y el ulvano como moduladores de la respuesta del sistema inmunitario en peces marinos han sido menos estudiados; aun así, los resultados obtenidos hasta ahora son prometedores. Dos estudios realizados con diferentes tipos de carragenina en E. coicoides y E. fuscoguttatus arrojaron resultados positivos en cuanto a la resistencia a la infección por Vibrio alginolyticus (Cheng et al. 2007, 2008). Si bien el uso de inmunoestimulantes en acuicultura ha obtenido buenos resultados en diversas investigaciones, existen dos posturas respecto a sus efectos cuando se aplican en las primeras etapas del desarrollo de los peces. Algunos investigadores opinan que pueden añadirse al alimento de las larvas de organismos acuícolas con un impacto mínimo en el desarrollo del sistema inmunitario de estos animales, mientras que otros creen que su administración temprana puede ser perjudicial para dicho desarrollo (Bricknell y Dalmo 2005).
CAMBIOS EN LA MICROBIOTA INTESTINAL. ACTIVIDAD PREBIÓTICA.
En los animales homeotermos, la microbiota del tracto gastrointestinal participa en la función digestiva y actúa como barrera protectora contra los patógenos. Los peces también albergan en su intestino diversas bacterias capaces de inhibir la colonización de patógenos (Nayak 2010). Por otro lado, estudios con modelos animales libres de microorganismos han observado que dicha microbiota intestinal está implicada en la proliferación, maduración e inmunidad epitelial de los peces (Rawls et al. 2004, Rekecki et al. 2009).
Debido al papel que desempeña la microbiota intestinal en la nutrición, el crecimiento, la inmunidad, el equilibrio intestinal y la resistencia a las enfermedades en los animales acuáticos (Kesarcodi-Watson et al. 2008), la modulación de la microbiota intestinal se presenta como una de las alternativas al uso de antimicrobianos en la acuicultura (Ringø et al. 2010a, b). La adición de prebióticos y probióticos son dos maneras de inducir cambios en la microbiota intestinal. Los principales efectos beneficiosos relacionados con estos cambios bacterianos son una mejora en el crecimiento y un aumento en la respuesta del sistema inmunitario (Nayak 2010).
Los prebióticos son ingredientes no digeribles que benefician al huésped, estimulando selectivamente el crecimiento y/o la actividad de ciertas poblaciones bacterianas del colon (Gibson y Roberfroid, 1995). Su uso se ha extendido ampliamente en la producción de aves y otros mamíferos terrestres; sin embargo, en acuicultura se requieren más estudios para confirmar este efecto.
El tracto gastrointestinal de invertebrados y vertebrados proporciona un hábitat adecuado para diversos microorganismos que desempeñan un papel importante en la salud y nutrición del huésped. Sin embargo, la composición de las poblaciones microbianas anaeróbicas que habitan el intestino de los peces es poco conocida, por lo que se necesita investigación para proporcionar más información al respecto. Dicha flora es esencial para caracterizar la comunidad microbiana intestinal de los peces y así evaluar los suplementos dietéticos necesarios para estimular la producción de bacterias beneficiosas en peces de cultivo (Burr et al. 2005, Ringø et al. 2010b). Además, las poblaciones bacterianas intestinales son diferentes en peces de agua dulce y marinos, por lo que en peces marinos aquellos pertenecientes a los géneros aparecen como bacterias dominantes.
Photobacterium, Pseudomonas y Vibrio, mientras que en las especies de peces de agua dulce predominan los géneros Aeromonas, Pleisomonas, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium y la familia Enterobacteriaceae (Ringo et al. 2010a).
Por otro lado, se sabe que ciertas poblaciones microbianas del tracto gastrointestinal, como las bacterias lácticas, son capaces de producir compuestos antibacterianos que pueden reducir considerablemente la cantidad de especies patógenas en la microbiota intestinal de los peces, mejorando así su desarrollo (Verschuere et al. 2000, Burr et al. 2005). Estas bacterias lácticas forman parte de la microbiota intestinal normal de los peces desde los primeros días de vida, aunque no son dominantes (Ringø y Gatesoupe 1998, Ringø et al. 2005). Diversos factores regulan las poblaciones microbianas (por ejemplo, las bacterias lácticas) en el tracto gastrointestinal, entre ellos la concentración de ácidos grasos poliinsaturados en la dieta, la competencia por los nutrientes, la presencia de óxido crómico, la salinidad y el estrés del huésped (Ringø y Gatesoupe 1998). La supervivencia de estas comunidades microbianas intestinales depende de la disponibilidad de sustrato, que se utilizará para generar diferentes productos como ácidos grasos de cadena corta, aminoácidos, poliaminas, factores de crecimiento, vitaminas y antioxidantes esenciales para la actividad de la mucosa intestinal (Fric 2007).
Los polisacáridos derivados de algas marinas se han utilizado tradicionalmente como espesantes en la industria alimentaria. Sin embargo, debido a su complejidad, que los hace resistentes a la degradación por las enzimas intestinales humanas, constituyen un sustrato para las bacterias intestinales y podrían considerarse prebióticos potenciales (Ramnani et al. 2012). Los alginatos, carragenanos y ulvanos, al ser compuestos polisacáridos, pueden tener actividad prebiótica, ejerciendo un efecto selectivo positivo sobre la microbiota intestinal de los peces. Además, los carbohidratos de la dieta desempeñan un papel importante en la respuesta inmunitaria a través de sus interacciones con la microbiota intestinal y el tejido linfoide asociado al intestino (Trichet 2010).
En relación con otra de las alternativas propuestas para la modulación de la microbiota intestinal, Gram y Ringø (2005), estudiando la modulación de la microbiota intestinal de los peces, propusieron la siguiente definición de probióticos: ‘microorganismos vivos que se añaden a los alimentos o al medio ambiente (agua) aumentan la
Viabilidad del huésped. Los probióticos se utilizan actualmente en acuicultura para controlar algunas enfermedades en los peces, aunque su modo de acción no se comprende del todo (Ringø et al. 2010a). Se han considerado varias opciones para sus mecanismos de acción: desplazar patógenos potenciales mediante la producción de sustancias que inhiben su crecimiento, competir por nutrientes o espacio, alterar el metabolismo microbiano y/o estimular el sistema inmunitario del huésped (Irianto & Austin 2002, Gómez & Balcázar 2008, Kesarcodi-Watson et al. 2008).
La principal ventaja de los prebióticos sobre los probióticos es que los primeros son ingredientes naturales y su incorporación a la dieta no requiere precauciones especiales, por lo que la autorización como aditivo alimentario es más fácil de obtener (Gatesoupe 2005). Sin embargo, si bien el objetivo de los prebióticos es estimular la flora beneficiosa, algunas bacterias patógenas oportunistas pueden adquirir la capacidad de utilizar estas sustancias o sus productos de degradación, si se administran de forma continua (Gatesoupe 2005). Por lo tanto, es necesario, antes de su aplicación, realizar estudios en ciertas fases de engorde de diferentes especies de peces (Gatesoupe 2008). Además, en el uso de probióticos, las especies utilizadas se vuelven predominantes en el tracto gastrointestinal solo durante el tratamiento dietético, por lo que es necesario tener en cuenta que hay pocas posibilidades de colonizar el intestino, si la especie bacteriana utilizada no pertenece a la microbiota intestinal característica de una especie de pez. Por lo tanto, se propone estimular el crecimiento de especies microbianas autóctonas complementando la dieta con carbohidratos indigeribles que actúan como prebióticos (Mahiou et al. 2006).
CONCLUSIONES
Aunque no existen muchos estudios centrados en el uso de polisacáridos (alginato, carragenano y ulvano) como ingredientes funcionales en la acuicultura marina, los resultados obtenidos hasta el momento indican que podrían ser un ingrediente prometedor para mejorar la salud de los peces marinos, ya que influyen positivamente en su crecimiento, eficiencia alimenticia y supervivencia, además de poseer capacidad prebiótica e inmunoestimulante. Tras esta revisión, se evidencia la necesidad de realizar estudios que profundicen en la composición de las poblaciones de la microbiota intestinal.
De peces marinos para evaluar de manera más efectiva su modulación.
Para futuras investigaciones y teniendo en cuenta, por un lado, las limitaciones de los probióticos y, por otro, los efectos beneficiosos que los compuestos polisacáridos de las algas pueden aportar a los organismos acuáticos, existe evidencia suficiente para creer que cualquiera de los tres compuestos (alginato, carragenano y ulvano) podría añadirse junto con una especie bacteriana, previamente seleccionada como probiótica, a la dieta de peces de acuicultura para estudiar el efecto simbiótico (polisacárido y prebiótico). Incluso se podría considerar la encapsulación de dichas bacterias con alginato para una mejor administración. Sin embargo, es importante tener en cuenta el estudio paralelo de la calidad de la carne de los peces alimentados con polisacáridos, así como la aceptación del consumidor debido a los posibles cambios que se produzcan en sus características sensoriales, debido al impulso de la acuicultura para cubrir la demanda actual de consumo de pescado.
