Marcelo Fernando Valle Vargas - Encapsulación de probióticos

Para incrementar la productividad y supervivencia de los peces, se ha recurrido al uso de antibióticos, los cuales han dado buenos resultados en el tratamiento de infecciones bacterianas del pez (Romero et al ., 2012; FAO, 2005); sin embargo, su uso excesivo o en dosis inadecuadas ha sido asociado a la aparición y propagación de genes de resistencia a antimicrobianos en las bacterias comúnmente asociadas a los peces cultivados (Miranda et al ., 2018). La resistencia a los antibióticos en la acuicultura se puede transferir a cepas clínicamente importantes del entorno natural mediante la transferencia horizontal de genes, lo que afecta a todo el ecosistema (Preena et al ., 2020; Watts et al ., 2017). Además, existe la preocupación por la acumulación de los antibióticos en el ambiente y su posible efecto adverso en los ecosistemas adyacentes a las granjas de cultivo (Zheng et al ., 2021; Watts et al ., 2017).

El uso de probióticos es una alternativa al uso de antibióticos, más respetuosa con el ambiente y sostenible. Los probióticos se han utilizado en acuicultura en las últimas tres décadas y con mayor énfasis desde el año 2000 (Melo‐Bolívar et al ., 2021). A diferencia de otras estrategias de control de enfermedades en acuicultura, la ventaja del uso de probióticos radica en sus múltiples mecanismos para conferir beneficios a los peces cultivados y al entorno (Zorriehzahra et al ., 2016; Jahangiri y Esteban, 2018).

La palabra probiótico tiene un origen griego: pro y bios , que colectivamente significan “para la vida”, por lo que son ampliamente considerados como microorganismos benéficos (Lauzon et al ., 2014). Los probióticos son definidos como microorganismos vivos que, ingeridos en cantidades suficientes, tienen un efecto benéfico en la salud de hospedero (FAO, 2016). No obstante, recientemente se ha propuesto una nueva definición más amplia, en alusión a un microorganismo vivo o muerto e incluso a un componente de los microrganismos que actúan de diferentes modos, al conferir efectos benéficos al hospedero o al ambiente (Lazado y Caipang, 2014). Esta definición genera diferencias conceptuales profundas, como es la supuesta necesidad de colonización y supervivencia en el tracto gastrointestinal de los organismos cultivados, que indica la definición tradicional de los probióticos. Así mismo, abre la posibilidad del uso de metabolitos como enzimas, proteínas secretadas, ácidos grasos de cadena corta, vitaminas, biosurfactantes secretados, aminoácidos, péptidos, ácidos orgánicos, etc., denominados posbióticos, o de microrganismos no viables, denominados parabióticos (Barros et al ., 2020; Nataraj et al ., 2020).

El uso de probióticos es cada vez más común en el cultivo de peces continentales (Melo et al ., 2020), dados sus efectos benéficos, como mayor crecimiento (ganancia de peso y talla), incremento en la absorción de nutrientes, mejora en la tasa de conversión alimentaria, modulación de la microbiota intestinal, mayor actividad intestinal, fortalecimiento del sistema inmune y capacidad de supervivencia frente a desafíos experimentales con bacterias patógenas, entre otros reportados en Colombia y otros países en distintos sistemas de cultivo (Pandiyan et al ., 2013; Melo et al ., 2020; Martínez et al ., 2012; Kuebutornye, et al ., 2020; Villamil et al ., 2014; Villamil y Esguerra, 2017; Murillo y Villamil, 2011; Merrifield y Carnevali, 2014).

Los probióticos pueden ser suministrados a los peces de manera individual (más comúnmente) o en consorcio, con dos o más microorganismos que se suministran de manera simultánea al pez, buscando una sinergia que tenga efectos benéficos mayores a los que se obtendrían con el uso de los microorganismos de manera individual (Ouwehand et al ., 2018; Timmerman et al ., 2004). En el Grupo de Investigación de Procesos Agroindustriales de la Universidad de La Sabana, se publicó recientemente un artículo de revisión sobre el uso de probióticos en consorcio en peces comerciales de aguas continentales (Melo‐Bolívar et al ., 2021), en el que, a partir de búsquedas bibliográficas en las bases de datos Scopus, Web of Science y PubMed, fue posible seleccionar 81 artículos que evaluaron la suplementación con probióticos de múltiples cepas durante ensayos in vivo en tilapia nilótica ( Oreochromis niloticus ), trucha arcoíris ( Oncorhynchus mykiss ), carpa común ( Cyprinus carpio ) y rohu ( Labeo rohita ); sin embargo, solo 13 artículos incluían el probiótico individual como control para hacer comparación directa con la mezcla de bacterias probióticas y determinar de esta manera si la mezcla ofrecía mayores beneficios, en comparación con un probiótico seleccionado y un grupo de control sin suplementación con probióticos. Este hallazgo pone de manifiesto la necesidad de contar con estudios que permitan elucidar los efectos reales que pueden generar los probióticos, ya sea cuando se administran en consorcio o de manera individual, en aspectos relevantes, como el equilibrio de la microbiota intestinal, la activación del sistema inmunológico y su relación con el incremento en la productividad y supervivencia de los peces cultivados.

Aunque son muchos los beneficios que ofrecen los probióticos a la salud del pez, la selección de los mismos es una etapa crítica, por lo que es necesario la evaluación de parámetros in vitro , tales como actividad antimicrobiana, tolerancia en medio ácido/básico, tolerancia a sales biliares, susceptibilidad a medicamentos, capacidad de adherencia al intestino y formación de biopelículas o “biofilm”, etc., con el fin de determinar el o los probióticos que mejor se adapten a las necesidades de cada pez (Chauhan y Singh, 2019; Sayes et al ., 2018; Villamil et al ., 2002), así como la vía y dosis de administración, dependiendo de la etapa de cultivo (Villamil et al ., 2010).

A pesar de la evidencia científica que existe sobre los beneficios de la colonización y crecimiento de los probióticos en el tracto gastrointestinal de los peces (Moroni et al ., 2021; Merrifield y Carnevali, 2014), su viabilidad se puede ver afectada durante su almacenamiento, incorporación en el alimento (Masoomi et al ., 2019) y/o paso por el tracto gastrointestinal del hospedero (Pinpimai et al ., 2015; Pirarat et al ., 2015). Esto último es debido a que los probióticos son susceptibles a la disminución de su concentración por condiciones adversas, como el bajo pH (1-3) de los jugos gástricos y la acción de sales biliares, lo cual causa que a su llegada al intestino no estén en la concentración adecuada y, por ende, no puedan tener el efecto benéfico esperado (Kumaree et al ., 2015). Con el propósito de incrementar la viabilidad de los probióticos durante su almacenamiento, inclusión en el alimento de los peces y extrusión, así como en el paso por el tracto gastrointestinal, se hace necesario el uso de técnicas de protección de los probióticos en estos ambientes. Dentro de estas técnicas se encuentra la encapsulación, la cual consiste en el atrapamiento de una sustancia (núcleo, material activo) dentro un material de pared (sólido, líquido) para la producción de partículas con un diámetro de pocos nanómetros a milímetros (Vidal, 2016). Los probióticos han sido encapsulados por diferentes técnicas, como secado por aspersión, liofilización, coacervación y gelificación iónica (Masoomi et al ., 2019), siendo esta última una de la más empleadas, ya que no se aplican altas temperaturas durante el proceso (Yao et al ., 2020). Por otra parte, técnicas como el eletrospinning (Ceylan et al ., 2018; Zupančič et al ., 2019; Feng et al ., 2020) y la ventana refractiva (Aragón et al ., 2019; Yoha et al ., 2021; Yoha et al ., 2020) han sido poco exploradas para encapsulación de probióticos. Si las condiciones del proceso de encapsulación, como temperatura, flujo de aire, flujo de alimentación, concentración de los materiales de pared, propiedades fisicoquímicas de los materiales de pared, entre otras, no son las adecuadas (Anandharamakrishnan y Ishwarya, 2015; Šipailienė y Petraitytė, 2018), el probiótico no estará protegido y, por ende, será susceptible a la reducción de su concentración durante la encapsulación, el almacenamiento, el transporte y el tránsito por el tracto gastrointestinal, debido a factores como el estrés mecánico, oxígeno, ácidos gástricos, enzimas digestivas y sales biliares (Yao et al ., 2020).