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Mecanismos de acción de probióticos

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¿Qué es un Probiótico?

El término probiótico ha sufrido modificaciones en su significado a lo largo de los años. De esta manera en 1968, se definió como un suplemento microbiano que se suministra a animales y humanos. Fuller (1989) lo redefinió como un microorganismo vivo que se administra al hospedero suplementado en el alimento para beneficiar el balance microbiano intestinal. Posteriormente, el término fue usado para referirse a un adyuvante dietario microbiano administrado de tal manera que se mantenga vivo dentro del tracto gastrointestinal, y que beneficie la fisiología del hospedero modulando el sistema inmune, así como mejorando el balance microbiano mediante la prevención de la colonización de bacterias indeseables en el tracto intestinal (Gatesoupe, 1999; Naidu et al., 1999). Verschuere et al. (2000b) dieron una definición más amplia de los probióticos como microorganismos vivos que tienen efectos benéficos en el hospedero mediante la modificación de la microbiota asociada, el incremento del aprovechamiento de la comida, el mejoramiento de la respuesta a enfermedades y de la calidad del ambiente. Sin embargo, en este punto es importante señalar que las bacterias que simplemente cumplen alguno de estos roles, tales como la producción de nutrientes esenciales para el aprovechamiento de las especies cultivadas, o bacterias que solamente ejercen una función específica de bio-remediación en el medio ambiente, no deben considerarse como probióticos.

 

La aplicación de probióticos como control biológico es una alternativa viable dada la habilidad que poseen las cepas seleccionadas para impedir el crecimiento de bacterias oportunistas e incluir en general en el establecimiento de la comunidad microbiana tanto en los individuos como en el agua de cultivo. Aunque la evaluación de probióticos en acuicultura se ha abordado en diferentes artículos científicos y también están disponibles en el mercado productos comerciales, el concepto de “probiótico” y su eficacia sigue siendo controvertido; existen dudas sobre la eficiencia y seguridad de los organismos probióticos que pueden tener origen en una multiplicidad de factores tales como el uso de aislados con poca actividad, en que los productos comerciales han generado expectativas poco realistas por parte de los consumidores, además porque relativamente pocos estudios han abordado los mecanismos de acción de la cepas probióticas seleccionadas utilizando condiciones estandarizadas. Por lo cual, es urgente para el sector cultivador de camarón que se realicen estudios científicos reproducibles y exactos a escala piloto y comercial para lograr la aplicación de un protocolo que garantice una mejora significativa en los niveles productivos, teniendo aspectos clave como la fase del ciclo productivo, el tiempo, dosis y vía de administración, entre otros factores. De igual manera, los procesos de selección, crecimiento y escalamiento en la producción de los microorganismos probióticos seleccionados debe realizarse con alta rigurosidad de tal manera que cumplan los estándares de calidad, ya que podría alterarse la composición de las mezclas bacterianas originales, con resultados impredecibles.

 

¿Cuáles son los mecanismos de acción de los Probióticos?

Las publicaciones científicas existentes en el tema han facilitado el entendimiento de los modos de acción de los probióticos en el hospedero, entre ellos la competencia por nutrientes, la modulación de la respuesta inmunitaria no específica, la producción de compuestos antimicrobianos, la competencia por el sitio de fijación en el tracto gastrointestinal, entre otros. Sin embargo, es necesario precisar que la eficacia de un probiótico seleccionado in vitro puede cambiar cuando se administra al hospedero, dada la gran influencia de factores más complejos como la ingestión selectiva (Prieur, 1981; Riquelme et al., 2000) y la muerte en el tracto gastrointestinal (Vine et al., 2006) causada por la incapacidad del probiótico para mantener su fisiología bajo circunstancias de una mayor interacción microbiana (Tinh et al., 2007). En general, la relación entre los experimentos in vivo e in vitro ha sido descrita en los últimos artículos de revisión científica de uso de probióticos en acuicultura (Irianto y Austin, 2002; Balcazar et al., 2006; Vine et al., 2006; Tinh et al., 2007; Gatesoupe, 2008).

 

Entre los principales mecanismos descritos que usan los aislados probióticos para beneficiar al hospedador, se encuentran:

 

[header_title title=»Colonización y adhesión en el tracto gastrointestinal» header_size=»h4″]

Es bien sabido que la habilidad de las bacterias para adherirse y sobrevivir en el mucus entérico es decisiva en el establecimiento de la microbiota intestinal. La capacidad de adherencia es una característica que es aprovechada de igual manera tanto por las bacterias probióticas como por las patógenas. En el caso de las probióticas, éste ha sido uno de los criterios más importantes para su selección y aplicación en acuicultura (Salminen et al., 1996; Nikoskelainen et al., 2003), mientras que para las patógenas la habilidad para adherirse, se relaciona con la virulencia y se considera como el primer paso para una infección (Bengmark, 1998). En acuicultura, la información disponible indica que las bacterias aisladas de animales cultivados o de su entorno tienen mayor capacidad de adhesión al mucus gastrointestinal y a los tejidos, que las de otras bacterias foráneas que suelen ser transitorias, por lo que surge la necesidad de que los probióticos sean continuamente administrados, ya sea como suplemento en el alimento o a través del agua de cultivo (Ringo y Gatesoupe, 1998; Villamil et al., 2003c). Además, se ha documentado que aislados microbianos de un organismo pueden colonizar otras especies cultivadas, indicando así la falta de especificidad para la colonización del tracto digestivo (Ringo, 1999).

 

[header_title title=»Producción de antibióticos / compuestos antivirales» header_size=»h4″]

La selección de microorganismos con actividad probiótica también se puede determinar por la capacidad de generar productos extracelulares (ECPS) que pueden inhibir o matar otras bacterias potencialmente patógenas, entre ellos sustancias antibacteriales (Imada et al., 1985; Williams y Vickers, 1986; Maeda, 1994; Vázquez et al., 2006,), sideróforos (Spanggaard et al., 2001; Brunt et al., 2007), enzimas bacteriolíticas (Nair et al., 1985), ácido láctico (Lindgren y Clevström, 1978; Alakomi et al., 2000), ácidos orgánicos (Midolo et al., 1995), peróxido de hidrogeno (Vázquez et al., 2005), dióxido de carbono (Naidu et al., 1999) y bacteriocinas (Villamil et al., 2003a; Gatesoupe 2008). Las bacteriocinas son polipéptidos bacteriostáticos o bactericidas que en su mayoría son activos contra bacterias estrechamente relacionadas (Klaenhammer, 1998) y microorganismos Gram-positivos (Hurst, 1981; Severina et al., 1998). Una de las bacteriocinas mejor conocidas es la nisina, que es un péptido sintetizado ribosomalmente y producido por algunas cepas de Lactococcus lactis. La eficiencia de este péptido ha sido probada contra patógenos multiresistentes de humanos como Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis y Enterococcus faecalis, entre otros (Hurst, 1981; Liu y Hansen, 1990).

 

Por otra parte, los péptidos antimicrobianos derivados de estas bacterias interactúan con las células del sistema inmunológico (De Pablo et al., 1999), y pueden ser reconocidos por ellas, gracias a los anticuerpos policlonales contra bacteriocinas como la nisina y pediocina en peces. Adicionalmente, algunas bacterias acidolácticas (LAB) también poseen actividad contra bacterias Gram-negativas como Vibrio anguillarum, Vibrio salmonicida y Proteus vulgaris (Ringo y Gatesoupe, 1998). La carnocina de Carnobacterium piscícola también ha resultado eficaz para combatir a Aeromonas hydrophila (Lewus et al., 1991). Estudios más recientes han postulado un nuevo género de bacterias aisladas de granjas productoras de rodaballo (Scophtahlmus maximus), Roseobacter, como probióticos basado en la actividad antibacteriana contra bacterias patógenas de peces marinos V. anguillarum y V. splendidus (Hjelm et al., 2004).

 

Los probióticos no solo tienen capacidad antibacteriana, también se ha descrito actividad antiviral de algunos aislados como Pseudomonas sp., Vibrio spp. y Aeromonas sp., contra el virus de la necrosis hematopoyética (IHNV) (Kamei et al., 1988). Maeda et al. (1997) aislaron una cepa de Pseudoalteromonas undina, que ejerció efectos antivirales e incrementó la supervivencia en camarón (Penaeus sp.) y dorada (Sparus aurata) infectados experimentalmente con el virus de la necrosis neuro Sima-aji (SJNNV), Baculo e Iridovirus. Varias cepas de Vibrio aisladas de un cultivo de camarón, también presentaron actividad antiviral significativa especialmente frente a IHNV y el virus de Oncorhynchus masou (OMV) (Direkbusarakom et al. 1998), aunque estudios recientes están dirigidos a establecer el mecanismo de actividad antiviral de manera directa en la supervivencia evaluando otros factores más complejos. Otros mecanismos que podrían inhibir el crecimiento de bacterias indeseables, como la competencia por nutrientes, la energía disponible o sitios de adherencia (Gatesoupe, 1999; Verschuere et al., 2000a) deben ser tenidos en cuenta.

 

[header_title title=»Producción de compuestos benéficos» header_size=»h4″]

Las bacterias marinas y las levaduras pueden llegar a ser un recurso de proteína importante en el mejoramiento del aporte nutricional de algunas especies acuáticas cultivadas debido al perfil de aminoácidos que contienen (Brown et al., 1996). En ciertos aislados de bacterias intestinales, se ha demostrado alta producción de ácidos grasos de cadena corta (Yazawa, 1996) y también su contribución al valor nutritivo de los rotíferos (Watanabe et al., 1992) y peces (Clements, 1997).

 

De la misma manera, los lípidos producidos por microorganismos marinos han sido descritos como sustancias de gran importancia para la nutrición de especies acuáticas como el rodaballo y la tilapia (Ringo et al., 1992; Kihara y Sakata, 1997).

 

Por otra parte, la producción de enzimas como lipasas, quitinasas y proteasas, por parte de microorganismos seleccionados, pueden contribuir al proceso digestivo de los organismos cultivados, especialmente en estadios larvales de bivalvos (Prieur et al., 1990) y camarón (Wang et al., 2000).

 

[header_title title=»Mejoramiento de las funciones inmunes» header_size=»h4″]

A pesar de que existe un amplio número de publicaciones científicas en las que se describe un aumento en la resistencia de peces tratados con probióticos durante infecciones experimentales (Gatesoupe, 1994; Cai et al., 1998, Ottessen y Olafsen, 2000; Robertson et al., 2000; Balcázar et al., 2006), existen relativamente muy pocas en las que se estudien a fondo los mecanismos empleados en dicha defensa; sólo trabajos recientes han demostrado la incidencia de los probióticos en las funciones del sistema inmune. Irianto y Austin (2002) describieron un incremento en parámetros celulares, como el número de eritrocitos, linfocitos y macrófagos y un aumento de la actividad lisozímica de Salmo salar, Oncorhynchus mykiss y Scophthalmus maximus alimentados con probióticos seleccionados, tanto Gram-positivos como Gram negativos. Villamil et al. (2002) evaluaron los efectos inmunomoduladores de varias cepas de LAB de origen terrestre, encontrando que L. lactis viable e inactivado por calor incrementa funciones inmunitarias de rodaballo (S. maximus), como quimioluminiscencia de macrófagos de riñón anterior y concentración de lisozima en suero. Más tarde, Villamil et al. (2003b) encontraron que, en el caso de LAB, no sólo las células enteras son capaces de inducir un aumento en la respuesta inmune, algunos productos extracelulares como la nisina, principal bacteriocina producida por L. lactis, pueden aumentar la quimioluminiscencia y la producción de óxido nítrico en una dosis y tiempo dependiente en rodaballo (S. maximus).

 

En camarón, Balcázar (2003) describió un aumento en la resistencia de Litopenaeus vannamei, alimentado con un suplemento de Bacillus y Vibrio, contra Vibrio harveyi y el síndrome de mancha blanca, este incremento en la resistencia se correlacionó con un aumento de la fagocitosis y la actividad antibacteriana de los hemocitos. Chiu et al. (2007) informaron que el camarón blanco L. vannamei tratado con complemento alimenticio de Lactobacillus plantarum aumentó significativamente la actividad fenoloxidasa (PO), el estallido respiratorio y la superóxido dismutasa (SOD), así como la transcripción del mRNA de peroxinectina (PE) y profenoxidasa (proPO), lo que contribuyó a la eliminación de Vibrio alginolyticus durante infecciones experimentales.

 

[header_title title=»Mejora de la calidad de agua» header_size=»h4″]

Se ha propuesto que las bacterias del género Bacillus seleccionadas como probióticos pueden convertir la materia orgánica en CO2, en contraste con las bacterias Gram-negativas que se caracterizan por convertir materia orgánica en biomasa bacteriana o limo (Dalmin et al., 2001). Laloo et al. (2007) comprobaron la capacidad de tres aislados del genero Bacillus para diminuir las concentraciones de nitritos, nitratos y amonios en el agua de cultivo de peces ornamentales. Este mismo fenómeno también fue observado por Kim et al. (2005) en B. subtilus, B. cereus y B. licheniformis, quienes atribuyen estos efectos a mecanismos tales como bioacumulación, bio-asimilación y nitrificación. Aunque la eliminación de nitrógeno es una propiedad predominante en bacterias autotróficas, se han producido varios informes que sugieren una contribución de las bacterias heterótrofas en este sentido (Abou-Seada y Ottow, 1985; Robertson y Kuenen, 1990; Sakai et al., 1996, 1997; Kim et al., 2005; Lin et al., 2006). De manera controversial, hay publicados varios estudios en camarón y bagre que no pudieron confirmar éstas hipótesis (Queiroz y Boyd, 1998; Rengpipat et al., 1998). Adicionalmente, la interacción entre bacterias probióticas y microalgas en los tanques de cultivo en general produce efectos positivos, ya que estabiliza los factores nutricionales del alimento vivo pudiendo contribuir al establecimiento de la microflora intestinal beneficiosa de los hospederos (Reitan et al., 1993, 1997).

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