Comunidades naturales de algas actúan como probióticos contra patógenos acuícolas

Las larvas y juveniles de peces son particularmente vulnerables a los patógenos, donde las vacunas a menudo no son una opción viable debido a la inmadurez de su sistema inmune. Esta situación ha llevado a la búsqueda de alternativas sostenibles a los antibióticos, cuyo uso extensivo conlleva el riesgo de fomentar la resistencia antimicrobiana.

Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Technical University of Denmark ha demostrado que es posible desarrollar un consorcio de bacterias capaz de inhibir patógenos bacterianos en este sector. Esto podría reducir potencialmente el uso de antibióticos en la acuicultura y, posiblemente, en otras aplicaciones. El estudio fue publicado en Microbiology Spectrum, una revista de la American Society for Microbiology.

En este nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar y desarrollar opciones biológicas no antibióticas para el control y la prevención de enfermedades en la acuicultura. 

El desafío persistente de las enfermedades en la larvicultura

Las infecciones por bacterias del género Vibrio, como Vibrio anguillarum, son un problema significativo en la larvicultura marina, afectando a una amplia gama de especies de peces. El alimento vivo, como las microalgas, aunque esencial para muchas especies marinas en sus fases larvales, puede también servir como vector para la introducción de estas bacterias patógenas. La necesidad de medidas de control de enfermedades que no dependan de los antibióticos es, por tanto, urgente.

Probióticos: una alternativa prometedora y el poder oculto de las comunidades

Los probióticos han surgido como una estrategia viable. Utilizar bacterias beneficiosas o probióticos para combatir patógenos es una estrategia que se está extendiendo tanto en la cría de animales como en la horticultura. 

Tradicionalmente, la investigación y aplicación de probióticos en acuicultura se ha centrado en el uso de cultivos puros de cepas aisladas. Sin embargo, en los entornos naturales, la protección contra patógenos raramente es obra de un solo microorganismo; es el esfuerzo concertado de microbiomas complejos lo que mantiene a raya a los invasores. Este concepto impulsa la hipótesis de que las comunidades microbianas, con sus intrincadas interacciones, podrían ofrecer ventajas sinérgicas sobre los probióticos de una sola cepa. Los científicos detrás del estudio reciente creían que el efecto antipatógeno probablemente sería más fuerte en una combinación de bacterias beneficiosas.

Microalgas y sus microbiomas al rescate

Los investigadores autores del estudio se propusieron evaluar la eficacia antipatogénica de los microbiomas mixtos provenientes de dos microalgas utilizadas como alimento vivo: Tetraselmis suecica e Isochrysis galbana. El objetivo era determinar si estas comunidades naturales podían inhibir el crecimiento de Vibrio anguillarum, un importante patógeno de peces.

¿Cómo midieron la inhibición? 

Para cuantificar la inhibición del patógeno por parte de estas comunidades microbianas complejas, el equipo de investigación desarrolló un ensayo in vitro. «Para probar si el patógeno podía ser inhibido por una mezcla de otras bacterias, necesitábamos una medida del crecimiento (y de la inhibición del crecimiento del patógeno), así que marcamos el patógeno de peces con una proteína verde fluorescente (GFP)», explicó la autora principal del estudio, Lone Gram, Ph.D., profesora del Departamento de Biotecnología y Biomedicina de la Universidad Técnica de Dinamarca. «Al medir esto —y la reducción en la fluorescencia— pudimos identificar comunidades bacterianas que inhibían al patógeno». Este método, utilizando una cepa de Vibrio anguillarum marcada con GFP, permitió medir y cuantificar la inhibición como una reducción en la señal de fluorescencia, ofreciendo una forma de alto rendimiento para evaluar los efectos antipatogénicos.

Los investigadoes prepararon diferentes fracciones de los cultivos de algas:

• Cultivo completo (FC): Conteniendo tanto las células de algas como sus bacterias asociadas.
• Microbioma filtrado (FM): Donde las células de algas fueron removidas, dejando principalmente la comunidad bacteriana.
• Cultivos axénicos (AX): Cultivos puros de algas sin bacterias asociadas, para control.

Estas preparaciones se co-cultivaron con el Vibrio anguillarum GFP-marcado, y se monitoreó la fluorescencia y la densidad óptica a lo largo del tiempo para evaluar el crecimiento del patógeno.

La fuerza está en la unión (microbiana)

Los resultados del estudio arrojaron luz sobre el potencial de estas comunidades naturales:

• El microbioma de Isochrysis galbana muestra mayor potencia: Se observó que el microbioma asociado a Isochrysis galbana era más inhibitorio para V. anguillarum en comparación con el microbioma de Tetraselmis suecica.
• Son los microbios, no las algas per se: Es importante destacar que la inhibición del patógeno no fue causada por las células de algas en sí mismas, sino por sus microbiomas asociados. Los cultivos axénicos de las algas (sin bacterias) no mostraron inhibición. Tampoco los sobrenadantes libres de células, lo que indica que los microorganismos vivos del microbioma son los responsables del efecto protector.
• Cambios en la comunidad durante la «batalla»: Durante el co-cultivo con el patógeno, la densidad bacteriana de los microbiomas de Isochrysis aumentó, mientras que la diversidad disminuyó, según análisis metataxonómicos. Las bacterias que prosperaron y dominaron en estos microbiomas inhibidores enriquecidos pertenecían principalmente a las familias Alteromonadaceae y Rhodobacteraceae, con un aumento relativo de Vibrionaceae (posiblemente vibrios nativos no patogénicos o menos virulentos del propio microbioma).
• El poder de la sinergia: más que la suma de las partes: Los investigadores encontraron que mezclas de bacterias podían inhibir a Vibrio anguillarum y, posteriormente, aislaron cultivos puros de bacterias. Descubrieron que algunas de estas bacterias solo inhibían al patógeno de peces cuando se combinaban, no solas, demostrando que algunas bacterias eran «más fuertes juntas». Un ejemplo destacado fue la co-cultura de Sulfitobacter pontiacus D3 y Vreelandella alkaliphila D2; ninguna de estas cepas era inhibidora como monocultivo, pero juntas mostraron una notable capacidad para frenar al patógeno. Este hallazgo subraya que las interacciones sinérgicas dentro de la comunidad microbiana pueden ser cruciales para la eficacia probiótica.

Las bacterias aisladas de los microbiomas que demostraron una inhibición completa pertenecían a familias como Alteromonadaceae, Halomonadaceae (posteriormente identificada como Vreelandella), Rhodobacteraceae, Vibrionaceae, Flavobacteriaceae y Erythrobacteraceae.

Implicaciones para una acuicultura más sostenible

Este estudio demuestra de manera convincente que las comunidades microbianas derivadas de los microbiomas naturales de las algas pueden tener efectos antipatogénicos significativos. Más aún, resalta que los co-cultivos bacterianos pueden ofrecer ventajas sinérgicas sobre los probióticos de una sola cepa, abriendo nuevas vías para el desarrollo de estrategias de salud en la acuicultura.

«Hemos demostrado que es posible en los microbiomas (en nuestro caso, el microbioma de las algas utilizadas como alimento vivo en la acuicultura) encontrar mezclas de bacterias que pueden inhibir al patógeno», dijo Gram. «Allanando así el camino para la ingeniería de microbiomas que puedan inhibir patógenos bacterianos y reducir la necesidad del uso de antibióticos. Entonces podemos reducir la propagación de bacterias resistentes a los antibióticos».

Los principales puntos a destacar para el sector acuícola son:

• Nuevas fuentes de probióticos: Los microbiomas de algas de alimentación viva representan un reservorio natural de potenciales probióticos.
• Estrategias de co-cultivo: El futuro del control de enfermedades podría residir en el uso de mezclas de microorganismos cuidadosamente seleccionadas, que trabajen en conjunto para una protección más robusta y estable.
• Reducción de antibióticos: El desarrollo de probióticos efectivos basados en comunidades puede disminuir la dependencia de los antibióticos, contribuyendo a la lucha contra la resistencia antimicrobiana.
• Una herramienta de selección eficiente: La metodología de cribado basada en fluorescencia desarrollada en este estudio puede acelerar la identificación de microbiomas y combinaciones de bacterias con alto potencial antipatogénico.

Conclusión: un futuro probiótico colaborativo

La investigación de Smahajcsik y colaboradores refuerza la idea de que «la unión hace la fuerza», también en el mundo microbiano. Al aprovechar las interacciones naturales y sinérgicas dentro de las comunidades de microorganismos asociados a las algas, se abre una prometedora avenida para desarrollar estrategias probióticas más efectivas y sostenibles para la acuicultura. Este enfoque no solo aborda el control de enfermedades, sino que también promueve una producción acuícola más amigable con el medio ambiente, disminuyendo la necesidad de intervenciones químicas y apoyando la salud a largo plazo de los sistemas de cultivo. El estudio es un paso adelante hacia el aprovechamiento del poder colectivo de los microbiomas para una acuicultura más resiliente y productiva.

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Lone Gram
Department of Biotechnology and Biomedicine, Technical University of Denmark
Lyngby, Denmark
Email: [email protected]

Referencia ( abierto)
Smahajcsik D, Roager L, Strube ML, Zhang S, Gram L.0.Stronger together: harnessing natural algal communities as potential probiotics for inhibition of aquaculture pathogens. Microbiol Spectrum:e00421-25. https://doi.org/10.1128/spectrum.00421-25