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Resumen Especímenes de Solea senegalensis enfermos fueron identificados en una piscifactoría del sur de España, los cuales mostraron diversos síntomas tales como úlceras en la parte superior del cuerpo y mayor producción de mucus epitelial. En el presente estudio de llevó a cabo el aislamiento y caracterización del microrganismo responsable. Entre los factores que se analizaron se encuentran la actividad hemolítica, dado que este factor de virulencia es empleado de forma habitual en la industria piscícola de diversas regiones como marcadores de cepas virulentas, y la capacidad para secretar quitinasa por parte del microorganismo, dado que los crustáceos han sido demostrados con anterioridad como importantes reservorios de organismos potencialmente patógenos. Además, dado el creciente problema que supone para el medio ambiente el empleo de antimicrobianos y agentes quimioterapéuticos, se analizó de la capacidad para producir compuestos bioactivos por parte de Chlorella sp, ocho especies de macroalgas recolectadas en la costa de Málaga y de ocho especies bacterianas. Los resultados obtenidos permitieron confirmar la capacidad del aislado para degradar quitina, mientras que en el caso de la actividad hemolítica, los resultados fueron negativos para las condiciones experimentales del presente trabajo. Finalmente fueron obtenidos resultados bastante prometedores en el caso de los probióticos, en los que cinco de las cepas analizadas dieron lugar a halos de inhibición. Summary Solea senegalensis specimens were identified on a hatchery in southern Spain, which showed various symptoms such as ulcers on the upper body and an increase in the production of epithelial mucus. In the present study was carried out the isolation and characterization of the microorganism responsible. Among the factors that were analyzed are the hemolytic activity, since this virulence factor is used routinely in the aquaculture industry of various regions as markers of virulent strains, and the ability to secrete chitinase, since the crustaceans have been shown previously to be important reservoirs of potentially pathogenic organisms. Moreover, given the growing problem posed to the environment the use of antimicrobials and chemotherapeutic agents, we examined the ability to produce bioactive compounds by Chlorella sp, eight species of seaweed harvested off the coast of Malaga and eight bacterial species. The obtained results confirmed the ability to degrade chitin by the isolated, whereas in the case of hemolytic activity, the results were negative for the experimental conditions of this work. Finally, very promising results were obtained in the case of probiotics, in which five of the strains resulted in inhibition halos.TRANSCRIPT
Resumen
Especímenes de Solea senegalensis enfermos fueron identificados en una piscifactoría del
sur de España, los cuales mostraron diversos síntomas tales como úlceras en la parte
superior del cuerpo y mayor producción de mucus epitelial. En el presente estudio de
llevó a cabo el aislamiento y caracterización del microrganismo responsable. Entre los
factores que se analizaron se encuentran la actividad hemolítica, dado que este factor de
virulencia es empleado de forma habitual en la industria piscícola de diversas regiones
como marcadores de cepas virulentas, y la capacidad para secretar quitinasa por parte del
microorganismo, dado que los crustáceos han sido demostrados con anterioridad como
importantes reservorios de organismos potencialmente patógenos. Además, dado el
creciente problema que supone para el medio ambiente el empleo de antimicrobianos y
agentes quimioterapéuticos, se analizó de la capacidad para producir compuestos
bioactivos por parte de Chlorella sp, ocho especies de macroalgas recolectadas en la
costa de Málaga y de ocho especies bacterianas. Los resultados obtenidos permitieron
confirmar la capacidad del aislado para degradar quitina, mientras que en el caso de la
actividad hemolítica, los resultados fueron negativos para las condiciones experimentales
del presente trabajo. Finalmente fueron obtenidos resultados bastante prometedores en el
caso de los probióticos, en los que cinco de las cepas analizadas dieron lugar a halos de
inhibición.
Summary
Solea senegalensis specimens were identified on a hatchery in southern Spain, which
showed various symptoms such as ulcers on the upper body and an increase in the
production of epithelial mucus. In the present study was carried out the isolation and
characterization of the microorganism responsible. Among the factors that were analyzed are
the hemolytic activity, since this virulence factor is used routinely in the aquaculture industry of
various regions as markers of virulent strains, and the ability to secrete chitinase, since the
crustaceans have been shown previously to be important reservoirs of potentially pathogenic
organisms. Moreover, given the growing problem posed to the environment the use of
antimicrobials and chemotherapeutic agents, we examined the ability to produce bioactive
compounds by Chlorella sp, eight species of seaweed harvested off the coast of Malaga and eight
bacterial species. The obtained results confirmed the ability to degrade chitin by the isolated,
whereas in the case of hemolytic activity, the results were negative for the experimental
conditions of this work. Finally, very promising results were obtained in the case of probiotics, in
which five of the strains resulted in inhibition halos.
Vibrio harveyi, una amenaza para las piscifactorías del sur de la
Península Ibérica: caracterización y estrategias para combatirlo C. Gallardo, D.L. Márquez, J. Almagro, L. Cerón, A. Cruz, F. Codes, D. López, A. Alves, N. Perea, R. Gómez, J. Moreno,
M. Fontiveros, I. Pla.
Departamento de Microbiología, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga 29071
INTRODUCCIÓN
El lenguado senegalés, Solea senegalensis, es un pez plano de la familia de los Soleidos,
en el orden de los pleuronectiformes, el cual se distribuye por la costa Oeste africana y la
costa europea del Atlántico y Mediterráneo Occidental. Se trata de una especie de alto
valor comercial que tradicionalmente se ha cultivado de forma extensiva en España y
Portugal (Dinis et al., 1999).
El principal factor que limita en la actualidad el engorde del lenguado es la
incidencia de patologías de origen bacteriano, la mayoría de las cuales son oportunistas y
afectan igualmente a otras especies cultivadas. El control de estas enfermedades
normalmente se ha llevado a cabo mediante tratamientos químicos, lo que ha causado la
aparición de resistencias a los fármacos y diversos problemas ambientales derivados de la
liberación de estas sustancias en el medio acuático. Recientemente se han realizado
estudios sobre vacunación en el lenguado senegalés (Arijo et al., 2005), sin embargo, la
vacunación solo ha sido capaz de proteger a los peces durante un corto periodo de
tiempo. Debido a esto, la actividad acuícola demanda otras alternativas que permitan el
control de enfermedades y que, a la vez, sean respetuosas con el medio ambiente (García
de la Banda et al. 2010). .
Vibrio harveyi es una de las especies más frecuentemente aisladas de Vibrios
marinos, la cual ha sido asociada a enormes pérdidas de larvas juveniles de Peneidos y
muchas enfermedades oportunistas de peces marinos. V. harveyi ha sido también
asociado con epidemias en granjas de Senegalese sole (Zorrilla et al. 2003).A pesar de su
rol como importantes patógenos de organismos marinos, los mecanismos de
patogenicidad de V. harveyi aun no han sido completamente elucidados. Diversas
investigaciones han demostrado que existen diferencias significativas entre diferentes
aislados de V. harveyi en términos de patogenicidad, y han revelado que las proteasas, las
fosfolipasas, las hemolisinas y/o otras exotoxinas pueden tener papeles importantes.
Evidencias experimentales sugieren que las hemolisinas podrían ser uno de los factores
de mayor importancia en el desarrollo de las enfermedades (Iida and Honda 1997;
Shinoda 1999; Zhang and Austin 2005).
Los copépodos, rotíferos y artemias son usados como importantes fuentes
nutricionales para el cultivo de muchos organismos acuáticos y existen antecedentes de la
asociación de estos organismos con Vibrio. Por ejemplo, Vibrio tiene una relación de
simbiosis con organismos quitinosos, como los copépodos y numerosos estudios han
correlacionado la concentración de copépodos con el número de V. parahaemolyticus y
V. cholerae en el agua de mar (Lipp et al. 2003). La asociación de Vibrio con estos
organismos puede tener como consecuencia la transmisión de estas bacterias a larvas que
son alimentadas con ellos; así mismo, la superficie de otros crustáceos tales como
Panaeus podría actuar como reservorio de patógenos oportunistas tales como Vibrio
harveyi. (Leyton et Riquelme 2008).
Un aspecto llamativo es que la mayoría de los vibrios patógenos son
resistentes a antibióticos como oxitetraciclina, norfloxacina y ciprofloxacina debido al
uso frecuente de éstos en los sistemas de cultivo. Por ejemplo, recientemente se ha
demostrado una amplia resistencia de vibrios a los antibióticos comúnmente usados en
cultivos de camarón (Molina et al. 2002).
Lo anterior plantea la urgente necesidad de buscar alternativas al uso de
antibióticos para el control de patógenos. Una posibilidad es el uso de vibrionaceas
nativas no patógenas como potenciales probióticos y/o simbiontes actuando como agentes
de biocontrol en organismos de cultivos y así disminuir el uso de antibióticos y reducir
las descargas de efluentes tóxico al medio ambientes (Jayasree et al. 2006, Riquelme et
al. 2001). La terapia mediante el empleo de probióticos ofrece una alternativa adecuada
para el control de los patógenos, superándose de este modo las consecuencias adversas de
los agentes quimioterapéuticos y antibióticos.
Otra alternativa para la obtención de agentes antimicrobianos naturales puede ser
el empleo de algas, cuya habilidad para producir metabolitos secundarios de potencial
interés ha sido extensamente documentada (Scheuer , 1990). Existen numerosos estudios
sobre compuestos derivados de macroalgas con un amplio rango de actividades, tales
como antibióticos, antivirales, antitumorales y antinflamatorios, y cuyas estructuras
químicas incluyen esteroles, isoprenoides y otras moléculas relacionadas. A pesar de ello,
los estudios sobre producción de biocidas se refieren normalmente a un limitado número
de especies. Por otro lado, diversas especies de microalgas tales como Nannochloropsis
oculata o Chlorella sp. también han mostrado producir sustancias antibacterianas.
OBJETIVOS
El objetivo de este trabajo fue la identificación y caracterización del agente causal de una
enfermedad. Por otro lado también se pretendió evaluar in vitro el potencial
antimicrobiano de distintas cepas de probióticos, macroalgas y microalgas como posibles
alternativas al empleo de antibióticos y quimioterapéuticos. Finalmente, en el presente
estudio también tiene como objetivo analizar la capacidad quitinasa del microrganismo,
lo cual permitiría elaborar estrategias para evitar futuras reapariciones de la enfermedad
como consecuencia de su permanencia en el entorno en asociación con organismos
quitinosos.
MATERIAL Y MÉTODOS
Sistema de cultivo
.
Los peces procedían de un piscifactoría donde también se cultivaban dorada (Spartus
aurata) y langostino (Penaeus sp.). Los especímenes se cultivan en tanques con agua de
mar y con aireación, en condiciones de salinidad y temperatura similares a las
encontradas en el litoral de donde se extrae el agua para el mantenimiento de los peces.
Síntomas de la enfermedad
En algunos de los tanques donde se cultivan los lenguados se observaron altas tasas de
mortalidad (superiores al 75%). Los peces, en un principio perdieron el apetito,
empezaron a nadar erráticamente y finalmente, en menos de 24 horas, aparecieron
muertos en los tanques. Algunos de ellos presentaron úlceras en la parte superior del
cuerpo que afectaban a todo el epitelio, quedando al descubierto el tejido muscular. En la
mayoría de los casos no se observaron síntomas externos, si acaso una mayor producción
de mucus epitelial.
Aislamiento de la bacteria
.
Las muestras fueron tomadas del hígado y del riñón de uno de los individuos muertos
como consecuencia de la enfermedad, para lo cual se empleó un asa de platino y se
sembró en medio solido TSA (Tryptic soy agar) al 2% de NaCl, y en medio líquido TSB
(Tryptic soy broth) 2% de NaCl, incubándose a 22ºC. Las muestras sembradas en medio
sólido se realizaron en duplicado para cada órgano.
Caracterización fenotípica
.
Los fenotipos de los aislados fueron analizados, de forma independiente para cada
órgano, mediante el uso de las siguientes pruebas: tinción gram (las gram positivas
aparecen con coloración azul/púrpura, mientras que las gran negativas rosáceo/rojizo),
citocromo-oxidasa (pone de manifiesto la presencia de la enzima citocromo-oxidasa en el
microorganismo, la cual oxida a la dimetil-parafenilen-diamina (reactivo incoloro), dando
un producto coloreado, de forma que la aparición de color azul oscuro indica la existencia
del enzima citocromooxidasa, siendo en tal caso positivo), motilidad, test O-F (pone de
manifiesto si la utilización de los hidratos de carbono por parte de un microorganismo se
realiza por vía oxidativa o por vía fermentativa, que a pH ácido presenta color amarillo
,considerado positivo para la fermentación de la glucosa, mientras que a pH básico
presenta color azul y a pH neutro verde), crecimiento en agar TCBS (medio selectivo
para el aislamiento de bacterias del género Vibrio; el resultado positivo se asocia con la
presencia de colonias de color amarillo, lo cual indica que la bacteria es capaz de
metabolizar la sacarosa), arginina dihidrolasa, descarboxilación de la lisina y la ornitina
(los aminoácidos al perder el grupo carboxilo convierten en aminas que incrementan el
pH del medio y el indicador (púrpura del bromocresol) vira de amarillo a violeta, lo que
indica que el resultado es positivo), prueba Voges-Proskauer (su fundamento es ver si
fermenta la glucosa por la vía butanodioióica; si se observa coloración rosa-rojiza sería
positiva, y si se observa coloración amarilla sería negativa), test ONPG (prueba utilizada
para diferenciar los microorganismos fermentadores lentos de lactosa, de los no
fermentadores, de forma que el resultado positivo se manifiesta por colonias de color
amarillo), test del indol (mediante esta prueba se detecta la liberación de indol en un
cultivo bacteriano, la cual se debe a la degradación del aminoácido triptófano mediante
el enzima triptofanasa; si se observa un anillo de color rojo en la superficie del tubo será
positiva; en caso contrario si no se forma anillo sería negativa), producción de ácido a
partir de manitol (sirve para detectar si los microorganismos son capaces de fermentar el
manitol, liberando productos ácidos que serán detectados gracias al indicador rojo de
fenol que cambiará a color amarillo), y las actividades enzimáticas extracelulares
caseinasa, gelatinasa, lipasa y lecitinasa (permiten poner de manifiesto tales actividades
enzimáticas; los microorganismos son sembrados con un isopo, y si forman un halo
opaco alrededor de las zonas de siembra, el resultado es positivo). Los tests fueron
llevados a cabo de acuerdo con la metodología descrita por Smibert and Krieg (1981).
Por otro lado, para determinar los requerimientos de sal, las bacterias fueron cultivadas
en medio TSA al 0%, 6% y 8% de sal. Finalmente, las bacterias fueron cultivadas en
medio TSA al 1,5% a 4ºC y 37ºC para determinar la temperatura óptima de crecimiento.
Cabe destacar que todas, excepto las pruebas de la caseinasa, gelatinasa, lipasa,
lecitinasa, el crecimiento en medio TSBS y los cultivos para el estudio de los
requerimientos de sal , son pruebas líquidas, las cuales se sembraron mediante el empleo
del asa de platino esterilizado mediante llama. Por último también hay que apuntar que la
siembra de las placas correspondientes a las pruebas de la caseinasa, gelatinasa, lipasa,
lecitinasa y el crecimiento en medio TSBS se llevó a cabo mediante el empleo de un
hisopo estéril, sembrando en círculo en el centro de la placa, mientras que las placas para
es estudio de los requerimientos de sal se sembraron en estrías empleando el asa de
platino.
Determinación del grado de virulencia
Para llevar a cabo la determinación del grado de virulencia de la cepa de V. harveyi
aislada se procedió a resuspender la bacteria en tampón fosfato salino a una
concentración de 108 UFC/mL. Se inoculó 0,1 mL de la suspensión inicial, por vía
intraperitoneal, a 10 lenguados, 0,1 mL de una dilución 1/10 a otros 10 individuos, y por
último 0,1 mL de una dilución 1/100 de la suspensión bacteriana a otros 10 lenguados.
Pasados 15 días se contabilizaron el número de individuos muertos y se les tomó
muestras de hígado, riñón y úlcera.
Análisis de la capacidad hemolítica de V. harveyi
.
Para estudiar la capacidad hemolítica se recurrió al cultivo en agar sangre, cuya
composición fue cloruro sódico al 1% p/v, agar al 1,5% p/v y sangre de carnero al 5%.
v/v. Así pues, se preparó agar en PBS con 1% de NACL, tras lo cual se esterilizó durante
45 minutos a 121 ºC. Por otro lado se centrifugaron 2,5 mL de sangre de ternero durante
10 min a 2000 g. El precipitado recuperado se añadió en condiciones de esterilidad a la
solución estéril, tras lo cual fue vertida en placas de petri.
Una vez solidificados los medios las bacterias se cultivaron en cada placa empleando
para ello hisopos estériles. Finalmente las placas se dejaron incubar 24 h a 22ºC. En el
caso de que el resultado de la prueba fuera positivo debería aparecer un halo transparente
alrededor de las colonias a consecuencia de la lisis de los hematíes.
Análisis de la capacidad quitinasa .
Para el estudio de la capacidad quitinasa, en primer lugar se procedió a la purificación de
la quitina de acuerdo con la metodología propuesta por Acosta et al. (1993), partiendo de
de exoesqueleto de gambas (Parapenaeus longirostris). Como paso previo al proceso de
purificación, el exoesqueleto fue calentado a ebullición durante 10 minutos para eliminar
los compuestos orgánicos solubles y las proteínas superficiales asociadas. El
procedimiento empleado para la purificación de la quitina implica constó de dos etapas:
la desmineralización y la desproteinización. Para llevar a cabo la desmineralización los exoesqueletos fueron incubados con
HCL 1N a temperatura ambiente y a una proporción solido-solvente de 1:15 (w/v) bajo
continua agitación durante 2 horas. Posteriormente fueron lavados repetidamente con
agua destilada para neutralizar el exceso de ácido, y filtrados. Por otro lado, para llevar a
cabo la desproteinización se incubaron en 15% NaOH a 65ºC durante 3 h y a una
proporción sólido solvente 1:10 (w/v), después de lo cual fueron lavados con agua
destilada. .
La fracción obtenida (quitina purificada) fue pulverizada empleando para ello
nitrógeno líquido, y resuspendida en agua destilada. Finalmente, tras una centrifugación a
3000 g durante 10 min, el sobrenadante fue retirado y el precipitado liofilizado. La
cantidad total de quitina pura fue de 88 mg de quitina pura por gramo de exoesqueleto.
Una vez purificada la quitina se procedió a la preparación de 100 mL del medio de
cultivo base de acuerdo con Furukawa et al. (1978), el cual se modificó con peptonas
(Tabla 2).
Los 0,3 g de quitina obtenidos fueron resuspendidos en 10 mL de medio base,
tomándose otros 10 mL para preparar el control negativo. El medio estaba compuesto de
sulfato amónico 1 g/L, dihidrofosfato potásico 0,2 g/L, monohidrofosfato potásico 1,6
g/L, sulfato magnésico heptahidratado 0,2 g/L, cloruro sódico 0,1 g/L, sulfato de hierro
heptahidratado 0,01 g/L, cloruro cálcico heptahidratado y peptonas 15 g/L. El preparado
que contenía la quitina fue tratado por ultrasonido a 10 m de amplitud, dos ciclos de 30 s
a 50 Hzs y un ciclo de 30 s a 80 Hzs, empleando para ello un sonicador UP200S
Ultrasonic Processor. Tras ello se les añadió el agar a los medios, se esterilizaron durante
15 min a 121 ºC y se vertieron en placa. Finalmente las bacterias fueron cultivadas en
césped sobre la placa empleando para ello un hisopo estéril, y realizando en cada placa un
orificio central, incubándose a 22ºC durante 72h.
Producción de antimicrobianos por macroalgas
Las muestras de algas fueron recolectadas manualmente en el Faro de Calaburra
(36°30'23.03"N, 4°38'39.78"W) Málaga, España, durante el mes de abril de 2012,
habiéndose identificado ocho especies diferentes: Halopteris filicina, Cystorseira
tomerisufolia, Cladophora dalmática, Ulva rígida, Corallina officinalis, Osmundea
pinnatifida, Jania Rubens y Dictyota dichotoma.
Las algas fueron limpiadas de epifitos y conservadas en oscuridad durante 24 h. a
4ºC. El estudio de la capacidad de las algas recolectadas para inhibir la proliferación se
afrontó a través de dos estrategias: por un lado se analizó la capacidad de Dyctionta
dichotoma para inhibir la proliferación de V. harveyi en condiciones de co-cultivo, por
otro lado, la capacidad de la capacidad antimicrobiana del resto de las especies fue
evaluada in-vitro a través de la elaboración de extractos.
Estudio de co-cultivo: V. harveyi se resuspendió en solución salina a una concentración
aproximada 108 UFC/mL. Para la estimación de la concentración bacteriana se recurrió
al método de nefelometría de McFarland, de forma que tal densidad bacteriana se alcanzó
cuando la tonalidad del cultivo fue similar la tonalidad que se corresponde con un valor
de McFarland de 0,5. Seguidamente se añadió 0.2 mL de solución bacteriana a una
botella transparente con 200 mL de agua marina, al cual se le añadió posteriormente 4 g
de alga fresca. Por otro lado también se empleó otra botella transparente con 200 mL de
agua de mar la cual actuaría como control, añadiendo únicamente los 0,2 mL de solución
bacteriana.
La estimación de las bacterias cultivables se hizo mediante microtitulación en placa,
para lo cual se realizaron, tanto para la muestra control como para la muestra problema,
diluciones seriadas 1:10, desde -1 a -5, Una vez realizadas las diluciones, se dividieron
las placas en cuadrantes, y se colocaron en cada cuadrante 3 gotas de la misma dilución.
Este procedimiento se llevó a cabo por duplicado para cada muestra, dado que se
emplearon dos medios diferentes, TSBS (un medio selectivo para Vibrionaceas) y TSA
salino (un medio no selectivo para estimar las bacterias totales).
Finalmente tanto la muestra problema como la muestra control se dejaron
incubando durante 24-72 horas para realizar el recuento de colonias crecidas.
Estudio de los extractos: el análisis de la capacidad de los extractos de algas de inhibir
la proliferación de V. harveyi in-vitro se llevó a cabo de acuerdo con la metodología
propuesta por Gonzales del Val et al. (2001). Así pues, para la preparación de los
extractos de algas se procedió en primer lugar a su liofilización. Se procedió a la
obtención de extractos tanto hidrofóbicos como hidrofílicos.
Para la obtención de los extractos hidrofóbicos, 0,2 g de cada alga fueron
maceradas en 10 mL de acetona, hasta obtener una mezcla homogénea.
Posteriormente los extractos en acetona obtenidos fueron transferidos a discos de papel,
los cuales se dejaron secar para reducir el efecto tóxico del disolvente sobre las bacterias.
Finalmente los discos impregnados con los extractos se colocaron, dejando suficiente
espacio entre ellos, sobre placas de medio TSA salino en las que se habían sembrado las
bacterias en césped (4 discos por placa). Las placas se incubaron a 22 C durante 24 h,
dándose como resultado positivo la aparición de un halo de inhibición del crecimiento
bacteriano alrededor de los discos.
Para la obtención de los extractos hidrofílicos 0,2 g de cada alga fueron macerados
en 10 mL de solución salina hasta la obtención de una mezcla homogénea. En este caso
se recurrió a la inoculación por pocillos, para lo cual se realizaron cuatro orificios sobre
las placas de medio TSA salino en las que previamente se había sembrado V. harveyi en
césped, y se vertieron los extractos de las algas en los pocillos hasta rellenarlos. En todos
los casos las placas se dejaron incubar durante 24 horas a 22ºC.
Capacidad antimicrobiana de Chlorella
La microalga fue proporcionada por el Departamento de Ecología de la Universidad de
Málaga. Para analizar la capacidad de Chlorella para producir compuesto bioactivos que
pudieran inhibir la proliferación de V. harveyi se recurrió a la técnica de inoculación por
pocillos (Othman et al. 2010). Así, el primer paso fue estimación de la concentración de
Chlorella mediante el uso de una cámara de Neubauer, lo cual requirió que previamente
se diluyera 1:4 en lugol. El resultado de la valoración de la densidad celular del cultivo de
partida fue 5,04 · 107 células/mL.
Una vez estimada la concentración de Chlorella, el siguiente paso fue la preparación
de dos placas de medio TSA, sobre las que se sembró V. harveyi en césped.
Posteriormente a cada placa se le realizaron cuatro pocillos de 7 mm de diámetro
mediante el empleo de la punta de una pipeta Pasteur. Finalmente, se enrasaron los
pocillos de cada una de las placas, una con la solución de Chlorella sin romper y la otra
con la dilución de Chlorella tras ser lisada por ultrasonido a 10 m de amplitud 30 s a 50
hzs (sonicador UP200S Ultrasonic Processor). Ambas placas se incubaron durante 24
horas a 22ºC, dándose por resultado positivo la aparición de un halo de inhibición del
crecimiento de V. harveyi.
Producción de sustancias bioactivas por cepas probióticas
Las cepas potencialmente probióticas que se emplearon para realizar una selección según
su actividad antagonista frente a V. harveyi fueron: DCF 12.2.14/3 , DCF 12.1.14/3, DCF
12.10.14/3, DCF 12.4.14/3, DCF 12.9, P12.14/2, P15.14/3, Vibrio fisheri 14/3. Todas
ellas fueron proporcionadas por el Departamento de Microbiología de la Universidad de
Málaga.
Para llevar a cabo el estudio de la capacidad de los potenciales probióticos para
secretar compuestos bioactivos con actividad antimicrobiana se recurrió a la técnica de
inoculación por pocillos (Mette et al. 2004). Para ello inicialmente se procedió a inocular
en tubos de caldo de los cultivos primarios, dejándolos incubar durante 4 días. Una vez
obtenidos los cultivos se procedió a preparar las placas sobre las cuales se testarían los
probióticos. Para ello, en primer lugar se suspendió en 2 mL de solución salina un cultivo
de V. harveyi obtenido a partir de cultivo puro, hasta alcanzar un valor de 0,5 de turbidez
McFarland. A continuación, empleando un hisopo estéril se sembraron en césped placas
de agar TSAs para seguidamente practicar cuatro agujeros de 7 mm de diámetro en cada
una de ellas mediante el empleo de la boca de una pipeta Pasteur de vidrio. Finalmente en
los agujeros se depositaron las soluciones que contenían a los probióticos, realizando dos
réplicas de cada uno de ellos. Las placas se dejaron incubar durante 24 horas a 22ºC.
RESULTADOS
Caracterización fenotípica
Los resultados obtenidos en las pruebas bioquímicas llevadas a cabo para la
caracterización del microorganismo aparecen detallados en la tabla 3. A partir de ellos
fue posible concluir que tanto las bacterias aisladas del hígado como del riñón
pertenecían a la especie Vibrio harveyi.
Prueba Resultado
Tinción gram Gram negativas
Citocromo oxidasa Positivo Motilidad Positivo Test O/F Positivo Crecimiento en agar TCBS Positivo
Fermentación de la sacarosa Positivo Arginina dihidrolasa Negativo Descarboxilación de lisina Positivo Descarboxilación de ornitina Positivo Vogues-Proskauer Negativo Test ONPG Negativo Test del indol Positivo Test del manitol Positivo
Actividad caseinasa Positivo Actividad gelatinasa Positivo Actividad lipasa Positivo Actividad lecitinasa Positivo Crecimiento a 4 ºC No
crecimiento Crecimiento a 37 ºC Crecimiento Medio al 0% NaCl No
crecimiento
Medio al 6% NaCl Crecimiento Medio al 8% NaCl No
crecimiento
Tabla 3. Resultados de las pruebas bioquímicas
Determinación del grado de virulencia
Los resultados obtenidos tras la contabilización del número de individuos muertos a los
15 días de la inoculación de los individuos indicaron que, en el caso de la dilución
inicial, es decir, de 108
UFC/mL, la tasa de mortalidad fue del 90%, en el caso de los
individuos a los que se les inoculó 0,1 mL de dilución 1/10 la mortalidad fue del 60%,
mientras que a los que se les inoculó 0,1 mL de dilución 1/100 de la suspensión inicial la
tasa de mortalidad fue del 40%. De todos los individuos muertos, solo uno de los
especímenes de la dosis media y dos de la dosis baja presentaron úlceras en la piel.
En todos los casos se aislaron cultivos puros de V. harveyi, excepto en dos úlceras (una
de dosis media y otra de dosis baja), que no se aislaron microorganismo.
Para determinar el grado de virulencia del microorganismo representamos el
logaritmo de células inoculadas frente a la mortalidad (Figura 3). Una vez hallada la
ecuación de la recta fue posible calcular la el número de células correspondiente a una
mortalidad del 50%, obteniéndose un valor de DL50 de 1,4·104 UFC/g de pez.
Análisis de la capacidad hemolítica
Los resultados obtenidos fueron negativos tanto tras la inoculación durante 24 h a 22ºC
como tras la incubación adicional que se realizó a durante otras 24 h a 37ºC.
Figura 3. Representación del logaritmo de células inoculadas
frente al porcentaje de mortalidad.
Análisis de la capacidad quitinasa .
El resultado obtenido del ensayo realizado para contrastar la capacidad de V. harveyi para
degradar quitina fue positivo, apreciándose a las 72 horas de incubación un halo
marcadamente transparente en la placa, principalmente alrededor del orificio realizado
en el centro de la misma, lo cual es una manifestación de la degradación de las partículas
de quitina (Figura 1).
Producción de antimicrobianos por macroalgas
Estudio de co-cultivo de Dyctionta dichotoma
Los resultados obtenidos en la titulación a tiempo 0 de las bacterias llevada a cabo tras la
incubación durante 24 horas en medio TSA salino mostraron valores muy similares tanto
para la muestra problema como a la muestra control, obteniéndose densidades de 1'68 ·
105 UFC/mL y 2´54 · 10
5 UFC/mL respectivamente. En el caso de las placas en medio
TSBS sobre las que se sembraron las muestras a tiempo 0, no mostraron crecimiento
significativo a las 24 horas, con lo cual se las dejó incubando durante 24 hora más,
después de lo cual si se apreció crecimiento. Los resultados de la titulación fueron 2'98 ·
107 UFC/mL para la muestra problema y 2'53 · 105 UFC/mL para la muestra control.
Para analizar la evolución de la densidad celular de Vibrionaceas cultivables tanto en la
muestra problema como en la muestra control, se volvió a llevar a cabo la titulación en
medio TSBS tras la incubación de los co-cultivos 72 horas (Figura 2).
Los valores obtenidos fueron de 1,75 · 105 UFC/mL en el caso de la muestra
control y 4,33 · 106 UFC/mL para la muestra problema.
Figura 1. Resultados del ensayo de capacidad quitinasa. (A) Placa de medio básico enriquecida con quitina a tiempo 0.
(B) Placa de medio básico enriquecido con quitina a las 72 horas de incubación en la cual es posible distinguir regiones en las
que los gránulos de quitina han sido disueltos principalmente entorno a la región central.
Estudio de los extractos de macroalgas
Los resultados obtenidos correspondientes a la capacidad tanto de la fracción hidrofóbica
como a la fracción hidrofílica par a inhibir la proliferación de Vibrio harveyi fueron
negativos en todos los casos, no apareciendo halos de inhibición para ninguna los
extractos de algas testados.
Capacidad antimicrobiana de Chlorella
En cuanto a los ensayos de inhibición de proliferación de V. harveyi llevados a
cabo mediante la técnica de inoculación por pocillos, no se apreciaron halos de inhibición
ni en el caso de la incubación de las células de Chlorella intactas ni en el caso de los
extractos celulares tras 24 horas.
Producción de sustancias bioactivas por cepas probióticas
Tras 24 horas de incubación, cuatro de las cepas seleccionadas para llevar a cabo el
ensayo de inhibición de la proliferación resultaron positivas en cuanto a su capacidad
para interferir con el crecimiento de V. harveyi, dando lugar a halos de inhibición.
Concretamente las cepas fueron DFC 12.2, DCF 12.4, DCF 12.9 y DCF 12.10 (Figura 2).
Concentración
(Log UFC/mL)
Figura 2. Evolución de la densidad bacteriana a lo largo del tiempo en la muestra problema y la muestra
control.
DISCUSIÓN
La cepa aisladas a partir de los lenguados enfermos en este estudio fue identificada y
caracterizada como Vibrio harveyi, el cual ha sido descrito como el responsable de
enormes pérdidas en Penaeidos, habiendo también sido asociado a mortalidades de
doradas de individuos cultivados en piscifactorías (Austin and Zhang 2006)
De acuerdo con el resultado obtenido del valor de DL50 la cepa aislada en los
organismos de la piscifactoría puede considerarse como muy virulenta. Dado que
prácticamente todas las muestras tomadas de los organismos muertos fue aislado V.
harveyi en cultivo puro (salvo en dos muestras correspondientes a ulceras, en las cuales
no se aisló ningún microorganismo), es posible considerar, de acuerdo con los postulados
de Koch, que V. harveyi es el agente causal de la enfermedad. El hecho de que solo
algunos ejemplares, y solo en dosis bajas, presenten úlceras, puede ser debido a que,
dado que se trata de una cepa muy virulenta, la mayoría de los organismos mueren antes
de que de tiempo a manifestarse dicho síntoma causado por el estado patológico, por lo
que únicamente en organismos a los que se les inocula el microorganismo en dosis bajas,
y en los que la enfermedad se desarrolla a una velocidad menor, aparecen úlceras
superficiales.
La virulencia de la cepa aislada se corresponde con su capacidad de swarming, lo cual se
ajusta a la hipótesis propuesta por Zorrilla et al (2003), de acuerdo con la cual la
capacidad de swarming puede ser un marcador diferencial entre las cepas virulentas y las
no virulentas.
Las hemolisinas son ciertamente la toxina más producidas entre los Vibrios
patógenos, ejerciendo diversos roles en el proceso infectivo (Zhang y Austin 2000). La
hemolisina de V. harveyi (VHH) es un miembro de la ampliamente distribuida familia de
Diámetro (cm)
Figura 2. Media de los diámetros de los halos. Desviaciones estándar
como barras (n=2)
hemolisinas termoestables, y parece ser suficiente para la actividad hemolítica en
algunas, pero no en todas, las cepas de V. harveyi (Rattanama et al., 2012). De
confirmarse, los resultados obtenidos en este trabajo podrían tener una enorme
importancia en la práctica, dado que una de las estrategias empleadas frecuentemente en
la identificación de cepas patógenas de V. harveyi es llevar a cabo PCRs para el gen vhh
(Parvathi et al. 2009), con lo que sería necesario impulsar el desarrollo de estrategias
alternativas, dado que, de acuerdo con los resultados obtenidos en este estudio, la
actividad hemolítica no es un requisito necesario para considerar a una cepa como
altamente patógena. Sin embargo, la expresión de los genes VHH pueden ser
dependientes de la densidad de V. harveyi u otros factores ambientales (Parvathi et al.,
2009), con lo que no es posible confirmar que en la cepa estudiada los genes de la
hemolisina estén ausentes.
Otro factor que podría haber determinado que el resultado obtenido fuese negativo
es la especie de la cual se obtuvieron los eritrocitos, dado que la susceptibilidad a la lisis
varía enormemente entre unas especies y otras, siendo particularmente susceptibles los
eritrocitos de salmón y de conejo (Zhang and Austin, 2000). Por todo ello, a pesar de que
los resultados indican que la cepa de V. harveyi aislada es incapaz de secretar
hemolisinas, estudios adicionales son necesarios para confirmarlo.
Bien es conocida la capacidad de V. harveyi para establecer relaciones simbióticas
con organismos como el calamar (Eupyrmna scoloper) o los camarones (Penaeus
mergulensis) (Leyton y Riquelme 2008). Éstos y otros organismos quitinosos pueden
actuar como reservorio del patógeno, dando como resultado la aparición de episodios de
mortalidad repentina en organismos como el lenguado causados por la actividad de estos
patógenos oportunistas. Por esta razón, la confirmación de la capacidad de la cepa de V.
harveyi aislada puede ser determinante a la hora de prevenir futuras reapariciones de la
enfermedad. La importancia de los organismos con exoesqueleto como potenciales
reservorios de cepas patógenas viene apoyada por la caracterización en V. harveyi de más
de 10 enzimas diferentes con actividad quitinasa (Suginta et al. 2004). Por todo ello, una
de las estrategias que podrían adoptarse en las piscifactorías para prevenir la posible
aparición de nuevos brotes epidémicos es no emplear como fuente nutricional copépodos,
rotíferos o artemias, los cuales son comúnmente utilizados, ya que la asociación de
vibrios patógenos con estos organismos puede tener como consecuencia la transmisión de
estas bacterias a larvas que son alimentadas con ellos. Así mismo, debe evitarse el
contacto directo entre los lenguados y cualquier tipo de organismo quitinoso en las
piscifactorías.
Otro de los objetivos principales de este trabajo fue evaluar y comparar la habilidad
de diversos organismos para producir compuestos bioactivos frente a V. harveyi. En el
caso de las macroalgas, en estudios previos había sido detectada actividad antimicrobiana
de extractos de algunas de las especies testadas en este trabajo, como es el caso de
Halopteris filicina (Kolanjinathan et al. 2009, Taskin et al. 2007), Cystoseira
tomerisufolia (Abourriche et al. 2007), Ulva rigida (Tuney et al. 2006), Corallina
officinalis (Taskin et al. 2007), Osmundea pinnatifida (Rhimou et al. 2010, Afzal Rizvi
2010), Dictyota dichotoma (Christobel et al. 2011) o Jania Rubens (Taskin et al. 2007).
Sin embargo, en ninguno de dichos trabajos se comprobó la actividad de dichos
microorganismos frente a V. harveyi.
De acuerdo con los resultados obtenidos en este trabajo, ninguno de las especies
analizadas presenta compuestos con actividad antimicrobiana frente a V. harveyi, dado
que ni la exposición a los extractos de etanol y a los extractos en solución salida dieron
lugar a halos de inhibición. A pesar de ello son necesarios ensayos adicionales para
confirmar la ausencia de compuestos antimicrobianos en los extractos de las macroalgas
analizadas, ya que Choudhry et al. (20005) demostraron que aunque algunas cepas no son
sensibles a los extractos de algas, fracciones purificadas de tales extractos si pueden
mostrar actividad, lo cual puede ser debido a que la actividad antibacteriana se encuentre
enmascarada por la presencia de algunos compuestos inhibidores en los extractos, como
los observados por Sastry y Rao (1994). Así mismo, los métodos de extracción
empleados también pueden determinar el grado de susceptibilidad de V. harveyi, debido a
lo cual en futuras investigaciones sería necesario realizar los extractos con otros
disolventes tales como metanol, cloroformo o diclorometano. Otro factor que podría
determinar el resultado negativo obtenido es el haber mantenido las algas durante 24
horas a 4ºC en una botella de agua de mar, de forma que la situación de estrés ocasionada
podría haber afectado negativamente a la presencia de compuestos con actividad
antimicrobiana. Por esta razón sería necesario repetir el ensayo empleando especímenes
recién recolectados, para de este modo confirmar el resultado.
Además del análisis de la actividad antimicrobiana de los extractos de algas,
también se analizó la capacidad de Dyctiota dichotomade reducir el número de bacterias
al ser incubadas en co-cultivo. De entre todas las especies se eligió D. dichotoma debido
a que anteriormente había sido confirmada la capacidad antimicrobiana de dicha especie
sobre ciertas especies bacterianas por Salvador et al. (2007). De acuerdo con los
resultados, no es posible rechazar la hipótesis de que Dyctiota dichotoma actúe
reduciendo el número de bacterias, puesto que en los co-cultivos se registró un descenso
del 85,47% en el número de vibrios presentes en el medio (pasando de 2,98 · 107 a 4,33 ·
106), frente al descenso del 30% registrado en el control (desde 2,53 · 10
5 a 1,75 · 10
5).
Hasta la fecha han sido identificado hasta 12 compuestos volátiles de diversa naturaleza
en D. dichotoma mediante GC/MS, entre los que se encuentran hidrocarburos (n-
pentadecano), terpenos (beta-cubebeno, beta-ionone, dactilol y pachidictol A) o aldehidos
(miristaldehido, hexadecanal y (z)-13-hoxadecenal) , destacando de entre todos ellos el
pachidictol A, que constituye el 39,54% de los aceites esenciales (Demirel et al. 2009).
Sin embargo, es necesario llevar a cabo ensayos adicionales para confirmar la capacidad
de esta microalga para disminuir la concentración de V. harveyi del medio, ya que los
resultados de la titulación indicaron que junto con las algas se produjo la incorporación al
medio de cultivo de vibrios exógenos , algunos de los cuales podrían corresponder a V.
alginolíticus (cuya susceptibilidad frente a D. dichotoma ya ha sido confirmada por
estudios anteriores) , con lo que los resultados obtenidos corresponderían a un falso
positivo debido al afecto del alga sobre éste último, y no sobre V. harveyi. Así mismo,
sería necesario llevar a cabo un mayor número de réplicas para poder confirmar que los
resultados obtenidos son estadísticamente significativos. Por último, como en el caso de
los extractos, el mantener al macroalga durante 24 horas a 4ºC podría haber afectado a la
producción de antimicrobianos, por lo que sería recomendable repetir los ensayos
empleando especímenes frescos.
Los cultivos de fitoplancton son ampliamente empleados en la industria de la
acuicultura con una gran variedad de propósitos, denominándose "aguas verdes", debido
a los elevados niveles de especies fitoplanctónicas como Chlorella sp. que contienen
(Sharif y Eguchi 2011). En el presente trabajo se evaluó la capacidad de una cepa de
Chlorella sp. para inhibir la proliferación de V. harveyi, para lo cual se emplearon tanto
cultivos del microalga como extractos de la misma.
Los resultados obtenidos en placa indicaron que la cepa empleada, bajo las
condiciones de cultivo utilizadas, no produce sustancias con capacidad antimicrobiana
capaces de inhibir la proliferación e V. harveyi, dado que no se apreciaron halos de
inhibición tras 24 h de incubación. A pesar de ello, no es posible rechazar que Chlorella
sp. pueda ejercer un efecto positivo al ser añadidas a los tanques de acuicultura cuando es
empleado como "aguas verdes", dado que su influencia puede no venir determinada por
la producción de agentes antimicrobianos, sino por la liberación de otros compuestos
tales como dipéptidos cíclicos que actúen mimetizando a los AHC, afectando así a los
comportamientos regulados por quorum sensing de la bacteria, o través de la preferencia
de asimilación y competición por los nutrientes (Teplitski et al. 2004).
El empleo de probióticos ofrece una alternativa adecuada para el control de
patógenos en instalaciones acuícolas, salvando las consecuencias adversas resultantes del
empleo de agentes antibióticos y quimioterapéuticos. La actividad inhibitoria frente a los
patógenos o la competición por los nutrientes es un criterio importante para seleccionar
una cepa probiótica candidata (Balcázar et al. 2006). En el presente estudio 4 de las 8
cepas testadas exhibieron capacidad de síntesis de compuesto bioactivos antagonistas
frente a V. harveyi, dando lugar a halos de inhibición frente a los patógenos al ser testadas
mediante el método de inoculación por pocillos. El efecto antagonista de los probióticos
puede ser atribuido a la producción de compuestos bioactivos, los cuales difunden a
través del agar inhibiendo el crecimiento de V. harveyi. De entre todas las cepas testadas,
DCF 12.10 se postula como la más prometedora, dado que fue la que dio lugar a un
mayor halo de inhibición. Sin embargo, a pesar de los positivos resultados obtenidos, son
necesarios estudios adicionales para contrastar la utilidad in vivo de las cepas productoras
de sustancias bioactivas, dado que en ocasiones los probiontes han demostrado actuar
como patógenos frente al organismo hospedador (Mette et al. 2004). Así mismo es
necesario llevar a cabo estudios de la utilidad de tales microorganismos in-vivo, dado que
la producción de compuestos bioactivos con actividad antagonista frente a Vibrio harveyi
no es suficiente para confirmar su utilidad como probiótico, siendo necesario analizar,
entre otros factores, su capacidad para colonizar el tracto gastrointestinal del hospedador.
Por otro lado, identificar los mecanismos de acción a través de los que las cepas
potencialmente probióticas ejercen su acción también sería de gran utilidad a la hora de
desarrollar estrategias más eficientes de control de la enfermedad, dado que a pesar de
que en la última década han sido publicado un gran número de estudios sobre probióticos,
las limitaciones metodológicas y éticas de los estudios en animales han dificultado su
comprensión. En cuanto a las cepas que no han dado lugar a halos de inhibición, no es
posible desechar su posible utilidad como organismos probióticos, dado que su efecto
beneficioso puede venir dado por otros mecanismos, como son la competición por los
nutrientes o la estimulación del sistema inmunitario. Por último, el que no hayamos
observado inhibición en algunos de las cepas empleadas puede ser debido a que la masa
bacteriana inoculada en los pocillos no era idéntica en todos los casos, de modo que es
posible que la cantidad sembrada no fuera suficiente como para poder generar un halo de
inhibición.
CONCLUSIÓN
A pesar del elevado grado de virulencia mostrado por la cepa de V. harveyi aislada en
este trabajo, los resultados indican que el aislado no presenta actividad hemolítica. En el
caso de la capacidad quitinasa, los resultados obtenidos han permitido confirmar que el
aislado tiene capacidad de degradar este polisacárido.
Por su parte, en los estudios llevados a cabo para la identificación de estrategias
alternativas para la lucha contra el patógeno, es de destacar que el empleo de organismos
probióticos se ha mostrado como la estrategia más eficiente para combatir los brotes de
Vibrio harveyi ya existentes, habiéndose mostrado la cepa DFC 12.10 como la aspirante
más prometedora. La microalga Chlorella a la proliferación del microorganismo, ni en el
caso del co-cultivo del alga viva ni al ser sonicada. Finalmente, los resultados obtenidos a
partir de los ensayos llevados a cabo con los extractos de macroalgas han indicado que
ninguna de las siete especies analizadas produce compuestos bioactivos frente a
V. harveyi, al menos bajo las condiciones empleadas, mientras que el co-cultivo con
Dyctiota dichotoma si se ha revelado como una estrategia potencialmente eficaz.
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