Introducción

En México, aún son limitados los esfuerzos orientados a la protección, conservación y sobretodo al aprovechamiento de los microorganismos marinos para resolver problemas importantes en la producción segura de alimentos y la generación de riqueza. En la Península de Baja California, ha existido una fuerte actividad de conservación y aprovechamiento de los recursos naturales por parte de la sociedad, gobierno y científicos. Sin embargo, a pesar de tener la mayor extensión de litoral del país, los esfuerzos para la búsqueda y aprovechamiento de microorganismos marinos han sido escasos, en especial en los ambientes considerados “Extremos”. Por lo tanto, este proyecto se orientó en conservar este tipo de recursos y aprovecharlos como insumo biotecnológico innovador y competitivo para mejorar la producción de alimentos seguros de origen agrícola, pecuario y acuícola del país.

Objetivos

El objetivo del proyecto es preservar y aprovechar microorganismos marinos de ambientes extremos del Golfo de California (Bahía Concepción) y del Océano Pacífico (Laguna Ojo de Liebre) para mejorar la salud en sistemas de producción pecuaria, acuícola y agrícola en México mediante el control de patógenos importantes.

Materiales y métodos

Con el fin de ampliar las colecciones microbianas de ambientes marinos extremos de la región, se realizaron muestreos programados (2015 y 2016) para la búsqueda de microorganismos (1) en los vasos concentradores de salmueras (4 – 37% salinidad) de la Salinera “Exportadora de Sal” (Océano Pacífico, Guerrero Negro, BCS) y (2) en las ventilas hidrotermales del Volcán de la Tres Vírgenes en Bahía Concepción (temperaturas de hasta 55°C) (Golfo de California, BCS, México). A partir de las muestras recolectadas, se llevó a cabo el aislamiento en los medios selectivos para microorganismos (bacterias, levaduras, hongos, microalgas y fagos). Los microorganismos aislados se criopreservaron a -80°C como aislamientos primarios. Posteriormente, se evaluó in vitro el potencial de los microorganismos aislados como productores de compuestos antimicrobianos, inmunoestimulantes y promotores del crecimiento. Las pruebas realizadas in vitro fueron rápidas y directas, lo que permitió tamizar las actividades biológicas para la selección de cepas con mayor potencial para ser evaluadas en modelos animales (caprinos, peces y camarones) y vegetales (plantas). Para la evaluación in vivo se utilizó el modelo de infección empleando Escherichia coli (Agente causal de colibacilosis en caprinos neonatos), Vibrio parahaemolyticus (agente causal de vibriosis en cultivos de peces y camarones, y gastroenteritis en humanos) y Clavibacter michiganensis subsp. michichanenesis (agente causal del cáncer bacteriano en tomate). Con base en los análisis anteriores, los microorganismos fueron identificados. Adicionalmente, la citotoxicidad ó bioseguridad de los microorganismos y/o sus biomoléculas se analizó en leucocitos de ratón, caprino y pez. De todos los resultados del proyecto, se desarrollaron experimentos vinculados con una empresa del sector acuícola.

Resultados y Discusión

Como primer resultado relevante, la colección de microorganismos marinos de CIBNOR se amplió a 620 cepas de bacterias, 4 levaduras, 2 microalgas, 2 cianobacterias y 23 hongos marinos (Figura 1).Otros resultados relevantes incluyen el efecto de levaduras sobre la salud animal y la resistencia hacia patógenos en animales y plantas. Las levaduras aisladas pertenecen a la familia Dipodascaceae (Yarrowia lypolytica), Agaricostilbaceae (Sterigmatomyces halophilus) y Saccharomycetaceae (Kluyveromyces lactis). Además, el CIBNOR ya cuenta con cepas de Debaryomyces hansenii (Saccharomycetaceae) que también se evaluaron. Para el sector pecuario, las levaduras D. hansenii y Y. lipolytica o sus glucanos (substancias que forman la pared de las levaduras) estimularon respuestas inmunes en caprinos, lo que promovió un aumento en la resistencia contra la infección por E. coli (el agente causal de la colibacilosis). La estimulación de leucocitos de sangre periférica de caprinos con D. hansenii CBS 8339 aumentó significativamente la viabilidad celular (50%) después del reto patogénico con E. coli respecto al control (19.6%). Además, se observó un aumento del 34.7% y 30.8% (p<0.05) en la viabilidad de leucocitos estimulados con los β-glucanos de las cepas D. hansenii CBS 8339 y Y. lipolytica N6, respectivamente, después del reto con el patógeno comparando con el control (19.7%).

Fig. 1. Microorganismos aislados de ambientes extremos de la Península de Baja California (BCS) para su aprovechamiento biotecnológico en sistemas de producción pecuaria, acuícola y agrícola.

Para el sector acuícola, en postlarvas de camarón Litopenaeus vannamei se observó una protección del 92% (supervivencia) contra el reto con V. parahaemolyticus por la administración oral de Y. lipolytica y D. hansenii. En peces (Huachinango del Pacífico, Lutjanus peru), la estimulación de células del sistema inmune con Y. lipolytica aumentó la protección (viabilidad celular, 27%) y disminuyó (14-25%) de la carga de V. parahaemolyticus. Además, en el pez Dorada (Sparus aurata), la suplementación con S. halophilus, en dosis 0.55% y 1.1% de la dieta, redujo significativamente los daños histopatológicos en intestino e hígado comparado con el grupo control después del reto con V. parahaemolyticus. De la misma manera, la suplementación con K. lactis en la dorada aumentó la viabilidad de células del sistema inmune en un 95% después del reto con V. parahaemolyticus comparado con el grupo sin suplementación. Por otro lado, la estimulación de células del sistema inmune del Huachinango con β-glucano aislado de S. halophilus protegió el 90% de las células frente al reto con el patógeno Aeromonas hydrophila. Para el sector agrícola, la levadura D. hansenii controló el crecimiento y la producción de toxinas de hongos fitopatógenos en el grano de maíz destinado a la alimentación animal y humana. Esta levadura casi inhibió (97.2 – 98.3%) el crecimiento de Aspergillus sp, F. proliferatum y F. subglutinans. Además, su administración redujo la producción de fumonisinas de F. subglutinans en un 59.8% sin afectar la composición nutritiva del grano de maíz. Por otra parte, con bacterias aisladas de ambientes marinos, se seleccionaron 100 cepas para evaluar la inducción de resistencia en plantas de tomate contra la bacteria patógena Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm). Cinco bacterias del género Bacillus y Ochrobactrum lograron reducir hasta en un 80% la aparición de signos de daño por Cmm en plántulas de tomate (Figura 2).

Fig. 2. Actividad antimicrobiana in vitro de bacterias marinas aisladas de ambientes extremos de la Península de Baja California (BCS) contra Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm), el agente causal del cancer bacteriano en plantas de tomate.

Finalmente, las pruebas de citotoxicidad ó bioseguridad indicaron que los microorganismos y sus glucanos utilizados son inocuos (viabilidad celular 80-100%) a las dosis evaluadas, siendo una de las pruebas fundamentales para que puedan ser utilizados en cualquier sector productivo.

Conclusiones

El proyecto ha permitido (1) la identificación de microorganismos aislados de ambientes marinos con propiedades antimicrobianas, probióticas e inmunoestimulantes para plantas y animales de importancia productiva; (2) el acercamiento con empresas y la solicitud de una patente; y (3) sentar las bases para futuros proyectos de aprovechamiento de microorganismos aislados de ambientes marinos de Baja California Sur para el combate de patógenos que afecta la producción de alimentos.