Rompiendo la barrera del 20% de la soja en los piensos para peces

La línea de trucha mejorada tiene un buen crecimiento, sin enteritis distal

Después de 14 años de reproducción selectiva, la línea de trucha arco iris crece rápidamente con una dieta de soja y tampoco ocurre enteritis distal. El fenotipo de la trucha puede ser una herramienta para investigar más a fondo los mecanismos del crecimiento y la salud de los peces.

La barrera del 20% de la soja en el contenido de alimento para peces durante las últimas dos décadas ha obstaculizado el desarrollo de alimentos más sostenibles para muchas especies de peces de cultivo. Muchos artículos publicados describen los resultados de experimentos de alimentación a corto plazo que muestran que la harina de soja puede exceder el 20 por ciento en la alimentación de salmón, cobia, trucha, gallineta nórdica, besugo y cola amarilla. Sin embargo, alimentar con tales dietas por más tiempo que con fines comerciales a menudo da como resultado una reducción del crecimiento de los peces, una menor eficiencia alimenticia, un aumento de la mortalidad y enteritis distal.

Se han investigado varias líneas para investigar los factores responsables de la harina de soja de bajo rendimiento en el pescado, comenzando por evaluar los efectos de los antinutrientes sobre las proteínas de la soja, como los inhibidores de tripsina, lectinas, saponinas y carbohidratos insolubles. También se ha culpado al ácido fítico, una forma de fósforo depositado en las semillas, por reducir el rendimiento de los peces alimentados con soja. Aunque el ácido fítico no es en sí mismo un antinutriente, forma complejos insolubles con iones de calcio, que reducen la digestibilidad del zinc, causando una deficiencia condicional del salmón.

Otros estudios se han centrado en identificar nutrientes que carecen de componentes de proteína de soja en comparación con la harina de pescado, como colesterol, taurina, fósforo o oligoelementos, y enriquecer los alimentos de soya para aumentar sus niveles. Finalmente, la harina de pescado contiene esteroides androgénicos, a diferencia de la soja, que contiene sustancias similares a los estrógenos. Los esteroides androgénicos en la harina de pescado aumentan la tasa de crecimiento del salmón.

Direcciones de investigación fallidas

Figura 1: Portaobjetos histológicos de intestino distal grado 2 (izquierda) y grado 4 (derecha). En una fotografía de grado 4, observe el aumento de la inflamación, así como la expansión de la lámina propia y el aumento del número de células caliciformes en el epitelio.

La harina de pescado y la harina de soja son productos complejos que contienen cientos de compuestos biológicamente importantes. En el caso de los piensos compuestos, el enfoque habitual es garantizar que todos los nutrientes esenciales estén por encima de los requisitos nutricionales mínimos del pescado. En la práctica, esto significa complementar los suplementos de soja con DL-metionina.

Preparar el pienso de esta forma mejora el rendimiento de los peces, pero no para controlar el nivel de la dieta. De manera similar, mejora la preparación de alimentos a base de soja con aminoácidos adicionales para armonizar el patrón de aminoácidos de la harina de pescado, pero no para controlar el nivel de alimento.

La harina de soja también se puede pretratar con calor para inactivar los factores antinutricionales. El pretratamiento mejora el valor nutricional de la harina de soja, pero no lo suficiente para superar la reducción del crecimiento de los peces.

Estas líneas de investigación se han estudiado durante años en estudios de nutrición de peces, sin lograr resultados revolucionarios. Ya no se consideran los caminos prioritarios para la investigación que probablemente los alcancen.

Programa de cultivo de truchas

En 2001, el Servicio de Investigación Agrícola y la Universidad de Idaho lanzaron un programa selectivo de cría de truchas arco iris en la Estación Experimental Hagerman Fish Farm en Idaho, EE. UU. Concentrándose principalmente en el crecimiento y el uso de alimentos, el programa alimentó a la trucha arco iris con una dieta de proteínas a base de plantas.

Después de 14 años de reproducción selectiva, la línea de trucha seleccionada crece rápidamente cuando se alimenta con una dieta de soja que contiene todas las proteínas vegetales. Sin embargo, otro resultado notable del programa fue otra característica relacionada con la dieta de proteína vegetal a base de soja: la línea seleccionada no desarrolla enteritis distal. Estos resultados llevaron al equipo de investigación a utilizar un enfoque alternativo para estudiar la enteritis distal inducida por la soja a través del apoyo financiero a través del programa Soy Aquaculture Alliance.

La línea de trucha seleccionada tiene un fenotipo específico que puede usarse como una herramienta de investigación única para estudiar los mecanismos de desarrollo de la enteritis distal y otros aspectos del crecimiento y la salud cuando se combina con secuenciación de alto rendimiento y bioinformática avanzada.

Por primera vez, la dieta de harina de pescado no se consideró una dieta de control normal. Comparando las respuestas genéticas y fisiológicas de truchas seleccionadas con la dieta de truchas no seleccionadas cuando se alimentan con una dieta de proteína vegetal completa y alto contenido de soja, los mecanismos involucrados en la respuesta de la trucha a alimentos ricos en soja podrían explorarse de una manera completamente nueva.

Enteritis distal

Muchas especies de peces carnívoros tienen enteritis distal cuando se les alimenta con soja. Esta afección se puede describir mejor como un proceso inflamatorio, generalmente ubicado en la primera parte del intestino distal, que altera la estructura celular y la morfología de las vesículas intestinales. La incidencia y el grado de enteritis aumentan con el nivel de harina de soja y la duración del alimento.

En el caso de la trucha arco iris, la enteritis distal no siempre es evidente después de 12 semanas de alimentación, pero puede hincharse por completo después de 24 semanas. La gravedad de la enteritis distal se evalúa visualmente evaluando los portaobjetos histológicos utilizando un sistema de clasificación basado en pliegues mucosos, células caliciformes, vacuolas supranucleares, granulocitos eosinofílicos, mucosa subepitelial y lámina propia. Un criterio adicional para evaluar la gravedad de la enteritis distal son las células inflamatorias completas.

La figura 1 muestra cortes histológicos del intestino distal. La imagen de la izquierda muestra una muestra de nivel 2 y la segunda muestra un grado 4. En la foto de la Clase 4, observe el aumento de la inflamación y la dilatación tanto entre las criptas como debajo de la lámina propia. También hay una pérdida de vacuolas supranucleares en las células epiteliales y un mayor número de células caliciformes en el epitelio.

Secuenciación de alto rendimiento

El desarrollo de la tecnología de secuenciación de alto rendimiento ha cambiado la capacidad de los científicos para estudiar las diferencias genómicas, los cambios en la expresión génica global y el papel del microbioma en los seres humanos, el ganado, los animales de compañía y ahora los peces. El papel de la microbiota intestinal de los peces en la digestión y la resistencia a las enfermedades se ha estudiado recientemente. Los resultados indican que la microbiota intestinal está involucrada en procesos clave, incluido el metabolismo de los nutrientes, las respuestas inmunitarias innatas, la proliferación epitelial y el crecimiento y la salud general de los peces.

La secuenciación de próxima generación ha demostrado ser una herramienta muy poderosa para identificar todos los microorganismos presentes en una muestra basada en las secuencias genéticas únicas de una clase, género, familia o especie bacteriana. Los hallazgos iniciales de los autores que evaluaron la microbiota intestinal de peces seleccionados y no seleccionados en dietas basadas en dietas a base de plantas o harina de pescado mostraron cambios claros en las poblaciones microbianas relacionadas con la dieta, la cepa y la región intestinal.

Respuestas a una dieta alta en soja

En los Estados Unidos, el Instituto Hagerman de Investigación en Acuicultura en Idaho, Estados Unidos, ha estado realizando investigaciones durante varios años para caracterizar las respuestas de truchas seleccionadas y no seleccionadas a la dieta de soja. Los resultados preliminares confirmaron que la cepa de trucha arco iris seleccionada efectivamente se adaptó a la dieta de la soja y era claramente diferente de los peces selectivos, confirmando así el uso de esta línea genética como organismo modelo.

Las cepas de trucha seleccionadas y no seleccionadas diferían en su capacidad para crecer con una dieta de soja, y esta característica parece estar relacionada en parte con las diferencias en la eficiencia digestiva. Se encontraron diferencias en los niveles de aminoácidos en las venas porta de los peces después de una sola alimentación. También se encontraron diferencias en los patrones de aminoácidos plasmáticos de las muestras de la vena de la cola, lo que sugiere diferencias de tensión en el metabolismo de los aminoácidos en los tejidos periféricos y en el proceso poshepático.

La cepa seleccionada no mostró enteritis distal después de 28 semanas de dieta de soja, en contraste con la alta incidencia de enteritis en la cepa de trucha no seleccionada. Sorprendentemente, el examen histológico de muestras de tejido distal intestinal reveló una biopelícula que contenía coque en muestras de pescado sin ensamblar, mientras que no se encontró ninguna en muestras de tejido de la cepa seleccionada. Este hallazgo sugirió una asociación entre la comunidad microbiana del intestino de los peces, especialmente el microbioma asociado con la mucosa intestinal y la enteritis distal.

Perspectivas

La investigación en curso se centra actualmente en la integración de la detección de polimorfismo de un solo nucleótido, el análisis transcripcional y proteómico de tejidos individuales y los datos de cambio de la población microbiana con respuestas fisiológicas para determinar la dieta, el microbioma, el papel del huésped y sus interacciones en peces seleccionados para la alimentación de soja de plantas enteras.

El siguiente paso es identificar marcadores genéticos y fisiológicos en peces seleccionados alimentados con una dieta a base de soja asociados con resistencia a la enteritis distal, aumento de peso rápido y eficiencia proteica mejorada. Estos biomarcadores se utilizan para mejorar el rendimiento de las cepas comerciales de trucha arco iris. El resultado de este estudio conducirá a una nueva comprensión de cómo los peces seleccionados se adaptan a las dietas a base de soja.

Esta información facilita la selección acelerada de otras especies cultivadas e identifica especies microbianas específicas en la microbiota intestinal asociadas con una alta tolerancia a la soya y un mejor rendimiento de los peces, lo que puede conducir a candidatos para probióticos específicamente para alimentos con soya.

(Nota del editor: este artículo se publicó originalmente en la edición de julio / agosto de 2015 Defensor mundial de la acuicultura.)

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