6.3 Consideraciones de bioseguridad para la seguridad alimentaria y el control de patógenos

6.3.1 Seguridad Alimentaria

Una buena inocuidad de los alimentos y garantizar el bienestar de los animales son prioritarios para obtener apoyo público a la acuapónica. Una de las cuestiones más frecuentes planteadas por los expertos en seguridad alimentaria en relación con la acuapónica es el riesgo potencial de contaminación con patógenos humanos cuando se utilizan efluentes de peces como fertilizante para plantas (Chalmers 2004; Schmautz et al. 2017). Una reciente búsqueda bibliográfica para determinar los riesgos zoonóticos en acuapónica concluyó que los patógenos en el agua contaminada de ingesta, o los patógenos en los componentes de los piensos procedentes de animales de sangre caliente, pueden asociarse a la microbiota intestinal de los peces, que, aunque no sea perjudicial para los propios peces, puede potencialmente pasar la cadena alimentaria a los seres humanos (Antaki y Jay-Russell 2015). Por lo tanto, los mecanismos de introducción de patógenos en un sistema acuapónico son motivo de preocupación, con la fuente más probable de coliformes fecales u otras bacterias patógenas derivadas de los insumos de piensos a los peces. Desde una perspectiva biológica, existe el riesgo potencial de que estos patógenos proliferen en biofiltros o, en sistemas de un bucle, introduciendo patógenos transportados por el aire de los componentes de las plantas abiertas de vuelta a los tanques de peces. Aunque los riesgos de bioseguridad son bajos en el espacio ambiental relativamente cerrado de un sistema acuapónico — en comparación, por ejemplo, con la acuicultura en estanques abiertos — y son aún más bajos en el sistema acuapónico desacoplado en el que se pueden aislar porciones del sistema, todavía existe la percepción de que los lodos de peces podrían ser potencialmente peligroso cuando se aplica a plantas para el consumo humano. Escherichia coli (E. coli) es un patógeno entérico humano que causa enfermedades transmitidas por los alimentos que ha sido una preocupación fundamental en relación con el uso de residuos animales como fertilizante en la agricultura o la acuicultura, por ejemplo, sistemas integrados de peces porcinos (Dang y Dalsgaard 2012). Sin embargo, generalmente no se considera que presente un riesgo en acuapónica de peces y plantas. Por ejemplo, Moriarty et al. (2018) demostraron anteriormente que el tratamiento con radiación UV puede reducir con éxito el E. coli, pero también señalaron que los coliformes detectados en el sistema acuapónico estaban en niveles de fondo y no proliferaban en los caminos de rodadura de peces o en la lechuga cultivada hidropónica dentro del sistema experimental, por lo que no presentó un riesgo para la salud. La investigación sobre estos aspectos es limitada, pero algunos estudios preliminares han encontrado riesgos muy bajos de contaminación coliforme, por ejemplo, al no mostrar diferencias en los niveles de coliformes con respecto a los tratamientos de agua RAS esterilizados y no esterilizados aplicados a las plantas (Pantanella et al. 2015). A pesar de que existe un riesgo potencial de internalización de los microbios dentro de las hojas de las plantas, y por lo tanto su transmisión a las porciones consumidas de algunas plantas de hoja comestibles cultivadas en acuapónica, otros estudios han llegado a conclusiones similares de que los riesgos son mínimos de introducir patógenos (Elumalai et al. 2017).

Sin embargo, la gestión de los riesgos, o, lo que es más importante, la gestión de las percepciones de esos riesgos, sigue siendo una alta prioridad para las autoridades gubernamentales y los inversores en acuapónica. Se supone que el control de calidad de los insumos de piensos y el manejo cuidadoso de los desechos de peces y peces pueden limitar la mayoría de estas preocupaciones potenciales (Fox et al. 2012). De hecho, actualmente no se han notificado incidentes conocidos de salud humana en relación con el sistema acuapónico, y esto puede ser una función del hecho de que las instalaciones de RAS y los invernaderos hidropónicos suelen tener buenas medidas de bioseguridad, incluidas prácticas de higiene y cuarentena que son rigurosamente observada. Se han evaluado las prácticas microbiológicas recomendadas para la bioseguridad para diferentes sistemas de producción acuícola y se han formulado recomendaciones en las directrices de Puntos Críticos de Control de Análisis de Peligros, un sistema internacional para controlar la inocuidad de los alimentos (Orriss y Whitehead 2000). Sin embargo, sigue siendo necesaria una mejor documentación científica de los riesgos de transferencia de patógenos a los seres humanos, y una investigación directa sobre la gestión en esta esfera de la producción acuapónica.

6.3.2 Patógenos de peces y plantas

Existe literatura específica sobre acuicultura, hidropónica y bioingeniería que puede ayudar a informar y mejorar el rendimiento microbiano en acuapónica. Por ejemplo, las comunidades microbianas cumplen una amplia gama de funciones importantes en la salud de los peces, incluyendo desempeñar un papel clave en la digestibilidad y asimilación de los piensos, así como en la inmunodulación, y estas funciones, así como el papel de los probióticos en la mejora de los sistemas acuícolas, están bien revisadas (Akhter et al. 2015). También está bien cubierto el papel de los microbios en los sistemas RAS, incluido el manejo microbiano de los biofiltros, así como la investigación sobre el control de patógenos, así como diversas técnicas para controlar los sabores desagradables derivados de los sistemas RAS (Rurangwa y Verdegem 2015). Del mismo modo, los microbios en la rizosfera de las plantas son importantes para el enraizamiento y el crecimiento de las plantas (Dessaux et al. 2016), pero también para controlar la propagación de patógenos en la producción de plantas hidropónicas; estas áreas están bien exploradas en una reciente revisión de Bartelme et al. (2018). Sin embargo, todavía hay una comprensión muy limitada de los vínculos en el microbioma entre los compartimentos del sistema acuapónico, conocimiento que es crucial para maximizar la productividad y reducir la transferencia de patógenos.

La proliferación de patógenos oportunistas que son peligrosos para los peces o la sanidad vegetal son consideraciones importantes en la economía de las operaciones acuapónicas, dado que cualquier uso de antibióticos o desinfectantes puede tener un efecto potencialmente perjudicial sobre la función del biofiltro, así como desestabilizador microbiano relaciones en otros compartimentos del sistema. Los protocolos de desinfección comúnmente utilizados en RAS incluyen el tratamiento del agua con luz ultravioleta (Elumalai et al. 2017), que, combinado con ozono (y generalmente una combinación de ambos), comprende un enfoque abiótico de primera línea para mantener la calidad del agua. Los huevos/larvas de pescado también se ponen a menudo en cuarentena antes de ser introducidos, y cualquier agua de ingesta se trata, reduciendo así las fuentes potenciales directas de entrada de patógenos de peces en el sistema.

Por lo general, el agua entrante a RAS también se permite «madurar» en biofiltros antes de ser alimentada en el sistema de recirculación. Los experimentos, por ejemplo, han demostrado que inocular un pre-biofiltro con una mezcla de bacterias nitrificantes, y «alimentarlo» con materia orgánica hasta que las poblaciones bacterianas coincidan con la capacidad de carga de los acuarios, significa que el agua del tanque de cría es menos probable que sea inestable y superada por bacterias oportunistas (Attramadal et al. 2016; Rurangwa y Verdegem 2015). Sin embargo, si los patógenos se vuelven problemáticos, a veces puede ser necesario utilizar tratamientos UV, ozono, químicos o antibióticos de dosis altas, aunque este uso suele ser perjudicial para otros compartimentos del sistema, especialmente para los biofiltros (Blancheton et al. 2013). De hecho, dependiendo de la dosis y la ubicación dentro del sistema, los tratamientos no selectivos para patógenos pueden favorecer la proliferación de oportunistas. Por ejemplo, los altos niveles de tratamiento con ozono no sólo mata bacterias, protistas y virus, sino que también oxida la DOM y afecta a la agregación de POM, ejerciendo así una presión de selección sobre las poblaciones bacterianas (ibíd.).

En el capítulo 14 se incluye un análisis detallado de los patógenos vegetales en el sistema acuapónico y su control, por lo que no se reitera aquí. Sin embargo, vale la pena señalar que las especies de Bacillus se utilizan rutinariamente como probióticos comerciales en la acuicultura, y hay evidencia creciente de que especies similares de Bacillus también son efectivas para plantas, que ya están disponibles en algunas soluciones de probióticos hidropónicos comerciales (Shafi et al. 2017). Un estudio reciente ha ampliado estos estudios sobre Bacillus para incluir la experimentación en sistemas acuapónicos (Cerozi y Fitzsimmons 2016b). El lugar donde se introducen los probióticos — en los peces, las plantas o los biofiltros — puede ser importante, pero no queda claro en el trabajo existente si la adición de probióticos en el componente de pescado, con posibles beneficios para los peces, también tiene mejores efectos sobre el crecimiento y la salud de las plantas en relación con la adición de niveles similares de probióticos directamente al compartimento hidropónico.

Además de los probióticos de aplicación estándar, hay una variedad de técnicas innovadoras para el biocontrol que en el futuro pueden ser cada vez más valiosas para reducir la presencia y proliferación de microbios dañinos. En un estudio reciente, se seleccionaron aislamientos bacterianos a partir de un sistema acuapónico establecido en función de su capacidad para ejercer efectos inhibitorios tanto sobre patógenos fúngicos de peces como vegetales. El objetivo fue cultivar estos aislamientos como inóculos que posteriormente pudieran actuar como controles biológicos para enfermedades dentro de ese sistema acuapónico (Sirakov et al. 2016). Por ejemplo, Sirakov et al. demostraron que un Pseudomonas sp. que aislaron fue eficaz como biocontrol para los hongos patógenos Saprolegnia parasitica de peces y Pythium ultimum de plantas. Los investigadores también informaron de la inhibición in vitro de una variedad de otros aislamientos bacterianos de los diferentes compartimentos acuapónicos, pero sin probar sus efectos in vivo. El potencial de utilizar tales aislamientos como controles biológicos no es nuevo, pero las aplicaciones de las técnicas NGS pueden ahora revelar más información sobre las interacciones de dichos aislamientos entre sí y con posibles patógenos, lo que permite optimizar la eficacia de la entrega. El uso de otras técnicas «ómicas» podría ayudar a revelar la estructura general de la comunidad y las funciones metabólicas asociadas, y comenzar a dilucidar qué organismos y funciones son más beneficiosos. En el futuro, tales técnicas podrían permitir la selección de «cepas auxiliares» dentro de las comunidades microbianas, o la identificación de exudados que tienen efectos antimicrobianos (Massart et al. 2015).