6.3 Considerazioni sulla biosicurezza per la sicurezza alimentare e il controllo degli agenti patogeni

6.3.1 Sicurezza alimentare

Una buona sicurezza alimentare e garantire il benessere degli animali sono priorità elevate per ottenere il sostegno pubblico all’acquaponica. Uno dei problemi più frequenti sollevati dagli esperti di sicurezza alimentare in relazione all’acquaponica è il potenziale rischio di contaminazione da agenti patogeni umani quando si utilizzano gli effluenti di pesce come fertilizzante per le piante (Chalmers 2004; Schmautz et al. 2017). Una recente ricerca in letteratura per determinare i rischi zoonotici nell’acquaponica ha concluso che gli agenti patogeni nell’acqua di aspirazione contaminata, o agenti patogeni nei componenti di mangimi originari di animali a sangue caldo, possono diventare associati a microbiota intestinale di pesce, che, anche se non dannosi per i pesci stessi, possono potenzialmente essere abbandonato la catena alimentare agli esseri umani (Antaki e Jay-Russell 2015). I meccanismi di introduzione di agenti patogeni in un sistema acquaponico sono quindi preoccupanti, con la fonte più probabile di coliformi fecali o di altri batteri patogeni derivanti dall’immissione di mangimi nei pesci. Dal punto di vista biologico, vi sono potenziali rischi di proliferazione di questi agenti patogeni nei biofiltri o, nei sistemi a ciclo singolo, mediante l’introduzione di agenti patogeni trasportati dall’aria dai componenti delle piante aperte nelle vasche ittiche. Sebbene i rischi di biosicurezza siano bassi nello spazio ambientale relativamente chiuso di un sistema acquaponico — rispetto ad esempio all’acquacoltura di stagni aperti — e siano ancora più bassi nel sistema acquaponico disaccoppiato in cui alcune parti del sistema possono essere isolate, vi è ancora la percezione che i fanghi di pesce possano essere potenzialmente pericoloso se applicato a piante destinate al consumo umano. Escherichia coli (E. coli) è un agente patogeno enterico umano che causa malattie di origine alimentare che è stato una preoccupazione fondamentale per quanto riguarda l’uso dei rifiuti animali come fertilizzante in agricoltura o acquacoltura, ad esempio sistemi integrati di pesci suini (Dang e Dalsgaard 2012). Tuttavia, in genere non si ritiene che presenti un rischio nell’acquaponica delle piante ittiche. Ad esempio, Moriarty et al. (2018) hanno precedentemente dimostrato che il trattamento con radiazioni UV può ridurre con successo E. coli, ma ha anche osservato che i coliformi rilevati nel sistema acquaponico erano a livelli di fondo e non proliferano nelle piste di pesce o nella lattuga coltivata idroponicamente all’interno del sistema sperimentale, e quindi non ha presentato un rischio per la salute. La ricerca su questi aspetti è limitata, ma alcuni studi preliminari hanno rilevato rischi molto bassi di contaminazione da coliformi, ad esempio, non mostrando alcuna differenza nei livelli di coliformi rispetto ai trattamenti delle acque RAS sterilizzati e non sterilizzati applicati alle piante (Pantanella et al. 2015). Anche se esiste un potenziale rischio di internalizzazione dei microbi all’interno delle foglie delle piante, e quindi la loro trasmissione alle porzioni consumate di alcune piante a foglia commestibili coltivate in acquaponica, altri studi sono giunti a conclusioni analoghe secondo cui i rischi sono minimi di introdurre potenzialmente pericolosi patogeni (Elumalai et al. 2017).

Tuttavia, la gestione dei rischi, o soprattutto la gestione delle percezioni di tali rischi, rimane una priorità elevata per le autorità governative e gli investitori acquaponici. Si presume che il controllo di qualità degli input di mangimi e l’attenta gestione dei rifiuti di pesce e pesce possano limitare la maggior parte di queste potenziali preoccupazioni (Fox et al. 2012). In effetti, attualmente non sono stati segnalati incidenti noti per la salute umana in relazione al sistema acquaponico, e questo può essere dovuto al fatto che le strutture RAS e le serre idroponiche in genere dispongono di buone misure di biosicurezza, comprese le pratiche igieniche e di quarantena che sono rigorose osservato. Le pratiche microbiologiche raccomandate per la biosicurezza sono state valutate per diversi sistemi di produzione dell’acquacoltura e raccomandazioni formulate nelle linee guida dei punti critici di controllo, un sistema internazionale per il controllo della sicurezza alimentare (Orriss e Whitehead 2000). Tuttavia, sussiste ancora la necessità di una migliore documentazione scientifica dei rischi per i trasferimenti di agenti patogeni all’uomo e di una ricerca diretta sulla gestione in questo settore della produzione acquaponica.

6.3.2 Patogeni di pesci e piante

Esiste una letteratura specifica per la disciplina in acquacoltura, idroponica e bioingegneria che può aiutare a informare e migliorare le prestazioni microbiche in acquaponica. Ad esempio, le comunità microbiche svolgono un’ampia gamma di funzioni importanti per la salute dei pesci, tra cui svolgere un ruolo chiave nella digeribilità e nell’assimilazione dei mangimi, nonché nell’immunodulazione, e queste funzioni e il ruolo dei probiotici nel potenziare i sistemi di acquacoltura sono ben riesaminati (Akhter et al. 2015). In particolare, il ruolo dei microbi nei sistemi RAS è ben coperto, tra cui la gestione microbica dei biofiltri, la ricerca sul controllo degli agenti patogeni, nonché varie tecniche di controllo dei dissapori derivanti dai sistemi RAS (Rurangwa e Verdegem 2015). Allo stesso modo, i microbi presenti nella rizosfera delle piante sono importanti per il radicamento e la crescita delle piante (Dessaux et al. 2016) ma anche per il controllo della diffusione di agenti patogeni nella produzione di piante idroponiche; queste aree sono ben esplorate in una recente recensione di Bartelme et al. (2018). Tuttavia, vi è ancora una comprensione molto limitata dei collegamenti nel microbioma tra i compartimenti del sistema acquaponico, conoscenza che è fondamentale per massimizzare la produttività e ridurre il trasferimento di agenti patogeni.

La proliferazione di agenti patogeni opportunistici pericolosi per la salute dei pesci o delle piante sono considerazioni importanti nell’economia delle operazioni acquaponiche, dato che qualsiasi uso di antibiotici o disinfettanti può avere un effetto potenzialmente dannoso sulla funzione dei biofiltri, oltre che sulla destabilizzazione microbica relazioni in altri compartimenti del sistema. I protocolli di disinfezione comunemente utilizzati nel RAS includono il trattamento dell’acqua con luce ultravioletta (Elumalai et al. 2017), che, in combinazione con l’ozono (e di solito una combinazione di entrambi), comprende un approccio abiotico di prima linea per mantenere la qualità dell’acqua. Anche le uova di pesce/larve vengono spesso messe in quarantena prima di essere introdotte e tutte le acque di aspirazione trattate, riducendo così le potenziali fonti dirette di ingresso di agenti patogeni del pesce nel sistema.

Anche l’acqua in entrata al RAS è generalmente autorizzata a «maturare» nei biofiltri prima di essere immessa nel sistema di ricircolo. Gli esperimenti, ad esempio, hanno dimostrato che inoculare un pre-biofiltro con una miscela di batteri nitrificanti e «alimentarlo» con sostanza organica fino a quando le popolazioni batteriche non corrispondono alla capacità di carico degli acquari, significa che l’acqua del serbatoio di allevamento è meno probabile che sia instabile e superata da batteri opportunistici (Atramadal et al. 2016; Rurangwa e Verdegem 2015). Tuttavia, se gli agenti patogeni diventano problematici, talvolta può essere necessario l’uso di trattamenti UV, ozono, chimici o antibiotici ad alta dose, anche se tale uso è generalmente dirompente per altri comparti del sistema, in particolare per i biofiltri (Blancheton et al. 2013). Infatti, a seconda della dose e della posizione all’interno del sistema, i trattamenti non selettivi per gli agenti patogeni possono effettivamente favorire la proliferazione degli opportunisti. Ad esempio, elevati livelli di trattamento con ozono non solo uccidono batteri, protisti e virus, ma ossidano anche DOM e influenzano l’aggregazione di POM, esercitando così una pressione di selezione sulle popolazioni batteriche (ibid.).

Una discussione dettagliata sugli agenti patogeni vegetali nel sistema acquaponico e sul loro controllo è inclusa nel capitolo 14 e quindi non è ribadita in questa sede. Tuttavia, vale la pena notare che le specie Bacillus sono abitualmente utilizzate come probiotici commerciali in acquacoltura, e ci sono sempre più prove che simili specie Bacillus sono efficaci anche per le piante, che sono già disponibili in alcune soluzioni probiotiche idroponiche commerciali (Shafi et al. 2017). Un recente studio ha esteso tali studi su Bacillus per includere la sperimentazione nel sistema acquaponico (Cerozi e Fitzsimmons 2016b). Il luogo in cui vengono introdotti i probiotici — nei pesci, nelle piante o nei biofiltri — può essere importante, ma non è chiaro dal lavoro esistente se l’aggiunta di probiotici nella componente pesce, con potenziali benefici per il pesce, abbia anche effetti migliori sulla crescita e sulla salute delle piante rispetto all’aggiunta di livelli simili di probiotici direttamente nel comparto idroponico.

Oltre ai probiotici di applicazione standard, esistono una varietà di tecniche innovative per il biocontrollo che in futuro potrebbero diventare sempre più preziose per ridurre la presenza e la proliferazione di microbi nocivi. In uno studio recente, gli isolati batterici sono stati selezionati da un sistema acquaponico consolidato in base alla loro capacità di esercitare effetti inibitori sia sui pesci che sui patogeni fungini vegetali. L’obiettivo era quello di coltivare questi isolati come inocula che avrebbe potuto agire successivamente come controlli biologici per le malattie all’interno di quel sistema acquaponico (Sirakov et al. 2016). Ad esempio, Sirakov et al. hanno dimostrato che una Pseudomonas sp. isolata era efficace come biocontrollo per i funghi patogeni Saprolegnia parassitica dei pesci e Pythium ultimum delle piante. I ricercatori hanno anche riferito l’inibizione in vitro di una varietà di altri isolati batterici provenienti dai diversi comparti aquaponici, ma senza testare i loro effetti in vivo. Il potenziale per l’utilizzo di tali isolati come controlli biologici non è nuovo, ma le applicazioni delle tecniche NGS possono ora rivelare maggiori informazioni sulle interazioni di tali isolati tra loro e con potenziali agenti patogeni, consentendo così di ottimizzare l’efficacia della consegna. L’uso di altre tecniche di «omica» potrebbe aiutare a rivelare la struttura complessiva della comunità e le funzioni metaboliche associate, e iniziare a chiarire quali organismi e funzioni sono più utili. In futuro, tali tecniche potrebbero consentire la selezione di «ceppi ausiliari» all’interno delle comunità microbiche, o l’identificazione di essudati che hanno effetti antimicrobici (Massart et al. 2015).