El uso de explanteseditar
La acuicultura de esponjas para la producción de esponjas o metabolitos aprovecha las altas capacidades regenerativas de las células esponjosas totipotentes mediante el uso de explantes (trozos cortados de una esponja madre, que luego volverán a crecer en una esponja completa) como medio de cultivo de esponjas. Las esponjas tienen un crecimiento indeterminado, con un crecimiento máximo determinado por restricciones ambientales en lugar de por genética. Durante el establecimiento inicial de una granja, los explantes de esponja se elegirán por sus características fenotípicas de crecimiento rápido y esponjas o metabolitos de alta calidad.
Acuicultura multitrófica integradaedItar
La acuicultura marina intensiva en la última década ha aumentado considerablemente y ha dado lugar a considerables impactos ambientales adversos. Los grandes volúmenes de descarga de materia orgánica de alimentos no consumidos y desechos excretores de especies acuícolas han dado lugar a altos niveles de nutrientes en las aguas costeras. Grandes cantidades de nitrógeno (~ 75%) excretado de bivalvos, salmones y camarones, entran en el medio costero, con el potencial de desarrollar floraciones de algas y reducir el oxígeno disuelto en el agua.
Un sistema integrado de acuicultura consiste en una serie de especies en diferentes niveles tróficos de la cadena alimentaria. Por lo tanto, los desechos que generan (organismos alimentados), como peces y camarones, se combinan con organismos extractivos como abulones, esponjas o erizos de mar, como mecanismo para eliminar el exceso de materia nutritiva de la columna de agua. Las esponjas marinas tienen una clara ventaja como organismo extractivo en un sistema integrado de acuicultura multitrófica, ya que tienen el potencial de actuar como biorremediadores para eliminar tanto bacterias patógenas como materia orgánica. La esponja Hymeniacidon perlevis ha demostrado una excelente capacidad para eliminar el carbono orgánico total (COT) del agua de mar en condiciones de acuicultura integradas, y podría ser una herramienta de biorremediación potencialmente útil para los sistemas de acuicultura en regiones donde la contaminación del agua es alta. Además, el enriquecimiento orgánico procedente de peces cultivados en las cercanías puede estimular el crecimiento de esponjas, lo que resulta en una acuicultura de esponjas marinas más eficiente.
Acuicultura de esponjas de bañoeditar
Muchas granjas comerciales de esponjas marinas ubican sus sitios de acuicultura en aguas más profundas (> 5 m), para maximizar el número de explantes de esponjas que se pueden cultivar y aumentar la productividad. Se han probado dos métodos principales de acuicultura de esponjas de baño con esponjas cultivadas en una cuerda o dentro de una bolsa de malla.
Método de cordeleditar
La supervivencia de las esponjas cultivadas en cuerdas es generalmente menor, ya que se producen daños irrecuperables en el explante cuando se «enhebra» la cuerda. Además, las esponjas cultivadas en la cuerda tienen el potencial de ser arrancadas de la cuerda durante las tormentas a medida que el flujo de agua aumenta significativamente, o crecen lejos de la cuerda y forman una esponja en forma de dona característica, de bajo valor y no comercializable. Las diferencias en el crecimiento y la salud de las esponjas se producen dentro de las especies caracterizadas por variaciones en la capacidad regenerativa, la susceptibilidad a la infección después del corte, la resistencia y el potencial de crecimiento.
Método de bolsas de mesaedItar
Los niveles más bajos de daño en algunas especies de esponjas cultivadas a través de bolsas de malla pueden conducir a niveles más altos de supervivencia. Las tasas de crecimiento pueden disminuir, ya que los hilos de malla en las bolsas pueden disminuir el flujo de agua, limitando la disponibilidad de alimentos. La acumulación de agentes bioincrustantes como briozoos, ascidias y algas en la malla puede limitar aún más el flujo de agua. Los hilos de malla delgados con grandes huecos y un sitio bien posicionado pueden actuar como un medio para mitigar la bioincrustación y los caudales reducidos.
Combinación de métodoseditar
Al combinar enfoques de cuerda y bolsa de malla para la acuicultura de esponjas de baño en un «período de vivero», pueden producirse aumentos en la calidad y la producción. En el método del período de vivero, las esponjas se cultivan inicialmente en bolsas de malla hasta que los explantes se han curado y regenerado para filtrar el agua de manera eficiente. Los explantes regenerados se transfieren a la cuerda para promover un crecimiento óptimo hasta la cosecha. Esta estrategia requiere mucha mano de obra y es costosa, con tasas de crecimiento y supervivencia que no son mayores que cuando la agricultura se realiza únicamente a través del método de las bolsas de malla.
Un método más económicamente viable para cultivar esponjas de baño sería transferir esponjas a bolsas de malla más grandes a medida que se produce el crecimiento de la esponja para permitir un flujo de agua adecuado y el secuestro de nutrientes.
Esponja de baño producción acuícola en Micronesiaeditar
Las esponjas de baño se están produciendo actualmente utilizando la esponja Coscinoderma matthewsi con producción de aproximadamente 12.000 esponjas, vendidas localmente a residentes y turistas en Pohnpei, Estados Federados de Micronesia. Estas esponjas son una de las únicas esponjas marinas cultivadas de forma sostenible en el mundo. Las esponjas se cultivan a través del método de cuerda, con bajos costos de inversión de unos pocos miles de dólares para equipos de cultivo y mantenimiento, produciendo esponjas 100% naturales sin productos químicos agresivos añadidos durante el procesamiento.
La producción acuícola de esponjas C. matthewsi fue llevada a cabo por el Instituto de Investigación Marina y Ambiental de Pohnpei (MERIP), para tratar de generar un ingreso sostenible para los residentes de la comunidad local con pocas opciones de ganar dinero. Las esponjas tardan aproximadamente dos años en alcanzar el tamaño cosechable, y los buceadores libres eliminan rutinariamente a mano las algas marinas y los agentes bioincrustantes. Estas esponjas se procesan a través de procesos naturales, donde se dejan secar al aire y luego se colocan en cestas y se devuelven a la laguna donde se cultivaron. Este proceso elimina toda la materia orgánica dentro de la esponja dejando atrás el producto final de la esponja de baño. El procesamiento posterior se realiza ablandando la esponja, pero no se utilizan blanqueadores, ácidos ni colorantes.
Acuicultura de esponjas bioactivaseditar
La investigación en el cultivo de esponjas marinas para metabolitos bioactivos se lleva a cabo en las regiones del Mediterráneo, el Indo-Pacífico y el Pacífico Sur. Los principales objetivos son optimizar los métodos de producción bioactiva, los procesos de acuicultura y las condiciones ambientales para maximizar su producción.
Nuevos métodoseditar
En la acuicultura de bioactivos, la forma final del explante no es motivo de preocupación, lo que permite utilizar métodos de producción adicionales. Los nuevos métodos de cultivo bioactivo incluyen el «método de matriz de malla», que utiliza la columna de agua para colgar verticalmente un tubo de malla con explantes individuales sostenidos en bolsillos alternos.
El número de esponjas necesarias para los bioactivos de acuicultura se reduce, ya que los metabolitos secundarios de las esponjas se pueden cosechar de forma repetitiva durante muchos años, lo que disminuye los costos y la infraestructura necesarios. Las pocas esponjas seleccionadas para la producción de metabolitos tendrían altas tasas de producción para el metabolito objetivo a fin de optimizar la producción y los beneficios.
Factores que afectan a la producción de metabolitos secundarioseditar
Una serie de factores afectan a la producción de metabolitos de esponja, con una concentración de metabolitos que varía mucho entre los explantes vecinos. Las diferencias localizadas en la intensidad de la luz y la bioincrustación son factores físicos y biológicos que se ha encontrado que afectan significativamente la biosíntesis de metabolitos en esponjas. Los cambios en los factores ambientales pueden alterar las poblaciones microbianas y, posteriormente, afectar a la biosíntesis de los metabolitos.
Comprender los factores ambientales que afectan la biosíntesis del metabolito o el papel ecológico del metabolito puede utilizarse como una ventaja competitiva para maximizar la producción de metabolitos y el rendimiento total. Por ejemplo, si el papel ecológico del metabolito objetivo secundario era disuadir a los depredadores, imitar la depredación a través de herir la esponja antes de la cosecha puede ser una técnica eficiente para maximizar la producción de metabolitos.
Algunas esponjas que producen metabolitos crecen muy rápidamente, lo que sugiere que las esponjas de cultivo pueden ser una alternativa viable a la producción de bioactivos que en la actualidad no se pueden sintetizar químicamente. Aunque el cultivo de esponjas para bioactivos es más lucrativo debido a sus propiedades de mayor valor agregado, hay varios desafíos que no están presentes cuando se cultivan esponjas de baño acuícolas, como los altos costos asociados con la extracción y purificación de metabolitos.