Artigo escrito por Bruna Wagner, promotora técnica e comercial da Imeve. Jessyca Alexandre, promotora técnica e comercial da Imeve. Renato de Almeida, gerente de produtos da Imeve

A utilização de biotecnologias na produção é uma realidade em diversas espécies animais. Na aquicultura, o emprego de bactérias benéficas teve início na década de 80, quando os primeiros probióticos começaram a ser utilizados como promotores de crescimento. Desde então, o avanço científico ampliou a aplicação dessas ferramentas, que hoje desempenham papéis essenciais no controle de qualidade da água e matéria orgânica, agindo como biorremediador, quando utilizadas diretamente no ambiente; na modulação da microbiota e na prevenção de enfermidades, competindo com bactérias patogênicas e atuando como biocontrole tanto no ambiente como no lúmen intestinal dos animais; e na promoção da saúde intestinal e maior absorção de nutrientes, como probiótico na nutrição de peixes e camarões. Essas estratégias tornam-se indispensáveis à medida que os sistemas de cultivo se intensificam, demandando maior controle ambiental e sanitário para garantir produtividade e sustentabilidade.

Biotecnologia empregada em desafios ambientais

* Ação de probióticos e biorremediadores frente à compostos nitrogenados.

Nos sistemas intensivos de produção, o acúmulo de compostos nitrogenados representa um dos principais riscos à saúde dos animais. A amônia, o nitrito e o nitrato são resultado do metabolismo proteico dos peixes e da decomposição da matéria orgânica. Naturalmente, o processo de nitrificação, é realizado por bactérias presentes no ambiente (Nitrossomonas e Nitrobacter), que transformam amônia em nitrito e depois em nitrato. A utilização de probióticos como biorremediadores auxilia na degradação desses compostos, acelerando esse processo, contribuindo para a manutenção da qualidade da água. Estudos mostram que cepas de Bacillus apresentam elevada eficiência para essa finalidade.

As bactérias do gênero Bacillus, desempenham um papel central como agentes biorremediadores em sistemas aquícolas devido à sua capacidade de interagir ativamente em diferentes etapas do ciclo do nitrogênio. Esses microrganismos atuam sobre compostos nitrogenados tóxicos, como amônia e nitrito, promovendo sua transformação em formas menos prejudiciais ao ambiente. Essa conversão ocorre por meio de rotas metabólicas como a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação, nas quais enzimas catalisam reações de oxidação e redução de compostos nitrogenados.

No processo de nitrificação heterotrófica, as bactérias utilizam enzimas como a hidroxilamania oxirredutase, que converte a hidroxilamania, composto inorgânico intermediário, em nitrito. Já durante a desnitrificação, enzimas como nitrito redutase (Nir) reduzem nitrito a óxidos gasosos de nitrogênio, removendo o excesso de nitrogênio do sistema de cultivo. Esse processo auxilia não apenas na detoxificação da água, mas também no fechamento do ciclo biogeoquímico, devolvendo nitrogênio à atmosfera em formas gasosas.

Estudos científicos e trabalhos à campo (Imagem 1) demonstram que a utilização de biorremediadores atuam reduzindo os picos de compostos nitrogenados nocivos ao desempenho e sobrevivência de peixes e camarões.

Imagem 1. Níveis de Nitrito (mg/l) antes e após o início de utilização de bactérias do gênero Bacillus em produção de juvenis em sistema intensivo. Fonte: IMEVE

Mineralização de Matéria Orgânica

A matéria orgânica (MO) proveniente de excreções dos animais, restos de ração, detritos vegetais e organismos mortos em decomposição pode ser um grande desafio para a produção. Sua mineralização é um dos processos mais relevantes para a manutenção do equilíbrio em sistemas aquícolas, pois o acúmulo de MO pode levar à eutrofização e ao aumento da carga de compostos nitrogenados tóxicos. As bactérias do gênero Bacillus têm papel central nesse processo devido à sua capacidade de produzir enzimas que aceleram a degradação da matéria orgânica complexa em compostos simples e menos impactantes ao ambiente, como celulase, amilase e protease, degradando macromoléculas em unidades menores. (Imagem 2) As proteases hidrolisam proteínas em peptídeos e aminoácidos, liberando nitrogênio orgânico que pode ser convertido posteriormente em amônia. As amilases degradam carboidratos como o amido, enquanto as lipases atuam sobre lipídios, liberando ácidos graxos e glicerol. Esse processo de degradação enzimática é essencial para transformar a matéria orgânica sedimentada em nutrientes disponíveis para outros microrganismos e fitoplâncton, ao mesmo tempo em que reduz a formação de lodo que pode prejudicar processos de manejo e despesca ou impactar diretamente na qualidade de água.

Imagem 2. Coleta de solo para análise e halos criados por bacillus devido à síntese de celulase. Fonte: Imeves

Além disso, o metabolismo de Bacillus permite que parte dos compostos liberados durante a mineralização seja utilizado em rotas de assimilação e ciclagem do nitrogênio e carbono. Por exemplo, aminoácidos liberados podem ser convertidos em amônia e, posteriormente, entrar nas rotas de nitrificação ou desnitrificação já desempenhadas por essas bactérias. Dessa forma, Bacillus conecta diretamente a mineralização da matéria orgânica com o ciclo do nitrogênio, citado anteriormente, atuando tanto na degradação de resíduos quanto na remoção de compostos tóxicos dissolvidos. Essa ação multifuncional faz dessas cepas ferramentas indispensáveis na biorremediação de sistemas intensivos.

Exclusão competitiva

A exclusão competitiva é uma ferramenta muito importante pela qual os probióticos e biorremediações são empregados em sistemas de cultivo aquícolas. Esses microrganismos agem competindo por nutrientes no ambiente e sítios de adesão nos animais, além de produzirem metabólitos antimicrobianos, como ácidos orgânicos e bacteriocinas, que dificultam a proliferação de bactérias patogênicas. Existem trabalhos que comprovam que essa modulação reduz significativamente o crescimento de gêneros oportunistas como Vibrio importante para o cultivo de camarões, e Aeromonas, Streptococcus e Francisella, que causam enfermidades em peixes, provocando mortalidade e perdas econômicas (Imagem 3).

Imagem 3. Halo de inibição de promovido pela produção de compostos orgânicos bactericida por probióticos compostos por blend de bactérias ácido láticas e bactérias do gênero bacillus em Francisella noatunensis (59162D – Prevet). Fonte: Imeve.

No ambiente aquático, a exclusão competitiva também impacta a dinâmica de algas e microrganismos que promovem disbiose ambiental. Em situações de eutrofização, o acúmulo de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo, favorece a proliferação de organismos indesejáveis, como cianobactérias que estão ligadas à produção de toxinas que conferem a presença de off-flavor (sabor indesejável) na carne de peixes. A ação dos Bacillus na redução da matéria orgânica disponível e no controle de compostos nitrogenados diminui a disponibilidade de substrato para esses organismos e evitando blooms tóxicos que comprometem a qualidade da água.

Quando ocorre disbiose, a diversidade microbiana é reduzida e há favorecimento de bactérias patogênicas e algas nocivas. Isso compromete tanto a saúde dos animais quanto a resiliência ambiental do sistema, resultando em maior mortalidade e instabilidade produtiva. Os probióticos promoverem a exclusão competitiva, restauram o equilíbrio da microbiota aquática e intestinal dos organismos cultivados

Assim, sua utilização contínua, não apenas previne doenças, mas também atua como estratégia de manejo sustentável contra os efeitos da eutrofização e da disbiose ambiental.

Probióticos via ração e promoção de saúde Intestinal

O fornecimento contínuo das bactérias probióticas na dieta favorece a colonização do trato gastrointestinal, onde esses microrganismos aderem à mucosa intestinal. A partir dessa adesão, ocorre o estímulo ao desenvolvimento da camada epitelial, o que potencializa a absorção dos nutrientes da dieta e contribui para uma melhor digestibilidade dos ingredientes presentes na dieta. Indiretamente, quando os nutrientes são mais aproveitados nutricionalmente, os impactos gerados pelos resíduos também serão menores no ambiente, ajudando a controlar a microbiota e diminuindo a pressão patogênica. A eficácia do uso de probióticos está diretamente relacionada a fatores que influenciam sua colonização no intestino, como a concentração de microrganismos administrados e o tempo de fornecimento da dieta. À medida que essa colonização se estabelece, observa-se a redução de patógenos aderidos aos enterócitos, resultado da produção de compostos antimicrobianos e da competição por sítios de adesão e nutrientes. Essa diminuição de patógenos promove um equilíbrio no processo de multiplicação e apoptose celular, favorecendo o crescimento dos vilos intestinais e o aumento da área de absorção de nutrientes, o que resulta em melhor aproveitamento dos alimentos, e consequentemente, em maior desempenho produtivo. Em um experimento com tilápias, esse crescimento ficou evidente quando foram suplementadas com Bacillus cereus var. Toyoi e Bacillus subtilis na dieta por 60 dias como demonstrado na comparação histológica entre o grupo controle e o grupo suplementado (Imagem4).

Imagem 4. Comparativo histológico da vilosidade intestinal de tilápias sem a suplementação de probióticos (esquerda) frente à vilosidade de animais suplementados com probióticos (direita). Fonte: Imeve.

De forma semelhante, resultados positivos também foram observados na carcinicultura. Assim como as bactérias do gênero Bacillus, as bactérias láticas destacam-se pela eficiência na síntese de compostos antimicrobianos bacteriostáticos e bactericidas (Imagem 5). Contudo, outros mecanismos também estão envolvidos, como a competição por nutrientes e sítios de adesão, a interferência no sistema de Quórum sensing, a produção de ácidos orgânicos de cadeias médias e curtas e a síntese de peptídeos antimicrobianos. Esse conjunto de estratégias favorece a redução e o controle de bactérias patogênicas no intestino e no hepatopâncreas dos animais. Em um estudo realizado em uma fazenda em Aracati (CE), o monitoramento das Unidades Formadoras de Colônias (UFC) de Víbrios totais no hepatopâncreas demonstrou que os camarões suplementados com probiótico na dieta apresentaram médias inferiores de unidades formadoras de colônia (UFC) em comparação ao grupo não suplementado durante as sete últimas semanas de cultivo.

Imagem 5. Média de UFC presentes no hepatopâncreas dos animais que consumiram blend de bactérias lácticas e do gênero bacillus (azul) e dos animais do grupo controle sem probióticos na dieta (laranja). Fonte: Imeve.

Fatores determinantes para o sucesso

* Conhecendo as bactérias e como utilizá-la.

A escolha e o conhecimento das bactérias utilizadas como biorremediadores ou probióticos são fatores determinantes para o sucesso das estratégias biotecnológicas na aquicultura. A definição correta começa pela avaliação do desafio a ser enfrentado. Em situações de natureza sanitária, bactérias produtoras de ácido lático, como Lactobacillus, Enterococcus e Bifidobacterium, destacam-se por reduzir o pH e, assim, inibir o crescimento de microrganismos patogênicos. Já em cenários ambientais, marcados pelo excesso de matéria orgânica e compostos nitrogenados, o uso de Bacillus mostra-se mais eficiente.

A forma de aplicação também exerce papel crucial. A mesma cepa bacteriana pode atuar de maneiras distintas: quando administrada via ração, exerce efeito probiótico, promovendo equilíbrio intestinal e melhorando a saúde dos animais; quando aplicada diretamente na água, atua como biorremediador, favorecendo a qualidade do ambiente de cultivo. Assim, a escolha correta da via de aplicação deve estar alinhada ao desafio específico e ao objetivo pretendido.

Quando se trata da utilização de biorremediadores, microrganismos do gênero Bacillus possuem elevado potencial para a degradação da matéria orgânica e participação no ciclo do nitrogênio, mas sua eficiência depende das condições ambientais do sistema. A oxigenação, por exemplo, é um fator crítico, já que a maior parte dos processos metabólicos de degradação e transformação de compostos nitrogenados ocorre utilizando oxigênio. Baixas concentrações de oxigênio reduzem a eficiência enzimática e favorecem bactérias indesejáveis que prosperam em condições anaeróbias, aumentando o risco de acúmulo de gases tóxicos.

A alcalinidade é outro ponto essencial na biorremediação, pois processos como a nitrificação consomem carbonatos e bicarbonatos, reduzindo o poder tampão da água e levando à acidificação. Para que cepas de Bacillus expressem todo o seu potencial, é necessário manter uma faixa adequada de alcalinidade, garantindo a estabilidade do pH e o funcionamento do metabolismo bacteriano. A temperatura também regula diretamente a atividade metabólica: em faixas intermediárias, entre 25 °C e 35 °C, ocorre maior produção de enzimas extracelulares, como proteases, lipases e amilases. Fora dessa faixa, a mineralização da matéria orgânica e o controle de compostos nitrogenados podem ser reduzidos.

Portanto, compreender as características fisiológicas e os requisitos ambientais das bactérias utilizadas como biorremediadores é essencial. Esse conhecimento permite não apenas selecionar cepas mais adequadas a cada desafio produtivo, mas também ajustar o manejo, garantindo que esses microrganismos expressem seu potencial de ação.

Uso de análises laboratoriais para avaliação de eficiência

A aplicação de probióticos em sistemas aquícolas tem demonstrado efeitos consistentes sobre a qualidade de água e solo, sendo as análises ambientais ferramentas essenciais para comprovar sua eficiência. O monitoramento periódico do solo e da coluna d’água permite acompanhar a dinâmica da matéria orgânica e identificar o impacto positivo dos microrganismos probióticos na mineralização de resíduos. As bactérias dos gêneros Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus e Bifidobacterium apresentam alta capacidade enzimática, atuando na degradação de proteínas, lipídios e carboidratos complexos, acelerando a conversão desses compostos em formas mais simples e menos tóxicas. Esse processo contribui para reduzir o acúmulo de lodo no fundo dos viveiros, melhorar a disponibilidade de nutrientes reciclados e minimizar a formação de substâncias nocivas, como amônia e sulfeto de hidrogênio.

Entre as metodologias empregadas na avaliação da eficiência dos probióticos, a respirometria tem se destacado por quantificar a atividade metabólica das comunidades microbianas. Ao medir o consumo de oxigênio durante a oxidação da matéria orgânica, essa técnica fornece um indicador sensível do potencial de biodegradação presente no sistema. Assim, maiores taxas respiratórias estão diretamente relacionadas à maior atividade dos microrganismos probióticos, refletindo em eficiência na estabilização da matéria orgânica e no controle de cargas poluidoras. Essa ferramenta tem permitido demonstrar, de forma objetiva, que a suplementação probiótica potencializa a atividade microbiana benéfica, diferenciando-se de manejos convencionais que dependem exclusivamente da microbiota natural.

Dessa forma, a integração entre análises de solo, qualidade de água e respirometria constitui um conjunto robusto de indicadores que não apenas comprova a eficiência dos probióticos, mas também evidencia seu papel como diferencial tecnológico. O resultado é a manutenção de viveiros mais estáveis, com menores oscilações nos parâmetros críticos de cultivo e maior suporte para o desempenho zootécnico dos animais.

A atividade enzimática desempenha um papel central na eficiência dos probióticos aplicados em sistemas aquícolas, uma vez que esses microrganismos liberam uma ampla variedade de enzimas extracelulares responsáveis pela degradação de compostos orgânicos complexos. Enzimas como proteases, lipases, amilases e celulases, produzidas principalmente por bactérias dos gêneros Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus e Bifidobacterium, atuam na hidrólise de proteínas, lipídios e polissacarídeos presentes nos resíduos de ração não consumida, excretas e material em decomposição. Essa atividade acelera a mineralização da matéria orgânica, reduz o acúmulo de lodo e previne a formação de compostos tóxicos, como amônia e sulfeto de hidrogênio. Além de contribuir para a melhoria da qualidade da água e do solo, a ação enzimática otimiza a reciclagem de nutrientes e favorece a manutenção de uma microbiota mais equilibrada no ambiente de cultivo.

Monitoramento contínuo

O uso de probióticos em sistemas aquícolas representa uma ferramenta estratégica para o controle microbiológico e a melhoria da qualidade ambiental, mas sua eficiência depende diretamente de um acompanhamento técnico contínuo e da avaliação criteriosa dos parâmetros do cultivo.

Avaliação da qualidade da água

A análise sistemática de variáveis físico-químicas, como oxigênio dissolvido, pH, alcalinidade, amônia, nitrito, transparência e demanda bioquímica de oxigênio, é essencial para compreender o efeito da aplicação de probióticos sobre o equilíbrio do ambiente aquático. O monitoramento desses indicadores permite verificar a degradação da matéria orgânica, a redução da toxicidade nitrogenada e a estabilidade dos parâmetros críticos ao longo do ciclo produtivo.

Avaliação do solo dos viveiros

O acompanhamento das condições do solo é indispensável para avaliar o impacto da mineralização da matéria orgânica, especialmente no fundo dos viveiros, onde ocorre acúmulo de resíduos de ração e excretas. Análises de respirometria, matéria orgânica total e composição microbiana auxiliam na comprovação da eficiência enzimática dos probióticos e na redução de compostos nocivos, como sulfetos e amônia, que comprometem a saúde dos animais.

Ajuste de protocolos de manejo

Com base nos resultados obtidos nas análises, protocolos de aplicação de probióticos podem ser ajustados para cada realidade de cultivo. A dosagem, frequência de aplicação e a forma de uso (via água ou dieta) devem considerar a densidade de estocagem, a sazonalidade, a qualidade da ração fornecida e o estágio de crescimento dos animais. Esse ajuste dinâmico garante maior eficiência biotecnológica e melhor custo-benefício para o produtor.

Assistência técnica especializada

A integração entre monitoramento laboratorial e visitas técnicas em campo constitui o diferencial para potencializar os resultados. A presença de profissionais especializados que avaliem a eficiência do protocolo, saúde dos animais e realizem coletas e análises, assegura uma interpretação adequada dos dados, orienta correções imediatas no manejo contribui para que os produtores compreendam o papel do probiótico como ferramenta de prevenção, e não apenas de correção, dentro do sistema de produção.

Em síntese, o acompanhamento técnico aliado às análises de solo e água fortalece a eficiência do uso de probióticos e proporciona maior previsibilidade na produção aquícola, garantindo ambientes mais estáveis e animais com melhor desempenho zootécnico (imagem 7).

Imagem 7. Imagem mostrando a atuação técnica em campo, sendo coleta de solo (esquerda), análise presuntiva em peixes (centro) e análise presuntiva de larvas de camarão (esquerda). Fonte Imeve.

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