Caracterización funcional del mucus epidérmico en peces de interés productivo: Metodología no invasiva de identificación de moléculas biomarcadoras y relación con el estado fisiológico.

Abstract

La acuicultura se ha convertido en una alternativa real y rentable a la pesca extractiva para proporcionar un alimento de un elevado valor nutritivo. Entre las especies de mayor relevancia en la producción acuícola marina del área Mediterránea, se encuentran la dorada (Sparus aurata), la lubina (Dicentrarchus labrax) y más recientemente la corvina (Argyrosomus regius). Si bien se han conseguido grandes adelantos en la mejora de la alimentación y el crecimiento, las metodologías más utilizadas de análisis para determinar su estado fisiológico son de carácter invasivo, ya sea por análisis sobre tejidos (lo que provoca la muerte del animal) o hematológicos (pueden provocar patologías adyacentes). Las superficies mucosas (en piel, branquias e intestino) de los peces teleósteos constituyen la primera línea de defensa contra la infección patógena además de participar en un amplio espectro de otros procesos fisiológicos muy importantes como la absorción de nutrientes, la osmoregulación, la respiración, la locomoción o la excreción de residuos. En la última década, el mucus epidérmico llegado a cautivar a muchos investigadores por su gran variedad de respuestas frente a diferentes condiciones y además, por tener un potencial muy importante para ser un método no invasivo de estudio del estado global del animal. Este trabajo se ha centrado en la característica no invasiva y potencial del mucus epidérmico. Por otro lado, tiene como objetivo principal obtener un conjunto completo de marcadores biológicos o biomarcadores (definidos en este trabajo como biomarcadores asociados al mucus de la piel o SMABs, por sus siglas en inglés “Skin Mucus Associated Biomarkers” del estado fisiológico en el mucus para poder establecer su relación con la respuesta a los cambios ambientales y nutricionales. Para ello, se propuso: caracterizar los componentes proteicos del mucus en dorada, estudiar la respuesta mediante diferentes agentes estresores, ya sean agudos o crónicos y caracterizar y comparar algunas de las propiedades defensivas del mucus entre las tres especies. Como resultado de todos estos objetivos, se han identificado una serie de posibles SMABs ordenados de la siguiente manera: 1) características físico-químicas, dónde se propone el estudio reológico del mucus como un posible informador de un estrés agudo; 2) metabolitos y hormonas, estudiando sus cambios en el mucus, sus niveles de exudación puede informar sobre respuestas agudas, como por ejemplo en los metabolitos como la glucosa, el lactato, la proteína o en la hormona cortisol; 3) enzimas con función defensiva no-específica, tanto proteasas como esterasas tienen un papel muy importante en el mucus, por ello se estudió el zimograma de la actividad proteasa y la familia de las carboxilesterasas, como posibles marcadores biológicos frente a un estrés crónico; y 4) otras moléculas principalmente de estrés crónico, como: la actina y sobretodo sus isoformas, importantes informadoras sobre la secreción del mucus; diferentes fragmentos de queratina, propuestos como péptidos antimicrobianos; moléculas relacionadas con el metabolismo de la glucosa, que pueden informar sobre el estado metabólico interno de los animales; moléculas relacionadas con el metabolismo proteico, importantes para determinar la estructura del mucus o activadoras de varios componentes; y finalmente moléculas con un carácter protector como las transferrinas o diferentes chaperonas. Con todo ello, finalmente se determinó también la actividad bactericida del mucus epidérmico como indicativo del potencial real defensivo contra posibles infecciones. En las conclusiones del trabajo se explican los beneficios de estudiar las propiedades y componentes del mucus de la piel como indicativos del estado del animal y de manera no invasiva, indicando qué componentes pueden ser más interesantes de analizar de manera rápida y qué componentes responden a desafíos agudos o crónicos.

Aquaculture has become a real and profitable alternative to extractive fishing, providing food with high nutritional value. In this work, we select three marine species with a great interest in Mediterranean aquaculture: gilthead sea bream (Sparus aurata), sea bass (Dicentrarchus labrax) and meagre (Argyrosomus regius), with the purpose to evaluate the health and welfare status of the animals through non-invasive methods, selecting putative biomarkers. Our aim was to use skin mucus as it plays an important role in innate defense, but also in other physiological processes such as osmoregulation, respiration, locomotion or waste excretion. For that, fish were subjected to different stress factors (acute and chronic), and different techniques were used to reveal a wide range of biomarkers, also described in the present study as Skin Mucus Associated Biomarkers, SMABs. As result, we propose the following biological markers: 1) related to rheology, mucus viscosity was selected as acute stress indicator; 2) related to metabolism response, metabolites such as glucose, lactate or protein, together with exuded cortisol, its mucus levels could report on acute responses like hypoxia or netting, and chronic stressors like fasting periods in sea bream; 3) related to enzymatic activities, several protease types could be good biomarkers of fish defense status or mucus removal, mainly the metalloprotease activity detected at chronic low temperatures, or esterases subfamily of carboxylesterase, within which we detected at least three different activities in fish mucus, all of them related to detoxifying capacity to different toxics; 4) related to different soluble mucus proteins by proteasome studies, like some structural β-actin or keratin isoforms (KDAMPs), some metabolic proteins related to glucose and protein metabolism, or protective proteins with different functions like transferrin or Heat Shock Proteins (HSPs). Finally, we also determined the bactericidal activity of the epidermal mucus as an indication of the real defensive potential against possible infections. In the conclusions section, we explain the benefits of studying the properties and components of the skin mucus as indicative of the animal state non-invasively, indicating which components can be more interesting to analyze quickly and which components would better respond to acute challenges or chronic conditions.