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Coccolithophores as a potential marine resource for sustainable aquaculture

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O aumento da população mundial, que se espera ultrapassar os 9 mil milhões de pessoas na segunda metade do séc. XXI (FAO, 2018) está inevitavelmente associado a um aumento do consumo dos recursos disponíveis a nível global e a sérios impactos no ambiente incluindo alterações climáticas. Este aumento está também inerente a outras problemáticas, sendo que a mais desafiante e preocupante será garantir bens alimentares à população emergente. Todas as recomendações da FAO e IPCC sugerem o uso de abordagens inovadoras e integrativas que possam contribuir para o desenvolvimento de práticas sustentáveis de forma a sustentar o crescimento populacional com o minímo impacto ambiental. A produção em aquacultura tem aumentado desde a década de 1970 como estratégia de redução da sobre-exploração dos stocks naturais de peixe, moluscos e crustáceos, e é atualmente a industria de produção alimentar com crescimento mais acentuado (Adarme-Vega et al., 2014). Estando as pescas relativamente estáticas desde os finais da década de 1980, a aquacultura tem sido responsável pelo aumento do fornecimento de peixe para consumo, contribuindo atualmente com cerca de 47% de peixe para alimentação humana (53% incluindo peixe para fins não alimentares) (FAO, 2018). A aquacultura, como qualquer sistema de produção exige o fornecimento contínuo de alimento para sustentar as necessidades nutricionais dos organismos em produção (Tacon e Metian, 2008). Além disso, os peixes, assim como outros animais, não sintetizam eficientemente de novo os ácidos gordos EPA e DHA (Lee e Cho, 2009) mas obtêm-nos através da cadeia trófica sendo as microalgas os principais produtores (Brown, 2002). Apesar de as microalgas serem amplamente utilizadas na formulação de dietas para aquacultura, esta indústria ainda depende de fontes de proteína (farinha de peixe) e ácidos gordos (óleo de peixe) gerados pela pesca de captura (Sargent et al., 2002; Schulz et al., 2005; Gasco et al., 2018). Como este fornecimento depende de recursos marinhos finitos, será a curto-prazo uma prática não sustentável (Tacon e Metian, 2009; Tocher et al., 2015) tornando-se urgente encontrar alternativas a estas fontes de nutrição tradicionais. Os coccolitóforos são organismos unicelulares que fazem parte do fitoplânton marinho e caracterizam-se pela produção de um exoesqueleto calcário. Do ponto de vista taxonómico incluem-se na divisão Haptophyta, classe Prymnesiophyceae (Jordan et al., 2004). Apresentam um ciclo de vida haplo-diplonte, com alternância de fases morfologicamente distintas. Algumas espécies pertencentes à divisão Haptophyta, são já utilizadas rotineiramente em aquacultura pelos seus altos teores de EPA e DHA. São os casos de Pavlova lutheri (Droop) Green (Classe Pavlovophyceae) e Isochrysis galbana Parke, uma Prymnesiophyceae sem exoesqueleto calcário, filogeneticamente relacionada com algumas espécies calcificantes, tais como Emiliania huxleyi (Lohm) Hay e Mohler e Gephyrocapsa oceanica Kamptner. Os coccolitóforos são produtores primários, nutricionalmente importantes e por isso candidatos promissores para aplicação em aquacultura em substituição das tradicionais fontes de nutrição baseadas em peixe processado (Cañavate, 2018). Neste estudo, várias estirpes de Coccolithus braarudii (Gaarder) Baumann, Cachao, Young e Geisen e Emiliania huxleyi, previamente identificadas como espécies de interesse foram isoladas de águas costeiras portuguesas e domesticadas em laboratório com intuito de fornecer estirpes com alto potencial para a produção de produtos de valor acrescentado para aquacultura. As dinâmicas de crescimento da fase haploide de C.braarudii (HOL), estirpe IO109-05 e da fase diploide de E. huxleyi (HET), estirpe IO30-03, foram investigadas em meio f/2 (Guillard, 1975), meio de cultura frequentemente utilizado na manutenção de culturas de microalgas marinhas, sob condições controladas (19 ± 1 °C, fotoperíodo 12:12, 115 μmol fotões m-2 . s-1). As culturas foram monitorizadas por fluorescência in vivo através de fluorometria PAM (Pulse Amplitude Modulation) e caracterizadas nas differentes fases de crescimento por citometria de fluxo (tamanho e complexidade celular, autofluorescência da clorofila a e conteúdo lipídico). O perfil bioquímico e valor nutritional das espécies em estudo foi avaliado por análise elementar, quantificação gravimétrica dos lípidos totais e o perfil de ácidos gordos (transesterificados) obtido por cromatografia gasosa e determinado por espectrometria de massa. A performance de crescimento de C.braarudii foi também avaliada num meio de cultura utilizado numa unidade de produção industrial (IM) (CMP – Cimentos Maceira e Pataias) e revelou-se inferior (0.38 - 0.46d-1) ao observado em f/2 (0.74 - 0.76d-1). Estes resultados sugerem que a formulação do meio industrial deve ser otimizada para que ocrescimento desta estirpe atinja valores compatíveis com a produção à escala industrial. Vários artigos reportam a importância da sílica na fisiologia da fase diploide de algumas espécies de coccolitóforos. Em espécies como C. braarudii e C. leptoporus sabe-se que na fase diploide a concentração de sílica disponível é um factor limitante nos processos de calcificação podendo levar à formação de cocólitos aberrantes e à inibição do crescimento. Por sua vez, espécies como E. huxleyi e G. oceania não exibem esta dependência (Durak et al., 2016; Taylor et al., 2018). Neste trabalho investigámos a influência da sílica na fase haploide de C.braarudii comparando os parâmetros de crescimento de culturas em meios com concentrações naturais de Si na água do mar ([Si] = 2.85 μM) e em meio enriquecido com Si ([Si] = 106.00 μM). Nestas condições não foram observadas diferenças significativas na taxa de crescimento nem no maximum quantum yield do fotossistema II. No entanto, em ambos os meios, as concentrações celulares obtidas foram superiores em culturas suplementadas com Si. Estes resultados sugerem que baixas concentrações de Si podem ser limitantes para o crescimento da fase haploide de C. braarudii. Para clarificar a relevância da sílica na morfologia e fisiologia de C. braarudii HOL, são necessários estudos que simulem condições em que a concentração de Si disponível no meio ambiente se pode esgotar, por exemplo, como observado após um bloom de diatomáceas. A taxa de crescimento de C. braarudii (0.76 d-1) foi significativamente superior ao registado em E. huxleyi (0.44 d-1) (P=0.005). Quanto à composição bioquímica e valor nutricional, C. braarudii destacou-se pelos altos teores proteico (34.60% peso seco) e lípidico (22.07%), quando comparados com o observado em E. huxleyi (20.75% e 14.37%, repectivamente). O perfil de ácidos gordos de C. braarudii revelou-se também mais equilibrado, sendo composto maioritariamente por ácidos gordos ω-3 (64.11% ácidos gordos totais) e níveis significativos de EPA (6.63%) e DHA (9.65%), enquanto o perfil de E. huxleyi, também composto maioritatiamente por ácidos gordos ω-3 (57.19%), continha altos teores de DHA (17.08%), mas apenas quantidades vestigiais de EPA (1.46%). Os resultados da citometria de fluxo revelaram que, para ambas as espécies, as maiores concentrações de lípidos podem ser obtidos na fase de crescimento exponencial-tardia. Em E. huxleyi foi observada uma subpopulação hiper produtora de lípidos que, poderá ser isolada em trabalho futuro por citometria de fluxo (Fluorescence Activated Cell Sorting-FACS). Dadas as diferenças nas dimensões celulares das duas espécies, C. braarudii e E. huxleyi poderão ser usados para alimentar diferentes estadios de desenvolvimento de moluscos bivalves e crustáceos, em particular os estadios larvares. A utilização destes coccolitóforos em aquacultura pode também representar uma importante fonte de cálcio, potássio e magnésio, necessária para a biossíntese de conchas de moluscos bivalves e para a formação das estruturas ósseas dos peixes. Encontrar alternativas às tradicionais fontes de proteína e lípidos é atualmente um dos mais importantes desafios para tornar sustentável a produção de recursos em sistemas de aquacultura. Os resultados aqui reportados, sugerem que as espécies em estudo, C braarudii e E. huxleyi, podem ser considerados componentes promissores para a formulação de dietas para aplicação em aquacultura, e assim contribuir para a diminuição da utilização das atuais fontes não sustentáveis de proteína e ácidos gordos.
Autores principais:	Vicente, Bernardo Branco de Sousa
Assunto:	Aquacultura Coccolitóforos C braarudii (Holococcolito) E. huxleyi (Heterococcolito) Fontes de proteína Ácidos gordos EPA e DHA Perfil bioquímico Sustentável Teses de mestrado - 2019
Ano:	2019
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	O aumento da população mundial, que se espera ultrapassar os 9 mil milhões de pessoas na segunda metade do séc. XXI (FAO, 2018) está inevitavelmente associado a um aumento do consumo dos recursos disponíveis a nível global e a sérios impactos no ambiente incluindo alterações climáticas. Este aumento está também inerente a outras problemáticas, sendo que a mais desafiante e preocupante será garantir bens alimentares à população emergente. Todas as recomendações da FAO e IPCC sugerem o uso de abordagens inovadoras e integrativas que possam contribuir para o desenvolvimento de práticas sustentáveis de forma a sustentar o crescimento populacional com o minímo impacto ambiental. A produção em aquacultura tem aumentado desde a década de 1970 como estratégia de redução da sobre-exploração dos stocks naturais de peixe, moluscos e crustáceos, e é atualmente a industria de produção alimentar com crescimento mais acentuado (Adarme-Vega et al., 2014). Estando as pescas relativamente estáticas desde os finais da década de 1980, a aquacultura tem sido responsável pelo aumento do fornecimento de peixe para consumo, contribuindo atualmente com cerca de 47% de peixe para alimentação humana (53% incluindo peixe para fins não alimentares) (FAO, 2018). A aquacultura, como qualquer sistema de produção exige o fornecimento contínuo de alimento para sustentar as necessidades nutricionais dos organismos em produção (Tacon e Metian, 2008). Além disso, os peixes, assim como outros animais, não sintetizam eficientemente de novo os ácidos gordos EPA e DHA (Lee e Cho, 2009) mas obtêm-nos através da cadeia trófica sendo as microalgas os principais produtores (Brown, 2002). Apesar de as microalgas serem amplamente utilizadas na formulação de dietas para aquacultura, esta indústria ainda depende de fontes de proteína (farinha de peixe) e ácidos gordos (óleo de peixe) gerados pela pesca de captura (Sargent et al., 2002; Schulz et al., 2005; Gasco et al., 2018). Como este fornecimento depende de recursos marinhos finitos, será a curto-prazo uma prática não sustentável (Tacon e Metian, 2009; Tocher et al., 2015) tornando-se urgente encontrar alternativas a estas fontes de nutrição tradicionais. Os coccolitóforos são organismos unicelulares que fazem parte do fitoplânton marinho e caracterizam-se pela produção de um exoesqueleto calcário. Do ponto de vista taxonómico incluem-se na divisão Haptophyta, classe Prymnesiophyceae (Jordan et al., 2004). Apresentam um ciclo de vida haplo-diplonte, com alternância de fases morfologicamente distintas. Algumas espécies pertencentes à divisão Haptophyta, são já utilizadas rotineiramente em aquacultura pelos seus altos teores de EPA e DHA. São os casos de Pavlova lutheri (Droop) Green (Classe Pavlovophyceae) e Isochrysis galbana Parke, uma Prymnesiophyceae sem exoesqueleto calcário, filogeneticamente relacionada com algumas espécies calcificantes, tais como Emiliania huxleyi (Lohm) Hay e Mohler e Gephyrocapsa oceanica Kamptner. Os coccolitóforos são produtores primários, nutricionalmente importantes e por isso candidatos promissores para aplicação em aquacultura em substituição das tradicionais fontes de nutrição baseadas em peixe processado (Cañavate, 2018). Neste estudo, várias estirpes de Coccolithus braarudii (Gaarder) Baumann, Cachao, Young e Geisen e Emiliania huxleyi, previamente identificadas como espécies de interesse foram isoladas de águas costeiras portuguesas e domesticadas em laboratório com intuito de fornecer estirpes com alto potencial para a produção de produtos de valor acrescentado para aquacultura. As dinâmicas de crescimento da fase haploide de C.braarudii (HOL), estirpe IO109-05 e da fase diploide de E. huxleyi (HET), estirpe IO30-03, foram investigadas em meio f/2 (Guillard, 1975), meio de cultura frequentemente utilizado na manutenção de culturas de microalgas marinhas, sob condições controladas (19 ± 1 °C, fotoperíodo 12:12, 115 μmol fotões m-2 . s-1). As culturas foram monitorizadas por fluorescência in vivo através de fluorometria PAM (Pulse Amplitude Modulation) e caracterizadas nas differentes fases de crescimento por citometria de fluxo (tamanho e complexidade celular, autofluorescência da clorofila a e conteúdo lipídico). O perfil bioquímico e valor nutritional das espécies em estudo foi avaliado por análise elementar, quantificação gravimétrica dos lípidos totais e o perfil de ácidos gordos (transesterificados) obtido por cromatografia gasosa e determinado por espectrometria de massa. A performance de crescimento de C.braarudii foi também avaliada num meio de cultura utilizado numa unidade de produção industrial (IM) (CMP – Cimentos Maceira e Pataias) e revelou-se inferior (0.38 - 0.46d-1) ao observado em f/2 (0.74 - 0.76d-1). Estes resultados sugerem que a formulação do meio industrial deve ser otimizada para que ocrescimento desta estirpe atinja valores compatíveis com a produção à escala industrial. Vários artigos reportam a importância da sílica na fisiologia da fase diploide de algumas espécies de coccolitóforos. Em espécies como C. braarudii e C. leptoporus sabe-se que na fase diploide a concentração de sílica disponível é um factor limitante nos processos de calcificação podendo levar à formação de cocólitos aberrantes e à inibição do crescimento. Por sua vez, espécies como E. huxleyi e G. oceania não exibem esta dependência (Durak et al., 2016; Taylor et al., 2018). Neste trabalho investigámos a influência da sílica na fase haploide de C.braarudii comparando os parâmetros de crescimento de culturas em meios com concentrações naturais de Si na água do mar ([Si] = 2.85 μM) e em meio enriquecido com Si ([Si] = 106.00 μM). Nestas condições não foram observadas diferenças significativas na taxa de crescimento nem no maximum quantum yield do fotossistema II. No entanto, em ambos os meios, as concentrações celulares obtidas foram superiores em culturas suplementadas com Si. Estes resultados sugerem que baixas concentrações de Si podem ser limitantes para o crescimento da fase haploide de C. braarudii. Para clarificar a relevância da sílica na morfologia e fisiologia de C. braarudii HOL, são necessários estudos que simulem condições em que a concentração de Si disponível no meio ambiente se pode esgotar, por exemplo, como observado após um bloom de diatomáceas. A taxa de crescimento de C. braarudii (0.76 d-1) foi significativamente superior ao registado em E. huxleyi (0.44 d-1) (P=0.005). Quanto à composição bioquímica e valor nutricional, C. braarudii destacou-se pelos altos teores proteico (34.60% peso seco) e lípidico (22.07%), quando comparados com o observado em E. huxleyi (20.75% e 14.37%, repectivamente). O perfil de ácidos gordos de C. braarudii revelou-se também mais equilibrado, sendo composto maioritariamente por ácidos gordos ω-3 (64.11% ácidos gordos totais) e níveis significativos de EPA (6.63%) e DHA (9.65%), enquanto o perfil de E. huxleyi, também composto maioritatiamente por ácidos gordos ω-3 (57.19%), continha altos teores de DHA (17.08%), mas apenas quantidades vestigiais de EPA (1.46%). Os resultados da citometria de fluxo revelaram que, para ambas as espécies, as maiores concentrações de lípidos podem ser obtidos na fase de crescimento exponencial-tardia. Em E. huxleyi foi observada uma subpopulação hiper produtora de lípidos que, poderá ser isolada em trabalho futuro por citometria de fluxo (Fluorescence Activated Cell Sorting-FACS). Dadas as diferenças nas dimensões celulares das duas espécies, C. braarudii e E. huxleyi poderão ser usados para alimentar diferentes estadios de desenvolvimento de moluscos bivalves e crustáceos, em particular os estadios larvares. A utilização destes coccolitóforos em aquacultura pode também representar uma importante fonte de cálcio, potássio e magnésio, necessária para a biossíntese de conchas de moluscos bivalves e para a formação das estruturas ósseas dos peixes. Encontrar alternativas às tradicionais fontes de proteína e lípidos é atualmente um dos mais importantes desafios para tornar sustentável a produção de recursos em sistemas de aquacultura. Os resultados aqui reportados, sugerem que as espécies em estudo, C braarudii e E. huxleyi, podem ser considerados componentes promissores para a formulação de dietas para aplicação em aquacultura, e assim contribuir para a diminuição da utilização das atuais fontes não sustentáveis de proteína e ácidos gordos.