Potencial de los extractos vegetales de Lippia alba (Mill.) N.E.Br. ex Britton & P. Wilson (1925) y Lippia graveolens Kunth (1818) en la prevención de infecciones por bacterias patógenas Gram-negativa en los cultivos de tilapia en Guatemala

Tesis (Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo con énfasis en Gestión de Recursos Naturales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Universidad Estatal a Distancia, Universidad Nacional, Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo, 2023.

La industria acuícola de tilapia en Guatemala ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años, alcanzando una producción de alrededor de 16,000 toneladas métricas (TM) en 2021. Sin embargo, este crecimiento ha venido acompañado de desafíos, especialmente en relación con enfermedades bacterianas que afectan a los organismos acuáticos. La alta densidad de siembra, el manejo deficiente de los sistemas de cultivo, las condiciones ambientales cambiantes, la calidad del agua y la nutrición deficiente pueden debilitar el sistema inmunológico de los organismos acuáticos, volviéndolos más susceptibles a infecciones bacterianas. Los antibióticos han sido la terapia convencional para controlar estas enfermedades, pero su uso excesivo ha generado resistencia bacteriana y plantea riesgos ambientales y de salud. La etnobotánica se ha propuesto como una alternativa para controlar patógenos en la acuicultura de manera más sostenible. Las plantas de la familia Verbenaceae, como Lippia spp., son conocidas por sus propiedades antibacterianas. Por lo tanto, el siguiente trabajo doctoral se dividió en tres capítulos, con el fin de evaluar la efectividad de L. graveolens y L. alba, a nivel in vitro e in vivo. En el primer capítulo, se llevó a cabo una evaluación exhaustiva de los patógenos bacterianos y su resistencia a los antimicrobianos en los cultivos de tilapia en Guatemala. Se realizaron muestreos en los principales centros de producción de tilapia, se evaluaron los signos clínicos más comunes que afectan a los peces en cultivo, se aislaron los patógenos primarios y se realizaron pruebas de sensibilidad frente a los antibióticos más utilizados en la acuicultura guatemalteca. Los resultados revelaron que las especies de mayor frecuencia son Aeromonas hydrophila y A. sobria, se detectó que estas cepas bacterianas presentaron una preocupante resistencia a los antibióticos oxitetraciclina y fosfomicina, lo que evidenció el uso indiscriminado de estos medicamentos en Guatemala. El segundo capítulo evaluó la capacidad antimicrobiana que poseen los extractos y aceites esenciales de las plantas: L. alba y L. graveolens obtenidos, por medio de diversas metodologías y diferentes solventes de extracción. La actividad antimicrobiana se evaluó utilizando A. hydrophila y A. sobria como modelos biológicos, dado que fueron las bacterias más prevalentes en los sistemas acuícolas de Guatemala durante el período de 2018-2019. Los resultados revelaron que el aceite esencial de L. graveolens demostró ser altamente efectivo en la inhibición del crecimiento bacteriano, evidenciado por la formación de halos de inhibición significativos. Los extractos obtenidos a través de diversas técnicas también mostraron actividad antibacteriana, aunque en menor medida en comparación con el aceite esencial. En contraste, L. alba mostró una actividad antibacteriana limitada, siendo el aceite esencial la única forma de extracto que generó un efecto significativo. Además, se evaluó la actividad antimicrobiana de los aceites esenciales de L. graveolens de diferentes quimiotipos en Guatemala, encontrando que el quimiotipo con mayor contenido de timol fue el más efectivo contra A. hydrophila, no se evidencia efectos sinérgicos, aditivos o antagónicos por la combinación de los destinos quimiotipos. Finalmente, en el capítulo tres se realizó un estudio en el que se incorporó el aceite esencial de L. graveolens quimiotipo timol en la dieta de juveniles de tilapia, con el fin de evaluar los efectos sobre el crecimiento, utilización del alimento, parámetros hematobioquímicos, histomorfometría del intestino y el hígado, enzimas digestivas y desafío bacteriano con la bacteria A. hydrophila. Los resultados mostraron que la incorporación del aceite esencial de L. graveolens quimiotipo timol mejoró el crecimiento, la utilización del alimento y la salud de los peces, sin efectos adversos en la histología hepática e intestinal. Además, se observó un aumento en la actividad de las enzimas digestivas y una mayor resistencia a la infección por A. hydrophila. El presente trabajo doctoral se centró en abordar los desafíos de las enfermedades bacterianas en la acuicultura de tilapia en Guatemala. Demostró que el aceite esencial de L. graveolens, rico en timol, puede ser una alternativa efectiva y sostenible para reducir el uso de antibióticos, mejorar el crecimiento y la salud de los peces, y aumentar la resistencia a las infecciones. Sin embargo, es importante la necesidad de regulaciones gubernamentales para controlar el uso indiscriminado de antibióticos en la acuicultura y promover alternativas más seguras y sostenibles.

The Guatemala tilapia aquaculture industry has significant growth in recent years, reaching a production of around 16,000 MT in 2021. However, this growth has been accompanied by challenges, especially concerning bacterial diseases affecting aquatic organisms. High stocking density, poor management, fluctuation of environmental conditions, water quality, and inadequate nutrition can weaken the immune system of aquatic organisms, making them more susceptible to bacterial infections. Antibiotics have been the conventional therapy for controlling these diseases, but their excessive use has led to bacterial resistance and poses environmental and health risks. Ethnobotany has been proposed as an alternative to more sustainable pathogen control in aquaculture. Plants in the Verbenaceae family, such as Lippia spp., are known for their antibacterial properties. Therefore, the following doctoral work was divided into three chapters to evaluate the in vitro and in vivo effectiveness of L. graveolens and L. alba. In the first chapter, a comprehensive assessment of bacterial pathogens and their antimicrobial resistance in tilapia farming in Guatemala was carried out. Sampling was carried out on the major tilapia production farms, common clinical signs affecting cultured fish were evaluated, primary pathogens were isolated, and sensitivity tests were performed against the most used antibiotics in Guatemalan aquaculture. The results revealed that the most frequent species were Aeromonas hydrophila and A. sobria, and these bacterial strains exhibited resistance to oxytetracycline and fosfomycin antibiotics, indicating the indiscriminate use of these medications in Guatemala. The second chapter evaluated the antimicrobial capacity of extracts and essential oils of L. alba and L. graveolens, using different extraction methodologies and different solvents. Antimicrobial activity was assessed using A. hydrophila and A. sobria as biological models, as they were the most prevalent bacteria in Guatemalan aquaculture systems during the 2018-2019 period. The results showed the essential oil of L. graveolens was highly effective in inhibiting bacterial growth, as evidenced by the formation of significant inhibition zones. Extracts obtained through various techniques also showed antibacterial activity, although less than essential oil. In contrast, L. alba exhibited limited antibacterial activity, with essential oil being the only extract form that generated a significant effect. Furthermore, the antimicrobial activity of L. graveolens essential oils of different chemotypes was evaluated in Guatemala, revealing that the chemotype with the highest thymol content was the most effective against A. hydrophila, with no synergistic, additive, or antagonistic effects observed through the combination of different chemotypes. Finally, in the third chapter, a study was conducted in which the essential oil of the L. graveolens chemotype thymol was incorporated into the diet of juvenile tilapia to assess the effects on growth, feed utilization, hematobiochemical parameters, intestinal and liver histomorphometry, digestive enzymes, and bacterial challenge with A. hydrophila. The results showed that the incorporation of the essential oil of L. graveolens thymol chemotype improved growth, feed utilization, and fish health, without adverse effects on liver and intestinal histology. Additionally, an increase in digestive enzyme activity and greater resistance to A. hydrophila infection were observed. This doctoral work focused on the challenges of bacterial diseases in the aquaculture of tilapia in Guatemala. It showed that the essential oil of L. graveolens, with a high amount of thymol, can be an effective and sustainable alternative to reduce antibiotic use, improve fish growth and health, and improve resistance to infections. However, there is a need for government regulations to control the indiscriminate use of antibiotics in aquaculture and promote safer and more sustainable alternatives.