Cambios tempranos en la expresión génica global ante la exposición a lodos de perforación petrolera en el cnidario Hydractinia symbiolongicarpus

Abstract

The growing demand for fossil fuels has generated an increase in offshore exploration and exploitation of hydrocarbons, including regions in the Colombian Caribbean. The drilling process of new wells can leave up to a hundred thousand tons of waste discharges, mainly composed of rock cuttings and residues of drilling muds. The drilling muds are complex colloidal mixes of clays, phosphates, lignine, surfactancts, and solvents, that are used to stabilize the drilled well and to lubricate the drill bit. Despite that the water-based drilling muds are the most used in the industry due to their reduced environmental impact, there are reports on adverse effects of these muds on marine organisms. Furthermore, the toxicodynamics of water-based muds is unknown. This work evaluated the global gene expression of the model cnidarian Hydractinia symbiolongicarpus after an exposure to the liquid phase of water-based drilling muds, using the RNA-seq methodology for differential expression analysis. Drilling muds exposition resulted in morphological changes in H. symbiolongicarpus that included a decreased in up to 50% of the biomass, and increased in polyp diameter, and a retraction of the tentacles. The differential expression analysis by RNA-seq yielded 1,871 differentially expressed transcripts after mud exposition. Among the differentially expressed transcripts, 84 were predicted to encode proteins involved in cellular detoxification, like ABC transporters, thioredoxins, cytochrome P450, and components of the glutathione synthesis pathway. There were also found 41 transcripts predicted to encode proteins involved in the apoptosis process, including p53, protein kinase C, JNK, cyclin F, the tumor necrosis factor receptor, and Apaf-1, whose activation might explain the decrease in H. symbiolongicarpus biomass. The analysis of functional protein groups differentially expressed indicated that the acute exposition to drilling muds generates oxidative stress and induction of apoptosis, which provoke potentially irreversible cellular and tissue damage.

La creciente demanda de combustibles fósiles ha generado un auge en la búsqueda de hidrocarburos en altamar, incluyendo zonas del Caribe colombiano. La perforación de nuevos pozos puede dejar hasta cien mil toneladas de desperdicios en el océano, compuestos principalmente por recortes de roca y residuos de lodos de perforación. Los lodos de perforación petrolera son mezclas coloidales complejas de arcillas, fosfatos, lignina, surfactantes y solventes, los cuales tienen como función principal estabilizar el pozo perforado y lubricar la broca de perforación. A pesar de que los lodos de perforación basados en agua son los más usados en la industria por su reducido impacto ambiental, existen reportes sobre efectos adversos de estos lodos en organismos marinos. Adicionalmente, los aspectos toxicodinámicos de los lodos basados en agua son aún desconocidos. En este trabajo se evaluó la expresión génica global del cnidario modelo Hydractinia symbiolongicarpus después de una exposición a la fase liquida de los lodos basados en agua, mediante la metodología de RNA-seq para análisis de expresión diferencial. La exposición a los lodos resultó en cambios morfológicos en los tejidos de H. symbiolongicarpus, que incluyeron una disminución de hasta un 50% de la biomasa, aumento en el diámetro de los pólipos y retracción de los tentáculos. El análisis de expresión diferencial por RNA-seq mostró que 1.871 transcritos estaban diferencialmente expresados después de la exposición a los lodos. Entre los transcritos diferencialmente expresados, 84 codificaban proteínas involucradas en el proceso de detoxificación intracelular, como por ejemplo los transportadores ABC, tiorredoxinas, el citocromo P450 y componentes de la vía de síntesis del Glutatión. También se encontraron 41 transcritos codificantes para proteínas involucradas en el proceso de apoptosis como la p53, proteína kinasa C, JNK, Ciclina F, el receptor de factor de necrosis tumoral y Apaf-1, cuya activación podría explicar la disminución de la biomasa de H. symbiolongicarpus. El análisis de los distintos grupos funcionales de proteínas diferencialmente expresadas indicó que la exposición aguda a lodos de perforación genera estrés oxidativo e inducción de apoptosis en el modelo, provocando daños celulares y tisulares potencialmente irreversibles.