Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var. Ən yaxşı təcrübə üçün yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyinizi (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq Rejimini deaktiv etməyinizi) tövsiyə edirik. Bu vaxt ərzində davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı stillər və JavaScript olmadan render edəcəyik.
Mikrob parazitlərinin təkamülü, parazitlərin yaxşılaşmasına səbəb olan təbii seleksiya ilə parazitlərin genlərini itirməsinə və zərərli mutasiyalar toplamasına səbəb olan genetik sürüşmə arasında əks təsir göstərir. Burada, bu əks təsirin tək bir makromolekul miqyasında necə baş verdiyini anlamaq üçün təbiətdəki ən kiçik genomlardan birinə sahib olan ökaryotik orqanizm olan Encephalitozoon cuniculi-nin ribosomunun krio-EM quruluşunu təsvir edirik. E. cuniculi ribosomlarında rRNT-nin həddindən artıq reduksiyası, əvvəllər məlum olmayan birləşmiş rRNT bağlayıcılarının və qabarıqlıqları olmayan rRNT-nin təkamülü kimi görünməmiş struktur dəyişiklikləri ilə müşayiət olunur. Bundan əlavə, E. cuniculi ribosomu, parçalanmış rRNT fraqmentlərinin və zülallarının struktur təqlidləri kimi kiçik molekullardan istifadə etmək qabiliyyətini inkişaf etdirərək rRNT fraqmentlərinin və zülallarının itkisindən xilas oldu. Ümumilikdə, uzun müddət reduksiya olunmuş, degenerasiya olunmuş və zəiflədici mutasiyalara məruz qaldığı düşünülən molekulyar strukturların həddindən artıq molekulyar daralmalara baxmayaraq onları aktiv saxlayan bir sıra kompensasiya mexanizmlərinə malik olduğunu göstəririk.
Mikrob parazit qruplarının əksəriyyətinin sahiblərini istismar etmək üçün unikal molekulyar vasitələri olduğundan, biz tez-tez müxtəlif parazit qrupları üçün fərqli terapevtik vasitələr hazırlamalıyıq1,2. Lakin, yeni dəlillər göstərir ki, parazit təkamülünün bəzi aspektləri konvergentdir və əsasən proqnozlaşdırıla bilər ki, bu da mikrob parazitlərində geniş terapevtik müdaxilələr üçün potensial əsas olduğunu göstərir3,4,5,6,7,8,9.
Əvvəlki işlər mikrob parazitlərində genom reduksiyası və ya genom çürüməsi adlanan ümumi bir təkamül trendini müəyyən etmişdir10,11,12,13. Hazırkı tədqiqatlar göstərir ki, mikroorqanizmlər sərbəst həyat tərzindən imtina edib hüceyrədaxili parazitlərə (və ya endosimbiontlara) çevrildikdə, onların genomları milyonlarla il ərzində yavaş, lakin heyrətamiz metamorfozlara məruz qalır9,11. Genom çürüməsi kimi tanınan bir prosesdə mikrob parazitləri əvvəllər vacib olan bir çox genləri psevdogenlərə çevirən zərərli mutasiyalar toplayır və bu da tədricən gen itkisinə və mutasiya çökməsinə səbəb olur14,15. Bu çökmə, yaxın qohum sərbəst yaşayan növlərlə müqayisədə ən qədim hüceyrədaxili orqanizmlərdəki genlərin 95%-ə qədərini məhv edə bilər. Beləliklə, hüceyrədaxili parazitlərin təkamülü iki əks qüvvə arasında bir mübarizədir: Darvinin təbii seleksiyası, parazitlərin yaxşılaşmasına səbəb olur və genomun dağılması, parazitləri unudulmağa aparır. Parazitin bu mübarizədən necə çıxıb molekulyar strukturunun fəaliyyətini saxlaya bildiyi hələ də məlum deyil.
Genom çürüməsinin mexanizmi tam başa düşülməsə də, əsasən tez-tez genetik sürüşmə səbəbindən baş verdiyi görünür. Parazitlər kiçik, aseksual və genetik cəhətdən məhdud populyasiyalarda yaşadıqları üçün bəzən DNT replikasiyası zamanı baş verən zərərli mutasiyaları effektiv şəkildə aradan qaldıra bilmirlər. Bu, zərərli mutasiyaların dönməz şəkildə toplanmasına və parazit genomunun azalmasına gətirib çıxarır. Nəticədə, parazit təkcə hüceyrədaxili mühitdə yaşaması üçün artıq lazım olmayan genləri itirmir. Bu mutasiyaların, o cümlədən ən vacib genlərinin genom boyunca toplanmasına səbəb olan parazit populyasiyalarının sporadik zərərli mutasiyaları effektiv şəkildə aradan qaldıra bilməməsidir.
Genom reduksiyası ilə bağlı hazırkı anlayışımızın çox hissəsi yalnız genom ardıcıllıqlarının müqayisələrinə əsaslanır və ev işlərini yerinə yetirən və potensial dərman hədəfləri kimi xidmət edən faktiki molekullardakı dəyişikliklərə daha az diqqət yetirilir. Müqayisəli tədqiqatlar göstərib ki, zərərli hüceyrədaxili mikrob mutasiyalarının yükü zülalların və nuklein turşularının səhv qatlanmasına və aqreqasiyasına meylli olur, bu da onları daha çox şaperondan asılı və istiliyə qarşı həssas edir19,20,21,22,23. Bundan əlavə, müxtəlif parazitlər - bəzən 2,5 milyard ilə qədər ayrılan müstəqil təkamül - zülal sintezində5,6 və DNT təmir mexanizmlərində24 keyfiyyətə nəzarət mərkəzlərinin oxşar itkisini yaşayıblar. Bununla belə, hüceyrədaxili həyat tərzinin hüceyrə makromolekullarının bütün digər xüsusiyyətlərinə, o cümlədən artan zərərli mutasiya yükünə molekulyar uyğunlaşmaya təsiri haqqında az şey məlumdur.
Bu işdə, hüceyrədaxili mikroorqanizmlərin zülallarının və nuklein turşularının təkamülünü daha yaxşı başa düşmək üçün hüceyrədaxili parazit Encephalitozoon cuniculi-nin ribosomlarının quruluşunu təyin etdik. E. cuniculi, qeyri-adi dərəcədə kiçik ökaryotik genomlara malik olan və buna görə də genom çürüməsini öyrənmək üçün model orqanizmlər kimi istifadə edilən parazit mikrosporidiyalar qrupuna aid olan göbələyəbənzər bir orqanizmdir25,26,27,28,29,30. Bu yaxınlarda, Microsporidia, Paranosema locustae və Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb genom) orta dərəcədə azaldılmış genomları üçün krio-EM ribosom quruluşu təyin edilmişdir. Bu strukturlar, rRNA amplifikasiyasının bəzi itkilərinin qonşu ribosomal zülallar arasında yeni əlaqələrin inkişafı və ya yeni msL131,32 ribosomal zülalların əldə edilməsi ilə kompensasiya olunduğunu göstərir. Ensefalitoz növləri (genomu ~2,5 milyon bp), ən yaxın qohumları Ordospora ilə birlikdə, eukaryotlarda genom reduksiyasının son dərəcəsini nümayiş etdirir - onların 2000-dən az protein kodlayan geni var və onların ribosomlarında yalnız rRNA genişlənmə fraqmentləri (eukaryotik ribosomları bakteriya ribosomlarından fərqləndirən rRNA fraqmentləri) deyil, həm də E. cuniculi genomunda homologların olmaması səbəbindən dörd ribosomal zülalın olması gözlənilir26,27,28. Buna görə də, E. cuniculi ribosomunun genom çürüməsinə molekulyar adaptasiya üçün əvvəllər məlum olmayan strategiyaları ortaya çıxara biləcəyi qənaətinə gəldik.
Krio-EM strukturumuz xarakterizə ediləcək ən kiçik ökaryotik sitoplazmatik ribosomu təmsil edir və genomun reduksiyasının son dərəcəsinin hüceyrənin ayrılmaz hissəsi olan molekulyar mexanizmin quruluşuna, yığılmasına və təkamülünə necə təsir etdiyinə dair məlumat verir. E. cuniculi ribosomunun RNT-nin qatlanması və ribosom yığılmasının geniş qorunan prinsiplərinin çoxunu pozduğunu aşkar etdik və əvvəllər məlum olmayan yeni ribosomal zülal kəşf etdik. Gözlənilmədən mikrosporidiya ribosomlarının kiçik molekullara bağlanma qabiliyyətini təkamül etdiyini göstəririk və rRNT və zülallardakı kəsiklərin nəticədə ribosoma faydalı keyfiyyətlər verə biləcək təkamül yeniliklərini tetiklediyini fərz edirik.
Hüceyrədaxili orqanizmlərdə zülalların və nuklein turşularının təkamülünü daha yaxşı başa düşmək üçün yoluxmuş məməli hüceyrələrinin kulturalarından E. cuniculi sporlarını təcrid etmək qərarına gəldik ki, ribosomlarını təmizləyək və bu ribosomların quruluşunu müəyyən edək. Mikrosporidiya qida mühitində becərilə bilmədiyi üçün çox sayda parazit mikrosporidiya əldə etmək çətindir. Bunun əvəzinə, onlar yalnız ev sahibi hüceyrənin içərisində böyüyür və çoxalırlar. Buna görə də, ribosomların təmizlənməsi üçün E. cuniculi biokütləsini əldə etmək üçün məməli böyrək hüceyrə xətti RK13-ü E. cuniculi sporları ilə yoluxdurduq və E. cuniculi-nin böyüməsinə və çoxalmasına imkan vermək üçün bu yoluxmuş hüceyrələri bir neçə həftə becərdik. Təxminən yarım kvadrat metrlik yoluxmuş hüceyrə monoqatından istifadə edərək, təxminən 300 mq Microsporidia sporlarını təmizləyə və ribosomları təcrid etmək üçün istifadə edə bildik. Daha sonra təmizlənmiş sporları şüşə muncuqlarla parçaladıq və lizatların mərhələli polietilen glikol fraksiyalaşdırılmasından istifadə edərək xam ribosomları təcrid etdik. Bu, struktur təhlili üçün təxminən 300 µq xam E. cuniculi ribosomları əldə etməyimizə imkan verdi.
Daha sonra əldə edilən ribosom nümunələrindən istifadə edərək krio-EM görüntüləri topladıq və bu görüntüləri böyük ribosomal alt vahidinə, kiçik alt vahid başına və kiçik alt vahidinə uyğun maskalardan istifadə edərək emal etdik. Bu proses zamanı təxminən 108.000 ribosomal hissəciyin görüntülərini topladıq və 2,7 Å qətnamə ilə krio-EM görüntülərini hesabladıq (Əlavə Şəkillər 1-3). Daha sonra E. cuniculi ribosomları ilə əlaqəli rRNT, ribosomal zülal və qışlama faktoru Mdf1-i modelləşdirmək üçün krio-EM görüntülərindən istifadə etdik (Şəkil 1a, b).
a Qışlama faktoru Mdf1 ilə kompleksdə E. cuniculi ribosomunun quruluşu (pdb id 7QEP). b E. cuniculi ribosomu ilə əlaqəli qışlama faktoru Mdf1 xəritəsi. c Mikrosporid növlərində bərpa olunmuş rRNA-nı məlum ribosomal strukturlarla müqayisə edən ikinci dərəcəli struktur xəritəsi. Panellər dekodlaşdırma yeri (DC), sarsinisin ilgəyi (SRL) və peptidil transferaza mərkəzi (PTC) daxil olmaqla, gücləndirilmiş rRNA fraqmentlərinin (ES) və ribosom aktiv sahələrinin yerini göstərir. d E. cuniculi ribosomunun peptidil transferaza mərkəzinə uyğun elektron sıxlığı, bu katalitik sahənin E. cuniculi parazitində və onun sahiblərində, o cümlədən H. sapiens-də eyni quruluşa malik olduğunu göstərir. e, f Dekodlaşdırma mərkəzinin müvafiq elektron sıxlığı (e) və dekodlaşdırma mərkəzinin sxematik quruluşu (f) göstərir ki, E. cuniculi bir çox digər ökaryotlarda A1491 (E. coli nömrələməsi) əvəzinə U1491 qalıqlarına malikdir. Bu dəyişiklik E. cuniculi-nin bu aktiv mərkəzi hədəf alan antibiotiklərə qarşı həssas ola biləcəyini göstərir.
V. necatrix və P. locustae ribosomlarının əvvəllər müəyyən edilmiş strukturlarından fərqli olaraq (hər iki struktur eyni mikrosporidia ailəsi Nosematidae-ni təmsil edir və bir-birinə çox oxşardır), 31,32 E. cuniculi ribosomları çoxsaylı rRNA və zülal parçalanması proseslərindən keçir. Daha da denaturasiya (Əlavə Şəkil 4-6). rRNA-da ən təəccüblü dəyişikliklərə gücləndirilmiş 25S rRNA fraqmenti ES12L-in tamamilə itirilməsi və h39, h41 və H18 spirallarının qismən degenerasiyası daxil idi (Şəkil 1c, Əlavə Şəkil 4). Ribosomal zülallar arasında ən təəccüblü dəyişikliklərə eS30 zülalının tamamilə itirilməsi və eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 və eS7 zülallarının qısalması daxil idi (Əlavə Şəkil 4, 5).
Beləliklə, Encephalotozoon/Ordospora növlərinin genomlarının həddindən artıq azalması onların ribosom strukturunda əks olunur: E. cuniculi ribosomları struktur xarakteristikasına məruz qalan eukaryotik sitoplazmatik ribosomlarda ən kəskin zülal itkisini yaşayır və onlarda hətta təkcə eukaryotlarda deyil, həm də həyatın üç sahəsində geniş şəkildə qorunan rRNT və zülal fraqmentləri belə yoxdur. E. cuniculi ribosomunun strukturu bu dəyişikliklər üçün ilk molekulyar modeli təmin edir və həm müqayisəli genomika, həm də hüceyrədaxili biomolekulyar struktur tədqiqatları tərəfindən nəzərdən qaçırılan təkamül hadisələrini aşkar edir (Əlavə Şəkil 7). Aşağıda bu hadisələrin hər birini ehtimal olunan təkamül mənşəyi və ribosom funksiyasına potensial təsiri ilə birlikdə təsvir edirik.
Daha sonra aşkar etdik ki, böyük rRNT kəsilmələrinə əlavə olaraq, E. cuniculi ribosomlarının aktiv mərkəzlərindən birində rRNT variasiyaları var. E. cuniculi ribosomunun peptidil transferaza mərkəzi digər eukaryotik ribosomlarla eyni quruluşa malik olsa da (Şəkil 1d), dekodlaşdırma mərkəzi 1491 nukleotidindəki ardıcıllıq variasiyasına görə fərqlənir (E. coli nömrələməsi, Şəkil 1e, f). Bu müşahidə vacibdir, çünki eukaryotik ribosomların dekodlaşdırma yeri adətən bakteriya tipli A1408 və G1491 qalıqları ilə müqayisədə G1408 və A1491 qalıqlarını ehtiva edir. Bu variasiya bakterial və eukaryotik ribosomların ribosomal antibiotiklərin aminoqlikozid ailəsinə və dekodlaşdırma yerini hədəf alan digər kiçik molekullara fərqli həssaslığının əsasını təşkil edir. E. cuniculi ribosomunun dekodlaşdırma yerində A1491 qalığı U1491 ilə əvəz olundu və bu da potensial olaraq bu aktiv yeri hədəf alan kiçik molekullar üçün unikal bir bağlanma interfeysi yaratdı. Eyni A14901 variantı P. loctake və V. necatrix kimi digər mikrosporidiyalarda da mövcuddur ki, bu da onun mikrosporidiya növləri arasında geniş yayıldığını göstərir (Şəkil 1f).
E. cuniculi ribosom nümunələrimiz metabolik cəhətdən qeyri-aktiv sporlardan təcrid olunduğu üçün, stress və ya aclıq şəraitində əvvəllər təsvir edilmiş ribosom bağlanması üçün E. cuniculi-nin krio-EM xəritəsini sınaqdan keçirdik. Qışlama amilləri 31,32,36,37, 38. Qışlama ribosomunun əvvəllər müəyyən edilmiş strukturunu E. cuniculi ribosomunun krio-EM xəritəsi ilə uyğunlaşdırdıq. Dok üçün S. cerevisiae ribosomları qışlama faktoru Stm138 ilə kompleksdə, Lso232 faktoru ilə kompleksdə çəyirtkə ribosomları və Mdf1 və Mdf231 faktorları ilə kompleksdə V. necatrix ribosomları istifadə edildi. Eyni zamanda, istirahət faktoru Mdf1-ə uyğun krio-EM sıxlığını tapdıq. Mdf1-in V. necatrix ribosomuna bağlanmasına bənzər şəkildə, Mdf1 də E. cuniculi ribosomuna bağlanır və burada ribosomun E sahəsini bloklayır və bu da parazit sporlarının bədən inaktivasiyası zamanı metabolik olaraq qeyri-aktiv hala gəlməsi zamanı ribosomların mövcud olmasına kömək edə bilər (Şəkil 2).
Mdf1, parazit sporları metabolik olaraq qeyri-aktiv hala gəldikdə ribosomu inaktivləşdirməyə kömək edən ribosomun E saytını bloklayır. E. cuniculi ribosomunun strukturunda Mdf1-in zülal sintezi zamanı ribosomdan deasilatlanmış tRNT-nin sərbəst buraxılmasını asanlaşdıran ribosomun hissəsi olan L1 ribosom sapı ilə əvvəllər məlum olmayan bir əlaqə yaratdığını aşkar etdik. Bu əlaqələr, Mdf1-in deasilatlanmış tRNT ilə eyni mexanizmdən istifadə edərək ribosomdan ayrıldığını göstərir və bu da ribosomun Mdf1-i necə çıxarıb zülal sintezini yenidən aktivləşdirməsi üçün mümkün bir izahat verir.
Lakin, strukturumuz Mdf1 ilə L1 ribosom ayağı (zülal sintezi zamanı ribosomdan deasilatlanmış tRNA-nın sərbəst buraxılmasına kömək edən ribosomun hissəsi) arasında naməlum bir əlaqə aşkar etdi. Xüsusilə, Mdf1 deasilatlanmış tRNA molekulunun dirsək seqmenti ilə eyni əlaqələrdən istifadə edir (Şəkil 2). Əvvəllər məlum olmayan bu molekulyar modelləşdirmə göstərdi ki, Mdf1 deasilatlanmış tRNA ilə eyni mexanizmdən istifadə edərək ribosomdan ayrılır və bu da ribosomun bu qışlama faktorunu necə aradan qaldıraraq zülal sintezini yenidən aktivləşdirdiyini izah edir.
rRNA modelini qurarkən, E. cuniculi ribosomunun qeyri-adi şəkildə qatlanmış rRNA fraqmentlərinə malik olduğunu və biz onları əridilmiş rRNA adlandırdıqlarını aşkar etdik (Şəkil 3). Həyatın üç sahəsini əhatə edən ribosomlarda rRNA əksər rRNA-nın ya əsas cütü olduğu, ya da bir-biri ilə qatlandığı və ya ribosomal zülallarla qarşılıqlı təsir göstərdiyi strukturlara qatlanır38,39,40. Lakin, E. cuniculi ribosomlarında rRNA-lar bəzi spirallarını açılmamış rRNA bölgələrinə çevirərək bu qatlanma prinsipini pozurlar.
S. cerevisiae, V. necatrix və E. cuniculi-də H18 25S rRNA spiralının quruluşu. Adətən, üç həyat sahəsini əhatə edən ribosomlarda bu bağlayıcı 24-34 qalıq ehtiva edən bir RNT spiralına çevrilir. Mikrosporidiyada isə əksinə, bu rRNA bağlayıcı tədricən yalnız 12 qalıq ehtiva edən iki tək zəncirli uridinlə zəngin bağlayıcıya çevrilir. Bu qalıqların əksəriyyəti həlledicilərə məruz qalır. Şəkil göstərir ki, parazit mikrosporidiyalar rRNA əsaslarının adətən digər əsaslarla birləşdiyi və ya rRNA-zülal qarşılıqlı təsirində iştirak etdiyi rRNA qatlanmasının ümumi prinsiplərini pozur. Mikrosporidiyada bəzi rRNA fraqmentləri əlverişsiz bir qatlanma əldə edir və bu zaman əvvəlki rRNA spiralının demək olar ki, düz xətt üzrə uzanan tək zəncirli fraqmentə çevrilməsi baş verir. Bu qeyri-adi bölgələrin olması mikrosporidiya rRNA-nın minimal sayda RNT əsaslarından istifadə edərək uzaq rRNA fraqmentlərinə bağlanmasına imkan verir.
Bu təkamül keçidinin ən təəccüblü nümunəsi H18 25S rRNA spiralında müşahidə edilə bilər (Şəkil 3). E. coli-dən insanlara qədər olan növlərdə bu rRNA spiralının əsasları 24-32 nukleotid ehtiva edir və bir qədər nizamsız spiral əmələ gətirir. V. necatrix və P. locustae-dən əvvəllər müəyyən edilmiş ribosomal strukturlarda31,32 H18 spiralının əsasları qismən açılmışdır, lakin nukleotid əsas cütləşməsi qorunub saxlanılır. Lakin, E. cuniculi-də bu rRNA fraqmenti ən qısa bağlayıcılara çevrilir 228UUUGU232 və 301UUUUUUUUU307. Tipik rRNA fraqmentlərindən fərqli olaraq, bu uridinlə zəngin bağlayıcılar ribosomal zülallarla qıvrılmır və ya geniş təmas yaratmır. Bunun əvəzinə, onlar rRNA zəncirlərinin demək olar ki, düz uzandığı həllediciyə açıq və tam açılmamış strukturlar qəbul edirlər. Bu uzanmış konformasiya, E. cuniculi-nin H16 və H18 rRNA spiralları arasındakı 33 Å boşluğunu doldurmaq üçün yalnız 12 RNT bazasından istifadə etdiyini, digər növlərin isə boşluğu doldurmaq üçün ən azı iki dəfə çox rRNA bazasına ehtiyac duyduğunu izah edir.
Beləliklə, biz nümayiş etdirə bilərik ki, enerji baxımından əlverişsiz qatlanma yolu ilə parazit mikrosporidiyalar həyatın üç sahəsindəki növlər arasında geniş şəkildə qorunub saxlanılan rRNA seqmentlərini belə sıxışdırmaq üçün bir strategiya hazırlamışlar. Görünür, rRNA spirallarını qısa poli-U bağlayıcılarına çevirən mutasiyalar toplayaraq, E. cuniculi distal rRNA fraqmentlərinin bağlanması üçün mümkün qədər az nukleotid ehtiva edən qeyri-adi rRNA fraqmentləri yarada bilər. Bu, mikrosporidiyaların struktur və funksional bütövlüyünü itirmədən əsas molekulyar strukturlarında necə kəskin azalma əldə etdiklərini izah etməyə kömək edir.
E. cuniculi rRNT-nin digər qeyri-adi xüsusiyyəti rRNT-nin qalınlaşmadan görünməsidir (Şəkil 4). Qabarıqlıqlar, RNT spiralında gizlənmək əvəzinə, ondan çıxan əsas cütləri olmayan nukleotidlərdir. Əksər rRNT çıxıntıları molekulyar yapışdırıcılar kimi çıxış edir və bitişik ribosomal zülallara və ya digər rRNT fraqmentlərinə bağlanmağa kömək edir. Bəzi qabarıqlıqlar menteşələr kimi çıxış edir və rRNT spiralının məhsuldar zülal sintezi üçün optimal şəkildə əyilməsinə və qatlanmasına imkan verir 41.
a rRNA çıxıntısı (S. cerevisiae nömrələnməsi) E. cuniculi ribosom strukturunda yoxdur, lakin digər əksər eukaryotlarda mövcuddur. E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens və E. cuniculi daxili ribosomlarında parazitlərdə qədim, yüksək dərəcədə qorunan rRNA qabarıqlıqlarının çoxu yoxdur. Bu qalınlaşmalar ribosom strukturunu sabitləşdirir; buna görə də, onların mikrosporidiyada olmaması mikrosporidiya parazitlərində rRNA qatlanmasının azalmış sabitliyini göstərir. P sapları (bakteriyalarda L7/L12 sapları) ilə müqayisə göstərir ki, rRNA qabarıqlıqlarının itirilməsi bəzən itirilmiş qabarıqlıqların yanında yeni qabarıqlıqların görünməsi ilə üst-üstə düşür. 23S/28S rRNA-dakı H42 spiralının həyatın üç sahəsində qorunması səbəbindən ən azı 3,5 milyard yaşı olduğu təxmin edilən qədim bir qabarıqlığı (Saccharomyces cerevisiae-də U1206) var. Mikrosporidiyada bu qabarıqlıq aradan qaldırılır. Lakin, itirilmiş qabarıqlığın yanında yeni bir qabarıqlıq (A1306 in E. cuniculi) əmələ gəldi.
Təəccüblüdür ki, E. cuniculi ribosomlarında digər növlərdə olan rRNA qabarıqlıqlarının əksəriyyətinin, o cümlədən digər eukaryotlarda qorunub saxlanılan 30-dan çox qabarıqlığın olmadığını aşkar etdik (Şəkil 4a). Bu itki ribosom alt vahidləri və bitişik rRNA spiralları arasındakı bir çox əlaqəni aradan qaldırır, bəzən ribosom daxilində böyük boşluqlar yaradır və E. cuniculi ribosomunu daha ənənəvi ribosomlarla müqayisədə daha məsaməli edir (Şəkil 4b). Xüsusilə, bu qabarıqlıqların əksəriyyətinin əvvəllər müəyyən edilmiş V. necatrix və P. locqustae ribosom strukturlarında da itdiyini aşkar etdik ki, bunlar əvvəlki struktur təhlillərində nəzərə alınmayıb31,32.
Bəzən rRNT qabarıqlıqlarının itirilməsi itirilmiş qabarıqlığın yanında yeni qabarıqlıqların inkişafı ilə müşayiət olunur. Məsələn, ribosomal P-gövdəsində E. coli-dən insanlara keçən və buna görə də 3,5 milyard il yaşı olan U1208 qabarıqlığı (Saccharomyces cerevisiae-də) var. Zülal sintezi zamanı bu qabarıqlıq P gövdəsinin açıq və qapalı konformasiyalar arasında hərəkət etməsinə kömək edir ki, ribosom tərcümə amillərini cəlb edib onları aktiv mərkəzə çatdıra bilsin. E. cuniculi ribosomlarında bu qalınlaşma yoxdur; lakin, yalnız üç əsas cütündə yerləşən yeni qalınlaşma (G883) P gövdəsinin optimal elastikliyinin bərpasına kömək edə bilər (Şəkil 4c).
Şişkinliksiz rRNT haqqında əldə etdiyimiz məlumatlar göstərir ki, rRNT-nin minimuma endirilməsi ribosomun səthində rRNT elementlərinin itirilməsi ilə məhdudlaşmır, həm də ribosom nüvəsini əhatə edə bilər və sərbəst yaşayan hüceyrələrdə təsvir olunmayan parazitə xas molekulyar qüsur yaradır. Canlı növlər müşahidə olunur.
Kanonik ribosomal zülalları və rRNT-ni modelləşdirdikdən sonra, ənənəvi ribosomal komponentlərin krio-EM görüntüsünün üç hissəsini izah edə bilmədiyini aşkar etdik. Bu fraqmentlərdən ikisi ölçüsü kiçik molekullardır (Şəkil 5, Əlavə Şəkil 8). Birinci seqment, adətən E. cuniculi-də qısaldılmış eL18-in C-termini tərəfindən tutulan bir vəziyyətdə ribosomal zülallar uL15 və eL18 arasında yerləşir. Bu molekulun kimliyini müəyyən edə bilməsək də, bu sıxlıq adasının ölçüsü və forması spermidin molekullarının olması ilə yaxşı izah olunur. Onun ribosoma bağlanması uL15 zülallarında (Asp51 və Arg56) mikrosporidiyaya xas mutasiyalar tərəfindən sabitləşdirilir ki, bu da ribosomun bu kiçik molekula yaxınlığını artırır, çünki onlar uL15-in kiçik molekulu ribosomal quruluşa bükməsinə imkan verir. Əlavə Şəkil 2). 8, əlavə məlumatlar 1, 2).
E. cuniculi ribosomuna bağlı riboza xaricində nukleotidlərin mövcudluğunu göstərən krio-EM görüntüləmə. E. cuniculi ribosomunda bu nukleotid əksər digər eukaryotik ribosomlarda 25S rRNA A3186 nukleotidi (Saccharomyces cerevisiae nömrələməsi) ilə eyni yeri tutur. b E. cuniculi-nin ribosomal strukturunda bu nukleotid uL9 və eL20 ribosomal zülalları arasında yerləşir və bununla da iki zülal arasındakı təması sabitləşdirir. cd mikrosporidia növləri arasında eL20 ardıcıllığının qorunması təhlili. Microsporidia növlərinin filogenetik ağacı (c) və eL20 zülalının çoxsaylı ardıcıllıq uyğunlaşdırılması (d) göstərir ki, nukleotid bağlayan F170 və K172 qalıqları, ES39L rRNA uzantısını saxlayan erkən budaqlanan Microsporidia istisna olmaqla, S. lophii istisna olmaqla, əksər tipik Microsporidialarda qorunur. e Bu rəqəm göstərir ki, nukleotid bağlayan qalıqlar F170 və K172 yalnız yüksək dərəcədə azalmış mikrosporidiya genomunun eL20-də mövcuddur, lakin digər eukaryotlarda yoxdur. Ümumilikdə, bu məlumatlar Mikrosporidiya ribosomlarının AMP molekullarını bağlayan və ribosomal strukturda zülal-zülal qarşılıqlı təsirlərini sabitləşdirmək üçün istifadə edən bir nukleotid bağlama sahəsi inkişaf etdirdiyini göstərir. Bu bağlama sahəsinin Mikrosporidiyada yüksək səviyyədə qorunması və digər eukaryotlarda olmaması, bu sahənin Mikrosporidiya üçün selektiv sağ qalma üstünlüyü təmin edə biləcəyini göstərir. Beləliklə, mikrosporidiya ribosomundakı nukleotid bağlama cibinin əvvəllər təsvir edildiyi kimi degenerativ bir xüsusiyyət və ya rRNA parçalanmasının son forması kimi görünmür, əksinə mikrosporidiya ribosomunun kiçik molekulları birbaşa bağlamasına və onları molekulyar tikinti blokları kimi istifadə etməsinə imkan verən faydalı bir təkamül yeniliyidir. Bu kəşf mikrosporidiya ribosomunu tək bir nukleotidi struktur tikinti bloku kimi istifadə etdiyi bilinən yeganə ribosoma çevirir. f Nukleotid bağlanmasından əldə edilən hipotetik təkamül yolu.
İkinci aşağı molekulyar çəkili sıxlıq ribosomal zülallar uL9 və eL30 arasındakı sərhəddə yerləşir (Şəkil 5a). Bu sərhəd əvvəllər Saccharomyces cerevisiae ribosomunun strukturunda rRNA A3186-nın (ES39L rRNA uzantısının bir hissəsi) 25S nukleotidi üçün bağlanma yeri kimi təsvir edilmişdir38. Degenerativ P. locustae ES39L ribosomlarında bu sərhədin naməlum tək nukleotidə 31 bağlandığı və bu nukleotidin rRNA-nın uzunluğunun ~130-230 əsas olduğu reduksiya olunmuş son rRNA forması olduğu güman edilir. ES39L tək nukleotidə 32.43-ə reduksiya olunur. Krio-EM görüntülərimiz sıxlığın nukleotidlərlə izah edilə biləcəyi fikrini dəstəkləyir. Lakin, strukturumuzun daha yüksək qətnaməsi bu nukleotidin ekstraribosomal molekul, ehtimal ki, AMP olduğunu göstərdi (Şəkil 5a, b).
Daha sonra nukleotid bağlanma yerinin E. cuniculi ribosomunda olub-olmadığını, yoxsa əvvəllər mövcud olub-olmadığını soruşduq. Nukleotid bağlanması əsasən eL30 ribosomal zülalındakı Phe170 və Lys172 qalıqları vasitəsilə həyata keçirildiyindən, bu qalıqların 4396 nümayəndəli eukaryotda qorunmasını qiymətləndirdik. Yuxarıdakı uL15-də olduğu kimi, Phe170 və Lys172 qalıqlarının yalnız tipik Microsporidia-da yüksək səviyyədə qorunduğunu, lakin ES39L rRNA fraqmentinin reduksiya olunmadığı atipik Microsporidia Mitosporidium və Amphiamblis daxil olmaqla digər eukaryotlarda olmadığını müəyyən etdik (Şəkil 5c). -e).
Bu məlumatlar birlikdə götürüldükdə, E. cuniculi və ehtimal ki, digər kanonik mikrosporidiyaların rRNT və zülal səviyyələrinin azalmasını kompensasiya etmək üçün ribosom strukturunda çoxlu sayda kiçik metabolitləri effektiv şəkildə tutmaq qabiliyyətini inkişaf etdirdiyi fikrini dəstəkləyir. Bunu edərkən, onlar ribosom xaricində nukleotidləri bağlamaq üçün unikal bir qabiliyyət inkişaf etdirdilər və bu da parazit molekulyar strukturların bol miqdarda kiçik metabolitləri tutmaqla və onları parçalanmış RNT və zülal fraqmentlərinin struktur təqlidləri kimi istifadə etməklə kompensasiya etdiyini göstərir.
Krio-EM xəritəmizin üçüncü simulyasiya olunmamış hissəsi, böyük ribosomal alt vahiddə tapılıb. Xəritəmizin nisbətən yüksək qətnaməsi (2.6 Å) bu sıxlığın böyük yan zəncir qalıqlarının unikal kombinasiyalarına malik zülallara aid olduğunu göstərir ki, bu da bizə bu sıxlığı əvvəllər məlum olmayan və müəyyən etdiyimiz ribosomal zülal kimi müəyyən etməyə imkan verdi. msL2 (Microsporidia-spesifik protein L2) adlandırıldı (metodlar, şəkil 6). Homologiya axtarışımız göstərdi ki, msL2 Encephaliter və Orosporidium cinsinin Microsporidia kladasında qorunub saxlanılır, lakin digər növlərdə, o cümlədən digər Microsporidia-da yoxdur. Ribosomal strukturda msL2 uzadılmış ES31L rRNT-nin itirilməsindən əmələ gələn boşluğu tutur. Bu boşluqda msL2 rRNT-nin qatlanmasını sabitləşdirməyə kömək edir və ES31L-nin itirilməsini kompensasiya edə bilər (Şəkil 6).
a E. cuniculi ribosomlarında tapılan Microsporidia-spesifik ribosomal zülal msL2-nin elektron sıxlığı və modeli. b Saccharomyces cerevisiae-nin 80S ribosomu da daxil olmaqla, əksər eukaryotik ribosomlarda əksər Microsporidian növlərində ES19L rRNA amplifikasiyası itirilir. V. necatrix microsporidia ribosomunun əvvəllər müəyyən edilmiş strukturu, bu parazitlərdə ES19L itkisinin yeni msL1 ribosomal zülalının təkamülü ilə kompensasiya olunduğunu göstərir. Bu tədqiqatda, E. cuniculi ribosomunun ES19L itkisinin zahiri kompensasiyası olaraq əlavə bir ribosomal RNT imitasiya zülalı da inkişaf etdirdiyini aşkar etdik. Lakin, msL2 (hazırda hipotetik ECU06_1135 zülalı kimi qeyd olunur) və msL1 fərqli struktur və təkamül mənşəli olur. c Təkamül yolu ilə əlaqəsi olmayan msL1 və msL2 ribosomal zülallarının generasiyasının bu kəşfi, ribosomların rRNT-lərində zərərli mutasiyalar topladıqları təqdirdə, yaxın qohum növlərin kiçik bir alt qrupunda belə görünməmiş səviyyədə tərkib müxtəlifliyinə nail ola biləcəklərini göstərir. Bu kəşf, yüksək dərəcədə azalmış rRNT və növlər arasında zülal tərkibində anormal dəyişkənliyi ilə tanınan mitoxondrial ribosomun mənşəyini və təkamülünü aydınlaşdırmağa kömək edə bilər.
Daha sonra msL2 zülalını əvvəllər təsvir edilmiş msL1 zülalı ilə müqayisə etdik. Bu zülal V. necatrix ribosomunda tapılan yeganə məlum mikrosporidiyaya xas ribosomal zülaldır. Biz msL1 və msL2-nin təkamül baxımından əlaqəli olub-olmadığını yoxlamaq istədik. Təhlilimiz göstərdi ki, msL1 və msL2 ribosomal strukturda eyni boşluğu tutur, lakin fərqli birincili və üçüncülü strukturlara malikdir ki, bu da onların müstəqil təkamül mənşəyini göstərir (Şəkil 6). Beləliklə, msL2-nin kəşfi kompakt ökaryotik növ qruplarının rRNA fraqmentlərinin itkisini kompensasiya etmək üçün struktur cəhətdən fərqli ribosomal zülalları müstəqil şəkildə inkişaf etdirə biləcəyinə dair dəlil təqdim edir. Bu tapıntı əksər sitoplazmatik ökaryotik ribosomların 81 ribosomal zülaldan ibarət eyni ailəni də əhatə edən invariant zülal ehtiva etməsi ilə diqqətəlayiqdir. Genişlənmiş rRNA seqmentlərinin itirilməsinə cavab olaraq müxtəlif mikrosporidiya qruplarında msL1 və msL2-nin meydana çıxması, parazitin molekulyar arxitekturasının deqradasiyasının parazitlərin kompensator mutasiyalar axtarmasına səbəb olduğunu və nəticədə onların müxtəlif parazit populyasiyalarında əldə edilməsinə səbəb ola biləcəyini göstərir.
Nəhayət, modelimiz tamamlandıqda, E. cuniculi ribosomunun tərkibini genom ardıcıllığından proqnozlaşdırılan tərkiblə müqayisə etdik. eL14, eL38, eL41 və eS30 daxil olmaqla bir neçə ribosomal zülalın əvvəllər E. cuniculi genomundan homologlarının olmaması səbəbindən E. cuniculi genomundan itkin düşdüyü düşünülürdü. Bir çox ribosomal zülalların itkisi, digər yüksək dərəcədə azalmış hüceyrədaxili parazitlərin və endosimbiontların əksəriyyətində də proqnozlaşdırılır. Məsələn, sərbəst yaşayan bakteriyaların əksəriyyətində 54 ribosomal zülaldan ibarət eyni ailə olsa da, bu zülal ailələrindən yalnız 11-də ev sahibi tərəfindən məhdudlaşdırılmış bakteriyaların təhlil edilən hər bir genomunda aşkar edilə bilən homologlar var. Bu fikri dəstəkləmək üçün, eL38 və eL4131,32 zülallarından məhrum olan V. necatrix və P. locustae microsporidia-da ribosomal zülalların itkisi eksperimental olaraq müşahidə edilmişdir.
Lakin, strukturlarımız göstərir ki, E. cuniculi ribosomunda yalnız eL38, eL41 və eS30 əslində itir. eL14 zülalı qorunub saxlanılıb və strukturumuz bu zülalın homologiya axtarışında niyə tapılmadığını göstərdi (Şəkil 7). E. cuniculi ribosomlarında eL14 bağlanma yerinin çox hissəsi rRNA ilə gücləndirilmiş ES39L-in parçalanması səbəbindən itirilir. ES39L olmadığı təqdirdə, eL14 ikinci dərəcəli strukturunun çox hissəsini itirib və eL14 ardıcıllığının yalnız 18%-i E. cuniculi və S. cerevisiae-də eyni olub. Bu zəif ardıcıllıq qorunub saxlanılması diqqətəlayiqdir, çünki hətta 1,5 milyard il ara ilə təkamül keçirən orqanizmlər olan Saccharomyces cerevisiae və Homo sapiens də eL14-də eyni qalıqların 51%-dən çoxunu bölüşürlər. Bu anomal qorunma itkisi, E. cuniculi eL14-ün hazırda eL1427 ribosomal zülalı kimi deyil, ehtimal olunan M970_061160 zülalı kimi qeyd olunmasının səbəbini izah edir.
və Microsporidia ribosomu ES39L rRNA uzantısını itirdi ki, bu da eL14 ribosomal zülal bağlanma yerini qismən aradan qaldırdı. ES39L olmadığı təqdirdə, eL14 mikrospor zülalı ikinci dərəcəli struktur itkisinə məruz qalır və bu zaman əvvəlki rRNA-ya bağlanan α-heliks minimal uzunluqlu bir döngəyə degenerasiya edir. b Çoxsaylı ardıcıllıq uyğunlaşması göstərir ki, eL14 zülalı eukaryotik növlərdə yüksək dərəcədə qorunur (maya və insan homologları arasında ardıcıllıq eyniliyi 57%), lakin mikrosporidiyada zəif qorunur və divergentdir (qalıqların 24%-dən çoxu eL14 homologu ilə eyni deyil). S. cerevisiae və ya H. sapiens-dən). Bu zəif ardıcıllıq qorunması və ikinci dərəcəli struktur dəyişkənliyi eL14 homologunun niyə E. cuniculi-də tapılmadığını və bu zülalın niyə E. cuniculi-də itirildiyini düşündüyünü izah edir. Bunun əksinə olaraq, E. cuniculi eL14 əvvəllər ehtimal olunan M970_061160 zülalı kimi qeyd olunurdu. Bu müşahidə mikrosporidiya genomunun müxtəlifliyinin hazırda həddindən artıq qiymətləndirildiyini göstərir: hazırda mikrosporidiyada itirildiyi düşünülən bəzi genlər, yüksək dərəcədə fərqlənmiş formalarda olsa da, əslində qorunub saxlanılır; bunun əvəzinə, bəzilərinin qurdlara xas zülallar üçün mikrosporidiya genlərini kodlaşdırdığı düşünülür (məsələn, hipotetik M970_061160 zülalı) əslində digər ökaryotlarda tapılan çox müxtəlif zülalları kodlaşdırır.
Bu tapıntı, rRNT-nin denaturasiyasının qonşu ribosomal zülallarda ardıcıllığın qorunmasının kəskin şəkildə itirilməsinə səbəb ola biləcəyini və bu zülalların homologiya axtarışları üçün aşkarlanmaz hala gəldiyini göstərir. Beləliklə, kiçik genom orqanizmlərində molekulyar parçalanmanın faktiki dərəcəsini həddindən artıq qiymətləndirə bilərik, çünki itirildiyi düşünülən bəzi zülallar, çox dəyişdirilmiş formalarda olsa da, əslində qalır.
Parazitlər həddindən artıq genom reduksiyası şəraitində molekulyar maşınlarının funksiyasını necə saxlaya bilərlər? Tədqiqatımız bu suala ən kiçik ökaryotik genomlardan birinə malik olan E. cuniculi orqanizminin mürəkkəb molekulyar quruluşunu (ribosomunu) təsvir etməklə cavab verir.
Təxminən iyirmi ildir ki, mikrob parazitlərindəki zülal və RNT molekullarının sərbəst yaşayan növlərdəki homoloji molekullarından tez-tez fərqləndiyi, keyfiyyətə nəzarət mərkəzlərinin olmaması, sərbəst yaşayan mikroblarda ölçülərinin 50%-ə qədər azalması və s. kimi səbəblərdən qatlanmanı və funksiyanı pozan bir çox zəiflədici mutasiyaların olduğu məlumdur. Məsələn, bir çox hüceyrədaxili parazitlər və endosimbiontlar da daxil olmaqla kiçik genom orqanizmlərinin ribosomlarında sərbəst yaşayan növlərlə müqayisədə bir neçə ribosomal zülal və üçdə birinə qədər rRNT nukleotidlərinin olmaması gözlənilir 27, 29, 30, 49. Lakin, bu molekulların parazitlərdə necə fəaliyyət göstərməsi əsasən müqayisəli genomika vasitəsilə öyrənilən bir sirr olaraq qalır.
Tədqiqatımız göstərir ki, makromolekulların quruluşu, hüceyrədaxili parazitlərin və digər sahib tərəfindən məhdudlaşdırılmış orqanizmlərin ənənəvi müqayisəli genom tədqiqatlarından çıxarılması çətin olan təkamülün bir çox aspektlərini ortaya çıxara bilər (Əlavə Şəkil 7). Məsələn, eL14 zülalının nümunəsi göstərir ki, parazit növlərində molekulyar aparatın faktiki deqradasiya dərəcəsini həddindən artıq qiymətləndirə bilərik. Ensefalit parazitlərinin indi yüzlərlə mikrosporidiyaya xas genlərə malik olduğuna inanılır. Lakin nəticələrimiz göstərir ki, bu zahirən spesifik genlərin bəziləri əslində digər eukaryotlarda rast gəlinən genlərin çox fərqli variantlarıdır. Bundan əlavə, msL2 zülalının nümunəsi yeni ribosomal zülalları necə gözardı etdiyimizi və parazit molekulyar maşınların tərkibini necə az qiymətləndirdiyimizi göstərir. Kiçik molekulların nümunəsi, parazit molekulyar strukturlarındakı onlara yeni bioloji aktivlik verə biləcək ən dahiyanə yenilikləri necə gözardı edə biləcəyimizi göstərir.
Ümumilikdə, bu nəticələr, ev sahibi tərəfindən məhdudlaşdırılmış orqanizmlərin molekulyar strukturları ilə sərbəst yaşayan orqanizmlərdəki analoqları arasındakı fərqləri anlamağımızı yaxşılaşdırır. Uzun müddətdir ki, reduksiya olunduğu, degenerasiya olunduğu və müxtəlif zəiflədici mutasiyalara məruz qaldığı düşünülən molekulyar maşınların əvəzinə sistematik olaraq nəzərdən qaçırılan bir sıra qeyri-adi struktur xüsusiyyətlərinə malik olduğunu göstəririk.
Digər tərəfdən, E. cuniculi ribosomlarında tapdığımız həcmsiz rRNT fraqmentləri və əridilmiş fraqmentlər, genom reduksiyasının həyatın üç sahəsində - növlərin müstəqil təkamülündən təxminən 3,5 milyard il sonra - qorunub saxlanılan əsas molekulyar mexanizmin hissələrini belə dəyişdirə biləcəyini göstərir.
E. cuniculi ribosomlarındakı qabarıq və əridilmiş rRNA fraqmentləri, endosimbiotik bakteriyalarda RNT molekullarının əvvəlki tədqiqatları işığında xüsusilə maraq doğurur. Məsələn, bit endosimbiontu Buchnera aphidicola-da, rRNA və tRNA molekullarının A+T tərkib qərəzliliyi və qeyri-kanonik əsas cütlərinin yüksək nisbəti səbəbindən temperatura həssas strukturlara malik olduğu göstərilmişdir20,50. RNT-dəki bu dəyişikliklərin, eləcə də zülal molekullarındakı dəyişikliklərin indi endosimbiontların partnyorlardan həddindən artıq asılılığına və endosimbiontların istiliyi ötürə bilməməsinə səbəb olduğu düşünülür21,23. Parazitar mikrosporidiya rRNA-sında struktur olaraq fərqli dəyişikliklər olsa da, bu dəyişikliklərin təbiəti göstərir ki, azalmış istilik sabitliyi və şaperon zülallarından daha yüksək asılılıq azalmış genomları olan orqanizmlərdə RNT molekullarının ümumi xüsusiyyətləri ola bilər.
Digər tərəfdən, strukturlarımız göstərir ki, parazit mikrosporidiyaları geniş qorunan rRNT və zülal fraqmentlərinə müqavimət göstərmək üçün unikal bir qabiliyyət inkişaf etdirmiş və bol və asanlıqla əldə edilə bilən kiçik metabolitləri degenerat rRNT və zülal fraqmentlərinin struktur təqlidləri kimi istifadə etmək qabiliyyətini inkişaf etdirmişdir. Molekulyar strukturun deqradasiyası. Bu fikir, E. cuniculi-nin rRNT və ribosomlarındakı zülal fraqmentlərinin itkisini kompensasiya edən kiçik molekulların uL15 və eL30 zülallarındakı mikrosporidiyaya xas qalıqlara bağlanması ilə dəstəklənir. Bu, kiçik molekulların ribosomlara bağlanmasının müsbət seleksiyanın məhsulu ola biləcəyini göstərir, burada ribosomal zülallardakı Mikrosporidiyaya xas mutasiyalar ribosomların kiçik molekullara yaxınlığını artırmaq qabiliyyətinə görə seçilmişdir ki, bu da daha səmərəli ribosomal orqanizmlərə səbəb ola bilər. Kəşf mikrob parazitlərinin molekulyar strukturunda ağıllı bir yenilik ortaya qoyur və bizə parazit molekulyar strukturlarının reduksiya təkamülünə baxmayaraq funksiyalarını necə qoruduğunu daha yaxşı başa düşməyə imkan verir.
Hazırda bu kiçik molekulların identifikasiyası qeyri-müəyyən olaraq qalır. Ribosomal strukturda bu kiçik molekulların görünüşünün mikrosporidiya növləri arasında niyə fərqləndiyi aydın deyil. Xüsusilə, V. necatrix-in eL20 və K172 zülallarında F170 qalığının olmasına baxmayaraq, nukleotid bağlanmasının E. cuniculi və P. loccate-in ribosomlarında müşahidə olunmadığı, V. necatrix-in ribosomlarında isə müşahidə olunmadığı aydın deyil. Bu silinməyə V. necatrix-də tirozin olan və E. cuniculi və P. loccate-də treonin olmayan 43 uL6 qalığı (nukleotid bağlanma cibinin yanında yerləşir) səbəb ola bilər. Tyr43-ün həcmli aromatik yan zənciri sterik üst-üstə düşmə səbəbindən nukleotid bağlanmasına mane ola bilər. Alternativ olaraq, görünən nukleotid silinməsi, V. necatrix ribosomal fraqmentlərinin modelləşdirilməsinə mane olan krio-EM görüntüləməsinin aşağı qətnaməsi ilə əlaqəli ola bilər.
Digər tərəfdən, işimiz genom çürüməsi prosesinin ixtiraçı qüvvə ola biləcəyini göstərir. Xüsusilə, E. cuniculi ribosomunun quruluşu, mikrosporidia ribosomunda rRNT və zülal fraqmentlərinin itirilməsinin ribosom strukturunda dəyişiklikləri təşviq edən təkamül təzyiqi yaratdığını göstərir. Bu variantlar ribosomun aktiv yerindən uzaqda baş verir və əks halda azalmış rRNT tərəfindən pozulan optimal ribosom yığımını qorumağa (və ya bərpa etməyə) kömək edir. Bu, mikrosporidia ribosomunun əsas yeniliyinin gen sürüşməsini buferləşdirmək ehtiyacına çevrildiyini göstərir.
Bəlkə də bunu ən yaxşı şəkildə indiyə qədər digər orqanizmlərdə müşahidə olunmayan nukleotid bağlanması ilə göstərmək olar. Nukleotid bağlanma qalıqlarının tipik mikrosporidiyalarda mövcud olması, digər eukaryotlarda isə olmaması, nukleotid bağlanma yerlərinin sadəcə yox olmağı gözləyən qalıqlar və ya rRNT-nin fərdi nukleotidlər formasına bərpa olunması üçün son yer olmadığını göstərir. Bunun əvəzinə, bu yer bir neçə müsbət seçim mərhələsi ərzində inkişaf etmiş ola biləcək faydalı bir xüsusiyyət kimi görünür. Nukleotid bağlanma yerləri təbii seleksiyanın yan məhsulu ola bilər: ES39L parçalandıqdan sonra mikrosporidiyalar ES39L olmadığı təqdirdə optimal ribosom biogenezini bərpa etmək üçün kompensasiya axtarmağa məcbur olurlar. Bu nukleotid ES39L-dəki A3186 nukleotidinin molekulyar kontaktlarını təqlid edə bildiyindən, nukleotid molekulu ribosomun tikinti blokuna çevrilir və onun bağlanması eL30 ardıcıllığının mutasiyası ilə daha da yaxşılaşır.
Hüceyrədaxili parazitlərin molekulyar təkamülünə gəldikdə, tədqiqatımız göstərir ki, Darvin təbii seleksiyası və genom çürüməsinin genetik sürüşməsi qüvvələri paralel olaraq fəaliyyət göstərmir, əksinə titrəyir. Birincisi, genetik sürüşmə biomolekulların vacib xüsusiyyətlərini aradan qaldırır və bu da kompensasiyaya çox ehtiyac duyur. Yalnız parazitlər bu ehtiyacı Darvin təbii seleksiyası vasitəsilə ödədikdə, onların makromolekulları ən təsirli və innovativ xüsusiyyətlərini inkişaf etdirmək şansına sahib olacaqlar. Əhəmiyyətli olan odur ki, E. cuniculi ribosomundakı nukleotid bağlanma sahələrinin təkamülü göstərir ki, molekulyar təkamülün bu itki-qazanma modeli yalnız zərərli mutasiyaları amortizasiya etmir, həm də bəzən parazit makromolekullara tamamilə yeni funksiyalar verir.
Bu fikir Sewell Wright-ın hərəkətli tarazlıq nəzəriyyəsi ilə uyğundur, bu nəzəriyyəyə görə, sərt təbii seleksiya sisteminin orqanizmlərin innovasiya qabiliyyətini məhdudlaşdırdığı bildirilir51,52,53. Lakin, genetik sürüşmə təbii seleksiyanı pozarsa, bu sürüşmələr özlüyündə adaptiv olmayan (və ya hətta zərərli), lakin daha yüksək uyğunluq və ya yeni bioloji aktivlik təmin edən daha çox dəyişikliklərə səbəb ola bilər. Çərçivəmiz bu fikri dəstəkləyir, biomolekulun qatlanmasını və funksiyasını azaldan eyni tip mutasiya onun təkmilləşdirilməsinin əsas tetikleyicisi kimi görünür. Hər iki tərəf üçün faydalı təkamül modelinə uyğun olaraq, tədqiqatımız göstərir ki, ənənəvi olaraq degenerativ proses kimi qəbul edilən genom çürüməsi də innovasiyanın əsas hərəkətverici qüvvəsidir, bəzən və bəlkə də tez-tez makromolekulların yeni parazit fəaliyyətlər əldə etməsinə imkan verir. onlardan istifadə edə bilərlər.