Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага карыстання рэкамендуем выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем адлюстроўваць сайт без стыляў і JavaScript.
Эвалюцыя мікробных паразітаў уключае ў сябе супрацьдзеянне паміж натуральным адборам, які прымушае паразітаў удасканальвацца, і генетычным дрэйфам, які прыводзіць да таго, што паразіты губляюць гены і назапашваюць шкодныя мутацыі. Тут, каб зразумець, як гэта супрацьдзеянне адбываецца ў маштабе адной макрамалекулы, мы апісваем крыя-ЭМ структуру рыбасомы Encephalitozoon cuniculi, эўкарыятычнага арганізма з адным з самых маленькіх геномаў у прыродзе. Экстрэмальнае скарачэнне рРНК у рыбасомах E. cuniculi суправаджаецца беспрэцэдэнтнымі структурнымі зменамі, такімі як эвалюцыя раней невядомых злітых лінкераў рРНК і рРНК без выпукласцяў. Акрамя таго, рыбасома E. cuniculi перажыла страту фрагментаў і бялкоў рРНК, развіўшы здольнасць выкарыстоўваць малыя малекулы ў якасці структурных імітацый дэградаваных фрагментаў і бялкоў рРНК. У цэлым, мы паказваем, што малекулярныя структуры, якія доўга лічыліся рэдукаванымі, дэгенератыўнымі і схільнымі да знясільваючых мутацый, маюць шэраг кампенсаторных механізмаў, якія падтрымліваюць іх актыўнасць, нягледзячы на ​​экстрэмальныя малекулярныя скарачэнні.
Паколькі большасць груп мікробных паразітаў маюць унікальныя малекулярныя інструменты для выкарыстання сваіх гаспадароў, нам часта даводзіцца распрацоўваць розныя тэрапеўтычныя прэпараты для розных груп паразітаў1,2. Аднак новыя дадзеныя сведчаць аб тым, што некаторыя аспекты эвалюцыі паразітаў з'яўляюцца канвергентнымі і ў значнай ступені прадказальнымі, што сведчыць аб патэнцыйнай аснове для шырокіх тэрапеўтычных умяшанняў у барацьбу з мікробнымі паразітамі3,4,5,6,7,8,9.
Папярэднія працы вызначылі агульную эвалюцыйную тэндэнцыю мікробных паразітаў, якая называецца рэдукцыяй геному або распадам геному10,11,12,13. Сучасныя даследаванні паказваюць, што калі мікраарганізмы адмаўляюцца ад свайго свабоднага ладу жыцця і становяцца ўнутрыклеткавымі паразітамі (або эндасімбіёнтамі), іх геномы перажываюць павольныя, але дзіўныя метамарфозы на працягу мільёнаў гадоў9,11. У працэсе, вядомым як распад геному, мікробныя паразіты назапашваюць шкодныя мутацыі, якія ператвараюць многія раней важныя гены ў псеўдагены, што прыводзіць да паступовай страты генаў і мутацыйнага калапсу14,15. Гэты калапс можа знішчыць да 95% генаў у самых старых унутрыклеткавых арганізмах у параўнанні з блізкароднаснымі свабоднажывучымі відамі. Такім чынам, эвалюцыя ўнутрыклеткавых паразітаў — гэта перацягванне каната паміж двума супрацьлеглымі сіламі: дарвінаўскім натуральным адборам, які вядзе да ўдасканалення паразітаў, і калапсам геному, які кідае паразітаў у забыццё. Як паразіту ўдалося выйсці з гэтага перацягвання каната і захаваць актыўнасць сваёй малекулярнай структуры, застаецца незразумелым.
Нягледзячы на ​​тое, што механізм распаду геному да канца не вывучаны, відаць, што ён адбываецца ў асноўным з-за частых генетычных дрэйфаў. Паколькі паразіты жывуць невялікімі, бясполымі і генетычна абмежаванымі папуляцыямі, яны не могуць эфектыўна ліквідаваць шкодныя мутацыі, якія часам узнікаюць падчас рэплікацыі ДНК. Гэта прыводзіць да незваротнага назапашвання шкодных мутацый і скарачэння геному паразіта. У выніку паразіт не толькі губляе гены, якія больш не патрэбныя для яго выжывання ва ўнутрыклеткавым асяроддзі. Менавіта няздольнасць папуляцый паразітаў эфектыўна ліквідаваць спарадычныя шкодныя мутацыі прыводзіць да назапашвання гэтых мутацый па ўсім геноме, у тым ліку ў іх найважнейшых генах.
Большая частка нашага сучаснага разумення рэдукцыі геному заснавана выключна на параўнанні паслядоўнасцей геному, прычым меншая ўвага надаецца зменам у рэальных малекулах, якія выконваюць функцыі хатняга ўтрымання і служаць патэнцыйнымі мішэнямі для лекаў. Параўнальныя даследаванні паказалі, што цяжар шкодных унутрыклеткавых мікробных мутацый, відаць, схіляе бялкі і нуклеінавыя кіслоты да няправільнага згортвання і агрэгацыі, робячы іх больш залежнымі ад шаперонаў і падвышанай адчувальнасцю да цяпла19,20,21,22,23. Акрамя таго, розныя паразіты — незалежная эвалюцыя часам падзеленая на цэлых 2,5 мільярда гадоў — зведалі падобную страту цэнтраў кантролю якасці ў сваім сінтэзе бялку5,6 і механізмах рамонту ДНК24. Аднак мала што вядома пра ўплыў унутрыклеткавага ладу жыцця на ўсе іншыя ўласцівасці клетачных макрамалекул, у тым ліку малекулярную адаптацыю да ўзрастаючай цяжару шкодных мутацый.
У гэтай працы, каб лепш зразумець эвалюцыю бялкоў і нуклеінавых кіслот унутрыклеткавых мікраарганізмаў, мы вызначылі структуру рыбасом унутрыклеткавага паразіта Encephalitozoon cuniculi. E. cuniculi — гэта грыбападобны арганізм, які належыць да групы паразітычных мікраспарыдый, якія маюць незвычайна малыя эўкарыятычныя геномы і таму выкарыстоўваюцца ў якасці мадэльных арганізмаў для вывучэння распаду геному25,26,27,28,29,30. Нядаўна крыя-ЭМ-структура рыбасом была вызначана для ўмерана рэдукаваных геномаў Microsporidia, Paranosema locustae і Vairimorpha necatrix31,32 (геном ~3,2 Мб). Гэтыя структуры сведчаць аб тым, што некаторая страта ампліфікацыі рРНК кампенсуецца развіццём новых кантактаў паміж суседнімі рыбасомнымі бялкамі або набыццём новых рыбасомных бялкоў msL131,32. Від Encephalitozoon (геном ~2,5 мільёна пар асноў), разам са сваім бліжэйшым сваяком Ordospora, дэманструюць найвышэйшую ступень рэдукцыі геному сярод эўкарыёт — яны маюць менш за 2000 генаў, якія кадуюць бялкі, і чакаецца, што іх рыбасомы не толькі пазбаўленыя фрагментаў экспансіі рРНК (фрагментаў рРНК, якія адрозніваюць эўкарыятычныя рыбасомы ад бактэрыяльных рыбасом), але і маюць чатыры рыбасомныя бялкі з-за адсутнасці гамолагаў у геноме E. cuniculi26,27,28. Такім чынам, мы прыйшлі да высновы, што рыбасома E. cuniculi можа выявіць раней невядомыя стратэгіі малекулярнай адаптацыі да распаду геному.
Наша крыя-ЭМ-структура ўяўляе сабой найменшую эўкарыятычную цытаплазматычную рыбасому, якую мы можам ахарактарызаваць, і дае ўяўленне аб тым, як канчатковая ступень рэдукцыі геному ўплывае на структуру, зборку і эвалюцыю малекулярнага апарата, які з'яўляецца неад'емнай часткай клеткі. Мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi парушае многія з шырока захаваных прынцыпаў згортвання РНК і зборкі рыбасом, і адкрылі новы, раней невядомы рыбасомны бялок. Зусім нечакана мы паказваем, што рыбасомы мікраспарыдый развілі здольнасць звязваць малыя малекулы, і вылучаем гіпотэзу, што ўкараненні ў рРНК і бялках запускаюць эвалюцыйныя інавацыі, якія ў канчатковым выніку могуць надаць карысныя якасці рыбасоме.
Каб палепшыць наша разуменне эвалюцыі бялкоў і нуклеінавых кіслот ва ўнутрыклеткавых арганізмах, мы вырашылі вылучыць споры E. cuniculi з культур інфікаваных клетак млекакормячых, каб ачысціць іх рыбасомы і вызначыць структуру гэтых рыбасом. Атрымаць вялікую колькасць паразітычных мікраспарыдый цяжка, таму што мікраспарыдыі нельга культываваць у пажыўным асяроддзі. Замест гэтага яны растуць і размнажаюцца толькі ўнутры клеткі гаспадара. Таму, каб атрымаць біямасу E. cuniculi для ачысткі рыбасом, мы інфікавалі лінію клетак нырак млекакормячых RK13 спорамі E. cuniculi і культывавалі гэтыя інфікаваныя клеткі на працягу некалькіх тыдняў, каб дазволіць E. cuniculi расці і размнажацца. Выкарыстоўваючы монаслой інфікаваных клетак плошчай каля паловы квадратнага метра, мы змаглі ачысціць каля 300 мг спор мікраспарыдый і выкарыстаць іх для вылучэння рыбасом. Затым мы разбурылі ачышчаныя споры шклянымі шарыкамі і вылучылі неачышчаныя рыбасомы, выкарыстоўваючы паэтапнае фракцыянаванне лізатаў поліэтыленгліколем. Гэта дазволіла нам атрымаць прыблізна 300 мкг неачышчаных рыбасом E. cuniculi для структурнага аналізу.
Затым мы сабралі крыя-ЭМ выявы, выкарыстоўваючы атрыманыя ўзоры рыбасом, і апрацавалі гэтыя выявы з выкарыстаннем масак, якія адпавядаюць вялікай рыбасомнай субадзінцы, галоўцы малой субадзінкі і малой субадзінцы. Падчас гэтага працэсу мы сабралі выявы каля 108 000 рыбасомных часціц і вылічылі крыя-ЭМ выявы з разрозненнем 2,7 Å (дадатковыя малюнкі 1-3). Затым мы выкарысталі крыя-ЭМ выявы для мадэлявання рРНК, рыбасомнага бялку і фактару гібернацыі Mdf1, звязаных з рыбасомамі E. cuniculi (мал. 1a, b).
a Структура рыбасомы E. cuniculi ў комплексе з фактарам гібернацыі Mdf1 (pdb id 7QEP). b Карта фактара гібернацыі Mdf1, звязанага з рыбасомай E. cuniculi. c Карта другаснай структуры, якая параўноўвае адноўленую рРНК у відаў мікраспарыдый з вядомымі структурамі рыбасом. На панэлях паказана размяшчэнне ампліфікаваных фрагментаў рРНК (ES) і актыўных цэнтраў рыбасом, уключаючы сайт дэкадавання (DC), сарцыніцынавую пятлю (SRL) і пептыдылтрансферазны цэнтр (PTC). d Электронная шчыльнасць, якая адпавядае пептыдылтрансферазнаму цэнтру рыбасомы E. cuniculi, сведчыць аб тым, што гэты каталітычны сайт мае такую ​​ж структуру ў паразіта E. cuniculi і яго гаспадароў, у тым ліку H. sapiens. e, f Адпаведная электронная шчыльнасць дэкадуючага цэнтра (e) і схематычная структура дэкадуючага цэнтра (f) паказваюць, што E. cuniculi мае рэшткі U1491 замест A1491 (нумарацыя E. coli) у многіх іншых эўкарыёт. Гэта змяненне сведчыць аб тым, што E. cuniculi можа быць адчувальнай да антыбіётыкаў, якія нацэлены на гэты актыўны цэнтр.
У адрозненне ад раней устаноўленых структур рыбасом V. necatrix і P. locustae (абедзве структуры прадстаўляюць адно і тое ж сямейства мікраспарыдый Nosematidae і вельмі падобныя адна на адну),31,32 рыбасомы E. cuniculi падвяргаюцца шматлікім працэсам фрагментацыі рРНК і бялку. Далейшая дэнатурацыя (дадатковыя малюнкі 4-6). У рРНК найбольш яркімі зменамі былі поўная страта ампліфікаванага фрагмента 25S рРНК ES12L і частковая дэгенерацыя спіралей h39, h41 і H18 (мал. 1c, дадатковы мал. 4). Сярод рыбасомных бялкоў найбольш яркімі зменамі былі поўная страта бялку eS30 і скарачэнне бялкоў eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 і eS7 (дадатковыя малюнкі 4, 5).
Такім чынам, надзвычайнае скарачэнне геномаў відаў Encephalotozoon/Ordospora адлюстроўваецца ў структуры іх рыбасом: рыбасомы E. cuniculi адчуваюць найбольш рэзкую страту ўтрымання бялку ў эўкарыятычных цытаплазматычных рыбасомах, якія падлягаюць структурнай характарызацыі, і ў іх нават няма тых рРНК і бялковых фрагментаў, якія шырока кансерватыўныя не толькі ў эўкарыёт, але і ў трох даменах жыцця. Структура рыбасомы E. cuniculi забяспечвае першую малекулярную мадэль гэтых змен і раскрывае эвалюцыйныя падзеі, якія былі прапушчаны як параўнальнай геномікай, так і даследаваннямі ўнутрыклеткавай біямалекулярнай структуры (Дадатковы мал. 7). Ніжэй мы апісваем кожную з гэтых падзей разам з іх верагодным эвалюцыйным паходжаннем і іх патэнцыйным уплывам на функцыю рыбасом.
Затым мы выявілі, што, акрамя вялікіх усячэнняў рРНК, рыбасомы E. cuniculi маюць варыяцыі рРНК у адным са сваіх актыўных цэнтраў. Нягледзячы на ​​тое, што пептыдылтрансферазны цэнтр рыбасомы E. cuniculi мае такую ​​ж структуру, як і іншыя эўкарыятычныя рыбасомы (мал. 1d), дэкадуючы цэнтр адрозніваецца з-за варыяцыі паслядоўнасці ў нуклеатыдзе 1491 (нумарацыя E. coli, мал. 1e, f). Гэта назіранне важнае, таму што дэкадуючы сайт эўкарыятычных рыбасом звычайна змяшчае рэшткі G1408 і A1491 у параўнанні з рэшткамі бактэрыяльнага тыпу A1408 і G1491. Гэтая варыяцыя ляжыць у аснове рознай адчувальнасці бактэрыяльных і эўкарыятычных рыбасом да сямейства амінагліказідаў рыбасомных антыбіётыкаў і іншых малых малекул, якія накіраваны на дэкадуючы сайт. У дэкадуючым сайце рыбасомы E. cuniculi рэшта A1491 была заменена на U1491, што патэнцыйна стварае унікальны інтэрфейс звязвання для малых малекул, якія накіраваны на гэты актыўны сайт. Той жа варыянт A14901 прысутнічае і ў іншых мікраспарыдыях, такіх як P. locustae і V. necatrix, што сведчыць пра яго шырокае распаўсюджанне сярод відаў мікраспарыдый (мал. 1f).
Паколькі нашы ўзоры рыбасом E. cuniculi былі выдзелены з метабалічна неактыўных спор, мы пратэставалі крыя-ЭМ-карту E. cuniculi на прадмет раней апісанага звязвання рыбасом ва ўмовах стрэсу або галадання. Фактары гібернацыі 31, 32, 36, 37, 38. Мы супаставілі раней устаноўленую структуру гібернуючай рыбасомы з крыя-ЭМ-картай рыбасомы E. cuniculi. Для дакінгу выкарыстоўваліся рыбасомы S. cerevisiae ў комплексе з фактарам гібернацыі Stm138, рыбасомы саранчы ў комплексе з фактарам Lso232 і рыбасомы V. necatrix у комплексе з фактарамі Mdf1 і Mdf231. У той жа час мы выявілі шчыльнасць крыя-ЭМ, якая адпавядае фактару спакою Mdf1. Падобна звязванню Mdf1 з рыбасомай V. necatrix, Mdf1 таксама звязваецца з рыбасомай E. cuniculi, дзе блакуе сайт E рыбасомы, магчыма, дапамагаючы зрабіць рыбасомы даступнымі, калі споры паразітаў становяцца метабалічна неактыўнымі пасля інактывацыі арганізма (Малюнак 2).
Mdf1 блакуе сайт E рыбасомы, што, відаць, дапамагае інактываваць рыбасому, калі споры паразіта становяцца метабалічна неактыўнымі. У структуры рыбасомы E. cuniculi мы выявілі, што Mdf1 утварае раней невядомы кантакт са ствалом рыбасомы L1, часткай рыбасомы, якая спрыяе вызваленню дэацыляванай тРНК з рыбасомы падчас сінтэзу бялку. Гэтыя кантакты сведчаць аб тым, што Mdf1 дысацыюе ад рыбасомы, выкарыстоўваючы той жа механізм, што і дэацэтыляваная тРНК, што дае магчымае тлумачэнне таму, як рыбасома выдаляе Mdf1 для рэактывацыі сінтэзу бялку.
Аднак наша структура выявіла невядомы кантакт паміж Mdf1 і рыбасомнай ножкай L1 (часткай рыбасомы, якая дапамагае вызваляць дэацыляваную тРНК з рыбасомы падчас сінтэзу бялку). У прыватнасці, Mdf1 выкарыстоўвае тыя ж кантакты, што і локцевы сегмент дэацыляванай малекулы тРНК (мал. 2). Гэта раней невядомае малекулярнае мадэляванне паказала, што Mdf1 дысацыюе ад рыбасомы, выкарыстоўваючы той жа механізм, што і дэацэтыляваная тРНК, што тлумачыць, як рыбасома выдаляе гэты фактар ​​гібернацыі, каб рэактываваць сінтэз бялку.
Пры пабудове мадэлі рРНК мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi мае анамальна складзеныя фрагменты рРНК, якія мы назвалі злітымі рРНК (мал. 3). У рыбасомах, якія ахопліваюць тры вобласці жыцця, рРНК складаецца ў структуры, у якіх большасць асноў рРНК альбо спарваюцца і складаюцца адна з адной, альбо ўзаемадзейнічаюць з рыбасомнымі бялкамі38,39,40. Аднак у рыбасомах E. cuniculi рРНК, здаецца, парушаюць гэты прынцып згортвання, пераўтвараючы некаторыя са сваіх спіралей у разгорнутыя вобласці рРНК.
Структура спіралі H18 25S рРНК у S. cerevisiae, V. necatrix і E. cuniculi. Як правіла, у рыбасомах, якія ахопліваюць тры жыццёвыя дамены, гэты лінкер згортваецца ў спіраль РНК, якая змяшчае ад 24 да 34 рэшткаў. У мікраспарыдый, наадварот, гэты лінкер рРНК паступова рэдукуецца да двух адналанцуговых лінкераў, багатых уридином, якія змяшчаюць толькі 12 рэшткаў. Большая частка гэтых рэшткаў падвяргаецца ўздзеянню растваральнікаў. На малюнку паказана, што паразітычныя мікраспарыдыі, відаць, парушаюць агульныя прынцыпы згортвання рРНК, дзе асновы рРНК звычайна звязаны з іншымі асновамі або ўдзельнічаюць ва ўзаемадзеянні рРНК-бялок. У мікраспарыдыях некаторыя фрагменты рРНК прымаюць неспрыяльную складку, пры якой былая спіраль рРНК становіцца адналанцуговым фрагментам, выцягнутым амаль па прамой лініі. Прысутнасць гэтых незвычайных участкаў дазваляе рРНК мікраспарыдый звязваць аддаленыя фрагменты рРНК, выкарыстоўваючы мінімальную колькасць асноў РНК.
Найбольш яркі прыклад гэтага эвалюцыйнага пераходу можна назіраць у спіралі H18 25S рРНК (мал. 3). У відаў, ад E. coli да чалавека, асновы гэтай спіралі рРНК утрымліваюць 24-32 нуклеатыды, утвараючы злёгку няправільную спіраль. У раней ідэнтыфікаваных рыбасомных структурах V. necatrix і P. locustae,31,32 асновы спіралі H18 часткова разгорнутыя, але спарванне нуклеатыдных асноў захоўваецца. Аднак у E. cuniculi гэты фрагмент рРНК становіцца самымі кароткімі лінкерамі 228UUUGU232 і 301UUUUUUUUUU307. У адрозненне ад тыповых фрагментаў рРНК, гэтыя багатыя на уридин лінкеры не скручваюцца і не кантактуюць шырока з рыбасомнымі бялкамі. Замест гэтага яны прымаюць адкрытыя для растваральніка і цалкам разгорнутыя структуры, у якіх ніткі рРНК выцягнуты амаль прама. Гэтая расцягнутая канфармацыя тлумачыць, як E. cuniculi выкарыстоўвае толькі 12 асноў РНК, каб запоўніць прамежак у 33 Å паміж спіралямі рРНК H16 і H18, у той час як іншым відам патрабуецца як мінімум удвая больш асноў рРНК, каб запоўніць гэты прамежак.
Такім чынам, мы можам прадэманстраваць, што праз энергетычна неспрыяльнае згортванне паразітычныя мікраспарыдыі распрацавалі стратэгію скарачэння нават тых сегментаў рРНК, якія застаюцца ў цэлым кансерватыўнымі ў розных відаў у трох даменах жыцця. Відавочна, што, назапашваючы мутацыі, якія трансфармуюць спіралі рРНК у кароткія полі-U-лінкеры, E. cuniculi можа ўтвараць незвычайныя фрагменты рРНК, якія змяшчаюць як мага менш нуклеатыдаў для лігавання дыстальных фрагментаў рРНК. Гэта дапамагае растлумачыць, як мікраспарыдыі дасягнулі рэзкага скарачэння сваёй базавай малекулярнай структуры, не губляючы сваёй структурнай і функцыянальнай цэласнасці.
Яшчэ адной незвычайнай асаблівасцю рРНК E. cuniculi з'яўляецца з'яўленне рРНК без патаўшчэнняў (мал. 4). Выпукласці — гэта нуклеатыды без пар асноў, якія выкручваюцца са спіралі РНК, а не хаваюцца ў ёй. Большасць выпукласцяў рРНК дзейнічаюць як малекулярныя клеі, дапамагаючы звязваць суседнія рыбасомныя бялкі або іншыя фрагменты рРНК. Некаторыя з выпукласцяў дзейнічаюць як шарніры, дазваляючы спіралі рРНК аптымальна згінацца і складацца для прадуктыўнага сінтэзу бялку 41.
a Выступ рРНК (нумарацыя S. cerevisiae) адсутнічае ў структуры рыбасомы E. cuniculi, але прысутнічае ў большасці іншых эўкарыёт b Унутраныя рыбасомы E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens і E. cuniculi. У паразітаў адсутнічаюць многія старажытныя, высокакансерватыўныя выпукласці рРНК. Гэтыя патаўшчэнні стабілізуюць структуру рыбасом; таму іх адсутнасць у мікраспарыдыях сведчыць аб зніжэнні стабільнасці згортвання рРНК у паразітаў-мікраспарыдыях. Параўнанне з P-стваламі (ствалы L7/L12 у бактэрый) паказвае, што страта выпукласцяў рРНК часам супадае са з'яўленнем новых выпукласцяў побач са страчанымі. Спіраль H42 у 23S/28S рРНК мае старажытную выпукласць (U1206 у Saccharomyces cerevisiae), узрост якой ацэньваецца не менш за 3,5 мільярда гадоў дзякуючы яе абароне ў трох даменах жыцця. У мікраспарыдыях гэтая выпукласць ліквідаваная. Аднак побач са страчанай выпукласцю з'явілася новая (A1306 у E. cuniculi).
Дзіўна, але мы выявілі, што ў рыбасом E. cuniculi адсутнічае большасць выпукласцяў рРНК, якія сустракаюцца ў іншых відаў, у тым ліку больш за 30 выпукласцяў, захаваных у іншых эўкарыёт (мал. 4a). Гэтая страта ліквідуе многія кантакты паміж рыбасомнымі субадзінкамі і суседнімі спіралямі рРНК, часам ствараючы вялікія полыя пустэчы ўнутры рыбасомы, што робіць рыбасому E. cuniculi больш сітаватай у параўнанні з больш традыцыйнымі рыбасомамі (мал. 4b). Прыкметна, што мы выявілі, што большасць гэтых выпукласцяў таксама былі страчаны ў раней ідэнтыфікаваных структурах рыбасом V. necatrix і P. locustae, якія былі прапушчаны папярэднімі структурнымі аналізамі31,32.
Часам страта выпукласцяў рРНК суправаджаецца развіццём новых выпукласцяў побач са страчаным выпукласцем. Напрыклад, P-ствол рыбасомы змяшчае выпукласць U1208 (у Saccharomyces cerevisiae), якая захавалася ад E. coli да чалавека і таму ацэньваецца ў 3,5 мільярда гадоў. Падчас сінтэзу бялку гэтая выпукласць дапамагае P-ствалу перамяшчацца паміж адкрытай і закрытай канфармацыямі, каб рыбасома магла рэкрутаваць фактары трансляцыі і дастаўляць іх у актыўны цэнтр. У рыбасомах E. cuniculi гэтае патаўшчэнне адсутнічае; аднак новае патаўшчэнне (G883), размешчанае толькі ў трох парах асноў, можа спрыяць аднаўленню аптымальнай гнуткасці P-ствала (мал. 4c).
Нашы дадзеныя па рРНК без выпукласцяў сведчаць аб тым, што мінімізацыя рРНК не абмяжоўваецца стратай элементаў рРНК на паверхні рыбасомы, але можа таксама закрануць ядро ​​рыбасомы, ствараючы спецыфічны для паразіта малекулярны дэфект, які не быў апісаны ў свабоднажывучых клетках. Назіраюцца жывыя віды.
Пасля мадэлявання кананічных рыбасомных бялкоў і рРНК мы выявілі, што звычайныя рыбасомныя кампаненты не могуць растлумачыць тры часткі крыя-ЭМ выявы. Два з гэтых фрагментаў маюць малы памер малекул (мал. 5, дадатковы мал. 8). Першы сегмент размешчаны паміж рыбасомнымі бялкамі uL15 і eL18 у становішчы, якое звычайна займае С-канец eL18, які скарочаны ў E. cuniculi. Нягледзячы на ​​тое, што мы не можам вызначыць ідэнтычнасць гэтай малекулы, памер і форма гэтага астраўка шчыльнасці добра тлумачацца наяўнасцю малекул спермідыну. Яго звязванне з рыбасомай стабілізуецца спецыфічнымі для мікраспарыдый мутацыямі ў бялках uL15 (Asp51 і Arg56), якія, відаць, павялічваюць афіннасць рыбасомы да гэтай малой малекулы, бо дазваляюць uL15 абгарнуць малой малекулай у рыбасомную структуру. Дадатковы мал. 2). 8, дадатковыя дадзеныя 1, 2).
Крыя-ЭМ-візуалізацыя, якая паказвае наяўнасць нуклеатыдаў па-за рыбозай, звязанай з рыбасомай E. cuniculi. У рыбасоме E. cuniculi гэты нуклеатыд займае тое ж месца, што і нуклеатыд 25S рРНК A3186 (нумарацыя Saccharomyces cerevisiae) у большасці іншых эўкарыятычных рыбасом. b У рыбасомнай структуры E. cuniculi гэты нуклеатыд размешчаны паміж рыбасомнымі бялкамі uL9 і eL20, тым самым стабілізуючы кантакт паміж двума бялкамі. cd Аналіз захаванасці паслядоўнасці eL20 сярод відаў мікраспарыдый. Філагенетычнае дрэва відаў мікраспарыдый (c) і множнае выраўноўванне паслядоўнасці бялку eL20 (d) паказваюць, што нуклеатыд-звязальныя рэшткі F170 і K172 захаваны ў большасці тыповых мікраспарыдый, за выключэннем S. lophii, за выключэннем ранніх галінаваных мікраспарыдый, якія захавалі пашырэнне ES39L рРНК. e На гэтым малюнку паказана, што нуклеатыд-звязальныя рэшткі F170 і K172 прысутнічаюць толькі ў eL20 высокарэдукаванага геному мікраспарыдый, але не ў іншых эўкарыёт. У цэлым, гэтыя дадзеныя сведчаць аб тым, што рыбасомы мікраспарыдый развілі сайт звязвання нуклеатыдаў, які, відаць, звязвае малекулы АМФ і выкарыстоўвае іх для стабілізацыі бялк-бялковых узаемадзеянняў у структуры рыбасом. Высокая кансерватыўнасць гэтага сайта звязвання ў мікраспарыдый і яго адсутнасць у іншых эўкарыёт сведчыць аб тым, што гэты сайт можа забяспечваць селектыўную перавагу ў выжыванні для мікраспарыдый. Такім чынам, нуклеатыд-звязальная кішэня ў рыбасоме мікраспарыдый, відаць, не з'яўляецца дэгенератыўнай асаблівасцю або канчатковай формай дэградацыі рРНК, як апісана раней, а хутчэй карысным эвалюцыйным новаўвядзеннем, якое дазваляе рыбасоме мікраспарыдый непасрэдна звязваць малыя малекулы, выкарыстоўваючы іх у якасці малекулярных будаўнічых блокаў для рыбасом. Гэта адкрыццё робіць рыбасому мікраспарыдый адзінай вядомай рыбасомай, якая выкарыстоўвае адзін нуклеатыд у якасці свайго структурнага будаўнічага блока. f Гіпатэтычны эвалюцыйны шлях, атрыманы з звязвання нуклеатыдаў.
Другая нізкамалекулярная шчыльнасць размешчана на мяжы паміж рыбасомнымі бялкамі uL9 і eL30 (мал. 5a). Гэтая мяжа інтэрфейсу была раней апісана ў структуры рыбасомы Saccharomyces cerevisiae як месца звязвання 25S нуклеатыду рРНК A3186 (частка пашырэння рРНК ES39L)38. Было паказана, што ў дэгенераваных рыбасомах P. locustae ES39L гэтая мяжа інтэрфейсу звязваецца з невядомым адзіночным нуклеатыдам 31, і мяркуецца, што гэты нуклеатыд з'яўляецца рэдукаванай канчатковай формай рРНК, у якой даўжыня рРНК складае ~130-230 асноў. ES39L рэдукаваны да адзіночнага нуклеатыду 32.43. Нашы крыя-ЭМ выявы пацвярджаюць ідэю аб тым, што шчыльнасць можна растлумачыць нуклеатыдамі. Аднак больш высокае разрозненне нашай структуры паказала, што гэты нуклеатыд з'яўляецца экстрарыбасомнай малекулай, магчыма, AMP (мал. 5a, b).
Затым мы спыталі, ці з'явіўся сайт звязвання нуклеатыдаў у рыбасоме E. cuniculi, ці ён існаваў раней. Паколькі звязванне нуклеатыдаў у асноўным апасродкавана рэшткамі Phe170 і Lys172 у рыбасомным бялку eL30, мы ацанілі захаванасць гэтых рэшткаў у 4396 тыповых эўкарыёт. Як і ў выпадку з uL15 вышэй, мы выявілі, што рэшткі Phe170 і Lys172 высоказахоўваюцца толькі ў тыповых мікраспарыдыях, але адсутнічаюць у іншых эўкарыётах, у тым ліку ў атыповых мікраспарыдыях Mitosporidium і Amphiamblys, у якіх фрагмент рРНК ES39L не рэдукуецца 44, 45, 46 (мал. 5c). -e).
Узятыя разам, гэтыя дадзеныя пацвярджаюць ідэю аб тым, што E. cuniculi і, магчыма, іншыя кананічныя мікраспарыдыі развілі здольнасць эфектыўна захопліваць вялікую колькасць малых метабалітаў у структуры рыбасом, каб кампенсаваць зніжэнне ўзроўню рРНК і бялку. Пры гэтым яны развілі ўнікальную здольнасць звязваць нуклеатыды па-за рыбасомай, паказваючы, што паразітарныя малекулярныя структуры кампенсуюць гэта, захопліваючы вялікую колькасць малых метабалітаў і выкарыстоўваючы іх у якасці структурных імітацый дэградаваных фрагментаў РНК і бялку.
Трэцяя немадэляваная частка нашай крыя-ЭМ-карты знаходзіцца ў вялікай рыбасомнай субадзінцы. Адносна высокае разрозненне (2,6 Å) нашай карты сведчыць аб тым, што гэтая шчыльнасць належыць бялкам з унікальнымі камбінацыямі рэшткаў вялікага баковага ланцуга, што дазволіла нам ідэнтыфікаваць гэтую шчыльнасць як раней невядомы рыбасомны бялок, які мы ідэнтыфікавалі як. Ён быў названы msL2 (Microsporidia-specific protein L2) (метады, малюнак 6). Наш пошук гамалогіі паказаў, што msL2 захаваны ў кладе Microsporidia роду Encephaliter і Orosporidium, але адсутнічае ў іншых відаў, у тым ліку ў іншых Microsporidia. У структуры рыбасом msL2 займае прамежак, утвораны стратай падоўжанай рРНК ES31L. У гэтай пустэчы msL2 дапамагае стабілізаваць згортванне рРНК і можа кампенсаваць страту ES31L (малюнак 6).
a Электронная шчыльнасць і мадэль рыбасомнага бялку msL2, спецыфічнага для мікраспарыдый, які сустракаецца ў рыбасомах E. cuniculi. b У большасці эўкарыятычных рыбасом, у тым ліку ў рыбасоме 80S Saccharomyces cerevisiae, ампліфікацыя рРНК ES19L страчана ў большасці відаў мікраспарыдый. Раней устаноўленая структура рыбасомы мікраспарыдый V. necatrix сведчыць аб тым, што страта ES19L у гэтых паразітаў кампенсуецца эвалюцыяй новага рыбасомнага бялку msL1. У гэтым даследаванні мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi таксама развіла дадатковы бялок, які мімікуе рыбасомную РНК, як відавочную кампенсацыю за страту ES19L. Аднак msL2 (у цяперашні час пазначаны як гіпатэтычны бялок ECU06_1135) і msL1 маюць рознае структурнае і эвалюцыйнае паходжанне. Гэта адкрыццё генерацыі эвалюцыйна не звязаных паміж сабой рыбасомных бялкоў msL1 і msL2 сведчыць аб тым, што калі рыбасомы назапашваюць шкодныя мутацыі ў сваёй рРНК, яны могуць дасягнуць беспрэцэдэнтнага ўзроўню кампазіцыйнай разнастайнасці нават у невялікай падгрупе блізкароднасных відаў. Гэта адкрыццё можа дапамагчы высветліць паходжанне і эвалюцыю мітахандрыяльнай рыбасомы, якая вядомая сваёй моцна рэдукаванай рРНК і анамальнай зменлівасцю ў складзе бялкоў у розных відаў.
Затым мы параўналі бялок msL2 з раней апісаным бялком msL1, адзіным вядомым рыбасомным бялком, спецыфічным для мікраспарыдый, які знаходзіцца ў рыбасоме V. necatrix. Мы хацелі праверыць, ці з'яўляюцца msL1 і msL2 эвалюцыйна звязанымі. Наш аналіз паказаў, што msL1 і msL2 займаюць адну і тую ж поласць у рыбасомнай структуры, але маюць розныя першасныя і троесныя структуры, што сведчыць аб іх незалежным эвалюцыйным паходжанні (мал. 6). Такім чынам, наша адкрыццё msL2 дае доказ таго, што групы кампактных эўкарыятычных відаў могуць незалежна эвалюцыянаваць структурна розныя рыбасомныя бялкі, каб кампенсаваць страту фрагментаў рРНК. Гэта адкрыццё характэрна тым, што большасць цытаплазматычных эўкарыятычных рыбасом утрымліваюць інварыянтны бялок, у тым ліку адно і тое ж сямейства з 81 рыбасомнага бялку. З'яўленне msL1 і msL2 у розных кладах мікраспарыдый у адказ на страту падоўжаных сегментаў рРНК сведчыць аб тым, што дэградацыя малекулярнай архітэктуры паразіта прымушае паразітаў шукаць кампенсацыйныя мутацыі, што ў рэшце рэшт можа прывесці да іх набыцця ў розных папуляцыях паразітаў.
Нарэшце, калі наша мадэль была завершана, мы параўналі склад рыбасомы E. cuniculi з прадказаным з паслядоўнасці геному. Раней лічылася, што некалькі рыбасомных бялкоў, у тым ліку eL14, eL38, eL41 і eS30, адсутнічаюць у геноме E. cuniculi з-за відавочнай адсутнасці іх гамолагаў у геноме E. cuniculi. Страта многіх рыбасомных бялкоў таксама прадказваецца ў большасці іншых моцна рэдукаваных унутрыклеткавых паразітаў і эндасімбіёнтаў. Напрыклад, хоць большасць свабоднажывучых бактэрый утрымліваюць адно і тое ж сямейства з 54 рыбасомных бялкоў, толькі 11 з гэтых сямействаў бялкоў маюць выяўляльныя гамолагі ў кожным аналізаваным геноме бактэрый з абмежаваным гаспадаром. У падтрымку гэтай ідэі эксперыментальна назіралася страта рыбасомных бялкоў у мікраспарыдыях V. necatrix і P. locustae, у якіх адсутнічаюць бялкі eL38 і eL4131,32.
Аднак, нашы структуры паказваюць, што толькі eL38, eL41 і eS30 фактычна страчаныя ў рыбасоме E. cuniculi. Бялок eL14 быў захаваны, і наша структура паказала, чаму гэты бялок не ўдалося знайсці пры пошуку гамалогіі (мал. 7). У рыбасомах E. cuniculi большая частка сайта звязвання eL14 губляецца з-за дэградацыі ES39L, ампліфікаванага рРНК. Пры адсутнасці ES39L eL14 страціў большую частку сваёй другаснай структуры, і толькі 18% паслядоўнасці eL14 было ідэнтычным у E. cuniculi і S. cerevisiae. Гэта дрэннае захаванне паслядоўнасці характэрна, таму што нават Saccharomyces cerevisiae і Homo sapiens — арганізмы, якія эвалюцыянавалі з розніцай у 1,5 мільярда гадоў, — маюць больш за 51% аднолькавых рэшткаў у eL14. Гэтая анамальная страта захаванасці тлумачыць, чаму E. cuniculi eL14 у цяперашні час пазначаецца як меркаваны бялок M970_061160, а не як рыбасомны бялок eL1427.
і Рыбасома мікраспарыдый страціла падаўжэнне рРНК ES39L, што часткова ліквідавала сайт звязвання рыбасомнага бялку eL14. Пры адсутнасці ES39L бялок мікраспоры eL14 губляе другасную структуру, пры якой былая α-спіраль, якая звязвае рРНК, дэгенеруе ў пятлю мінімальнай даўжыні. b Множнае выраўноўванне паслядоўнасцей паказвае, што бялок eL14 высокакансерватыўны ў эўкарыятычных відаў (57% ідэнтычнасці паслядоўнасці паміж гамолагамі дрожджаў і чалавека), але дрэнна кансерватыўны і разыходзіцца ў мікраспарыдыях (у якіх не больш за 24% рэшткаў ідэнтычныя гомологу eL14). ад S. cerevisiae або H. sapiens). Гэтая дрэнная кансерватыўнасць паслядоўнасці і зменлівасць другаснай структуры тлумачаць, чаму гомолог eL14 ніколі не быў знойдзены ў E. cuniculi і чаму лічыцца, што гэты бялок быў страчаны ў E. cuniculi. Наадварот, eL14 E. cuniculi раней быў анатаваны як меркаваны бялок M970_061160. Гэта назіранне сведчыць аб тым, што разнастайнасць геному мікраспарыдый у цяперашні час пераацэньваецца: некаторыя гены, якія ў цяперашні час лічацца страчанымі ў мікраспарыдыях, насамрэч захаваліся, хоць і ў высокадыферэнцыяваных формах; замест гэтага лічыцца, што некаторыя з іх кадуюць гены мікраспарыдый, спецыфічныя для чарвякоў бялкі (напрыклад, гіпатэтычны бялок M970_061160 насамрэч кадуе вельмі разнастайныя бялкі, якія сустракаюцца ў іншых эўкарыёт.
Гэта адкрыццё сведчыць аб тым, што дэнатурацыя рРНК можа прывесці да значнай страты захаванасці паслядоўнасці ў суседніх рыбасомных бялках, што робіць гэтыя бялкі невыяўляльнымі для пошуку гамалогій. Такім чынам, мы можам пераацэньваць рэальную ступень малекулярнай дэградацыі ў арганізмах з малым геномам, паколькі некаторыя бялкі, якія лічацца страчанымі, насамрэч захоўваюцца, хоць і ў моцна змененых формах.
Як паразіты могуць захоўваць функцыі сваіх малекулярных машын ва ўмовах экстрэмальнага скарачэння геному? Наша даследаванне адказвае на гэтае пытанне, апісваючы складаную малекулярную структуру (рыбасому) E. cuniculi, арганізма з адным з самых маленькіх эўкарыятычных геномаў.
Ужо амаль два дзесяцігоддзі вядома, што малекулы бялкоў і РНК у мікробных паразітаў часта адрозніваюцца ад сваіх гамалагічных малекул у свабоднажывучых відаў, бо ў іх адсутнічаюць цэнтры кантролю якасці, яны памяншаюцца да 50% ад свайго памеру ў свабоднажывучых мікробаў і г.д., маюць шмат знясільваючых мутацый, якія парушаюць згортванне і функцыянаванне. Напрыклад, чакаецца, што рыбасомы арганізмаў з малым геномам, у тым ліку многіх унутрыклеткавых паразітаў і эндасімбіёнтаў, не ўтрымліваюць некалькіх рыбасомных бялкоў і да адной траціны нуклеатыдаў рРНК у параўнанні са свабоднажывучымі відамі [27, 29, 30, 49]. Аднак тое, як гэтыя малекулы функцыянуюць у паразітаў, застаецца ў значнай ступені загадкай і вывучаецца ў асноўным з дапамогай параўнальнай геномікі.
Наша даследаванне паказвае, што структура макрамалекул можа раскрыць многія аспекты эвалюцыі, якія цяжка вылучыць з традыцыйных параўнальных геномных даследаванняў унутрыклеткавых паразітаў і іншых арганізмаў, абмежаваных гаспадаром (Дадатковы мал. 7). Напрыклад, прыклад бялку eL14 паказвае, што мы можам пераацаніць рэальную ступень дэградацыі малекулярнага апарата ў паразітычных відаў. Лічыцца, што энцэфалітычныя паразіты маюць сотні генаў, спецыфічных для мікраспарыдый. Аднак нашы вынікі паказваюць, што некаторыя з гэтых, здавалася б, спецыфічных генаў насамрэч з'яўляюцца проста вельмі рознымі варыянтамі генаў, якія распаўсюджаны ў іншых эўкарыёт. Больш за тое, прыклад бялку msL2 паказвае, як мы ігнаруем новыя рыбасомныя бялкі і недаацэньваем змест паразітычных малекулярных машын. Прыклад малых малекул паказвае, як мы можам ігнараваць самыя геніяльныя інавацыі ў паразітычных малекулярных структурах, якія могуць надаць ім новую біялагічную актыўнасць.
Узятыя разам, гэтыя вынікі паляпшаюць наша разуменне адрозненняў паміж малекулярнымі структурамі арганізмаў, абмежаваных гаспадаром, і іх аналагамі ў свабоднажывучых арганізмах. Мы паказваем, што малекулярныя машыны, якія доўга лічыліся рэдукаванымі, дэгенератыўнымі і схільнымі да розных знясільваючых мутацый, замест гэтага маюць набор сістэматычна ігнаруемых незвычайных структурных асаблівасцей.
З іншага боку, неаб'ёмныя фрагменты рРНК і злітыя фрагменты, якія мы знайшлі ў рыбасомах E. cuniculi, сведчаць аб тым, што рэдукцыя геному можа змяніць нават тыя часткі асноўнага малекулярнага апарата, якія захаваліся ў трох даменах жыцця — пасля амаль 3,5 мільярда гадоў незалежнай эвалюцыі відаў.
Фрагменты рРНК без выпукласцяў і злітыя фрагменты ў рыбасомах E. cuniculi ўяўляюць асаблівую цікавасць у святле папярэдніх даследаванняў малекул РНК у эндасімбіятычных бактэрый. Напрыклад, у эндасімбіёнта тлі Buchnera aphidicola было паказана, што малекулы рРНК і тРНК маюць адчувальныя да тэмпературы структуры з-за зрушэння складу A+T і высокай долі некананічных пар асноў20,50. Лічыцца, што гэтыя змены ў РНК, а таксама змены ў малекулах бялкоў адказваюць за празмерную залежнасць эндасімбіёнтаў ад партнёраў і няздольнасць эндасімбіёнтаў перадаваць цяпло21,23. Нягледзячы на ​​тое, што рРНК паразітычных мікраспарыдый мае структурна адрозныя змены, характар ​​гэтых змен сведчыць аб тым, што зніжэнне тэрмічнай стабільнасці і большая залежнасць ад шаперонных бялкоў могуць быць агульнымі рысамі малекул РНК у арганізмаў з рэдукаванымі геномамі.
З іншага боку, нашы структуры паказваюць, што мікраспарыдыі паразітаў развілі ўнікальную здольнасць супраціўляцца шырока кансерватыўным рРНК і бялковым фрагментам, развіўшы здольнасць выкарыстоўваць багатыя і лёгкадаступныя малыя метабаліты ў якасці структурных імітацый дэгенераваных рРНК і бялковых фрагментаў. Дэградацыя малекулярнай структуры. Гэта меркаванне пацвярджаецца тым фактам, што малыя малекулы, якія кампенсуюць страту бялковых фрагментаў у рРНК і рыбасомах E. cuniculi, звязваюцца са спецыфічнымі для мікраспарыдый рэшткамі ў бялках uL15 і eL30. Гэта сведчыць аб тым, што звязванне малых малекул з рыбасомамі можа быць прадуктам станоўчага адбору, пры якім спецыфічныя для мікраспарыдый мутацыі ў рыбасомных бялках былі адабраны за іх здольнасць павялічваць афіннасць рыбасом да малых малекул, што можа прывесці да больш эфектыўных рыбасомных арганізмаў. Адкрыццё раскрывае разумную інавацыю ў малекулярнай структуры мікробных паразітаў і дае нам лепшае разуменне таго, як малекулярныя структуры паразітаў захоўваюць сваю функцыю, нягледзячы на ​​рэдуктыўную эвалюцыю.
У цяперашні час ідэнтыфікацыя гэтых малых малекул застаецца незразумелай. Незразумела, чаму знешні выгляд гэтых малых малекул у рыбасомнай структуры адрозніваецца ў розных відаў мікраспарыдый. У прыватнасці, незразумела, чаму звязванне нуклеатыдаў назіраецца ў рыбасомах E. cuniculi і P. locustae, а не ў рыбасомах V. necatrix, нягледзячы на ​​наяўнасць рэшткаў F170 у бялках eL20 і K172 V. necatrix. Гэтая дэлецыя можа быць выклікана рэшткамі 43 uL6 (размешчанымі побач з кішэняй звязвання нуклеатыдаў), якія з'яўляюцца тыразінам у V. necatrix, а не трэанінам у E. cuniculi і P. locustae. Аб'ёмны араматычны бакавы ланцуг Tyr43 можа перашкаджаць звязванню нуклеатыдаў з-за стэрычнага перакрыцця. Акрамя таго, відавочная дэлецыя нуклеатыдаў можа быць звязана з нізкім разрозненнем крыя-ЭМ-візуалізацыі, што перашкаджае мадэляванню рыбасомных фрагментаў V. necatrix.
З іншага боку, наша праца сведчыць аб тым, што працэс распаду геному можа быць вынаходніцкай сілай. У прыватнасці, структура рыбасомы E. cuniculi сведчыць аб тым, што страта рРНК і бялковых фрагментаў у рыбасоме мікраспарыдый стварае эвалюцыйны ціск, які спрыяе зменам у структуры рыбасом. Гэтыя варыянты сустракаюцца далёка ад актыўнага цэнтра рыбасомы і, відаць, дапамагаюць падтрымліваць (ці аднаўляць) аптымальную зборку рыбасом, якая ў адваротным выпадку была б парушана рэдукаванай рРНК. Гэта сведчыць аб тым, што адной з галоўных інавацый рыбасом мікраспарыдый, відаць, стала неабходнасць буферызаваць дрэйф генаў.
Магчыма, гэта найлепш ілюструецца звязваннем нуклеатыдаў, якое дагэтуль ніколі не назіралася ў іншых арганізмаў. Той факт, што рэшткі звязвання нуклеатыдаў прысутнічаюць у тыповых мікраспарыдыях, але не ў іншых эўкарыёт, сведчыць аб тым, што сайты звязвання нуклеатыдаў — гэта не проста рэлікты, якія чакаюць знікнення, або канчатковы сайт для аднаўлення рРНК у выглядзе асобных нуклеатыдаў. Замест гэтага гэты сайт здаецца карыснай асаблівасцю, якая магла развіцца на працягу некалькіх раўндаў станоўчага адбору. Сайты звязвання нуклеатыдаў могуць быць пабочным прадуктам натуральнага адбору: пасля дэградацыі ES39L мікраспарыдыі вымушаны шукаць кампенсацыю для аднаўлення аптымальнага біягенезу рыбасом пры адсутнасці ES39L. Паколькі гэты нуклеатыд можа імітаваць малекулярныя кантакты нуклеатыду A3186 у ES39L, малекула нуклеатыду становіцца будаўнічым блокам рыбасомы, звязванне якога яшчэ больш паляпшаецца шляхам мутацыі паслядоўнасці eL30.
Што тычыцца малекулярнай эвалюцыі ўнутрыклеткавых паразітаў, наша даследаванне паказвае, што сілы дарвінаўскага натуральнага адбору і генетычнага дрэйфу распаду геному дзейнічаюць не паралельна, а вагаюцца. Па-першае, генетычны дрэйф ліквідуе важныя асаблівасці біямалекул, што робіць кампенсацыю вельмі неабходнай. Толькі калі паразіты задавальняюць гэтую патрэбу праз дарвінаўскі натуральны адбор, іх макрамалекулы маюць шанец развіць свае найбольш уражлівыя і інавацыйныя рысы. Важна адзначыць, што эвалюцыя сайтаў звязвання нуклеатыдаў у рыбасоме E. cuniculi сведчыць аб тым, што гэтая схема малекулярнай эвалюцыі «страта да выйгрышу» не толькі амартызуе шкодныя мутацыі, але часам надае паразітычным макрамалекулам цалкам новыя функцыі.
Гэтая ідэя адпавядае тэорыі рухомай раўнавагі Сьюэла Райта, якая сцвярджае, што строгая сістэма натуральнага адбору абмяжоўвае здольнасць арганізмаў да інавацый51,52,53. Аднак, калі генетычны дрэйф парушае натуральны адбор, гэтыя дрэйфы могуць прывесці да змен, якія самі па сабе не з'яўляюцца адаптыўнымі (ці нават шкоднымі), але прыводзяць да далейшых змен, якія забяспечваюць больш высокую прыстасаванасць або новую біялагічную актыўнасць. Наша канцэпцыя пацвярджае гэтую ідэю, ілюструючы, што той жа тып мутацыі, які памяншае згінанне і функцыю біямалекулы, відаць, з'яўляецца асноўным трыгерам для яе ўдасканалення. У адпаведнасці з эвалюцыйнай мадэллю «выйгрыш для ўсіх», наша даследаванне паказвае, што распад геному, які традыцыйна разглядаецца як дэгенератыўны працэс, таксама з'яўляецца асноўным рухавіком інавацый, часам і, магчыма, нават часта дазваляючы макрамалекулам набываць новыя паразітычныя віды дзейнасці. Яны могуць іх выкарыстоўваць.