Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS. Para sa pinakamaayong kasinatian, among girekomendar nga mogamit ka og updated nga browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samtang, aron masiguro ang padayon nga suporta, among i-render ang site nga walay mga style ug JavaScript.
Ang ebolusyon sa mga microbial parasite naglambigit sa usa ka kontraksyon tali sa natural selection, nga hinungdan sa pag-uswag sa mga parasito, ug genetic drift, nga hinungdan sa pagkawala sa mga gene sa mga parasito ug pagtipon sa makadaot nga mga mutasyon. Dinhi, aron masabtan kung giunsa kini nga kontraksyon nahitabo sa sukod sa usa ka macromolecule, among gihulagway ang cryo-EM nga istruktura sa ribosome sa Encephalitozoon cuniculi, usa ka eukaryotic nga organismo nga adunay usa sa pinakagamay nga genome sa kinaiyahan. Ang grabeng pagkunhod sa rRNA sa E. cuniculi ribosome giubanan sa wala pa sukad nga mga pagbag-o sa istruktura, sama sa ebolusyon sa wala pa mailhi nga fused rRNA linkers ug rRNA nga walay mga bulge. Dugang pa, ang E. cuniculi ribosome nakalahutay sa pagkawala sa mga tipik ug protina sa rRNA pinaagi sa pagpalambo sa abilidad sa paggamit sa gagmay nga mga molekula isip mga structural mimic sa nadaot nga mga tipik ug protina sa rRNA. Sa kinatibuk-an, among gipakita nga ang mga istruktura sa molekula nga dugay nang gihunahuna nga gipakunhod, nadaot, ug gipailalom sa makapaluya nga mga mutasyon adunay daghang mga mekanismo sa pag-compensatory nga nagpabilin kanila nga aktibo bisan pa sa grabeng mga pagkontrata sa molekula.
Tungod kay kadaghanan sa mga grupo sa mga microbial parasite adunay talagsaon nga mga molekular nga himan aron pahimuslan ang ilang mga host, kanunay kita kinahanglan nga maghimo lainlaing mga terapiya alang sa lainlaing mga grupo sa mga parasito1,2. Bisan pa, ang bag-ong ebidensya nagsugyot nga ang pipila ka mga aspeto sa ebolusyon sa parasito nagkahiusa ug kadaghanan matag-an, nga nagpakita sa usa ka potensyal nga basehan alang sa halapad nga mga interbensyon sa terapiya sa mga microbial parasite3,4,5,6,7,8,9.
Ang miaging trabaho nakaila sa usa ka komon nga ebolusyonaryong uso sa mga mikrobyo nga parasito nga gitawag og genome reduction o genome decay10,11,12,13. Ang kasamtangang panukiduki nagpakita nga kung ang mga mikroorganismo mobiya sa ilang gawasnon nga estilo sa kinabuhi ug mahimong intracellular parasites (o endosymbionts), ang ilang mga genome moagi sa hinay apan katingalahang mga metamorphoses sulod sa minilyon ka tuig9,11. Sa usa ka proseso nga nailhan nga genome decay, ang mga mikrobyo nga parasito magtigom og makadaot nga mga mutasyon nga naghimo sa daghang kaniadto importante nga mga gene nga pseudogenes, nga mosangpot sa hinay-hinay nga pagkawala sa gene ug mutational collapse14,15. Kini nga pagkahugno makaguba hangtod sa 95% sa mga gene sa labing karaan nga intracellular organisms kon itandi sa suod nga may kalabutan nga mga free-living species. Busa, ang ebolusyon sa intracellular parasites usa ka tug-of-war tali sa duha ka magkaatbang nga pwersa: Darwinian natural selection, nga mosangpot sa pag-uswag sa mga parasito, ug ang pagkahugno sa genome, nga naglabay sa mga parasito ngadto sa kalimot. Giunsa nga ang parasito nakahimo sa paggawas gikan niining tug-of-war ug pagpabilin sa kalihokan sa molekular nga istruktura niini nagpabilin nga dili klaro.
Bisan tuod ang mekanismo sa pagkadunot sa genome wala pa hingpit nga masabtan, kini daw mahitabo tungod sa kanunay nga genetic drift. Tungod kay ang mga parasito nagpuyo sa gagmay, asexual, ug genetically limited nga mga populasyon, dili nila epektibong mawagtang ang makadaot nga mga mutasyon nga usahay mahitabo atol sa replikasyon sa DNA. Kini mosangpot sa dili mabalik nga pagtapok sa makadaot nga mga mutasyon ug pagkunhod sa genome sa parasito. Tungod niini, ang parasito dili lamang mawad-an sa mga gene nga dili na kinahanglan alang sa pagkabuhi niini sa intracellular nga palibot. Kini ang kawalay katakus sa mga populasyon sa parasito sa epektibong pagwagtang sa sporadic damages mutations nga hinungdan sa pagtapok niini sa tibuok genome, lakip ang ilang labing importante nga mga gene.
Kadaghanan sa atong kasamtangang pagsabot sa pagkunhod sa genome gibase lamang sa pagtandi sa mga han-ay sa genome, nga adunay gamay nga pagtagad sa mga pagbag-o sa aktuwal nga mga molekula nga naghimo sa mga gimbuhaton sa pag-atiman sa balay ug nagsilbing potensyal nga mga target sa tambal. Gipakita sa mga pagtuon sa pagtandi nga ang palas-anon sa makadaot nga intracellular microbial mutations daw nag-predispose sa mga protina ug nucleic acid nga dili mapilo ug magtapok, nga naghimo kanila nga mas nagsalig sa chaperone ug hypersensitive sa kainit19,20,21,22,23. Dugang pa, ang lainlaing mga parasito—independent nga ebolusyon usahay gibulag hangtod sa 2.5 bilyon ka tuig—nakasinati sa parehas nga pagkawala sa mga sentro sa pagkontrol sa kalidad sa ilang synthesis sa protina5,6 ug mga mekanismo sa pag-ayo sa DNA24. Bisan pa, gamay ra ang nahibal-an bahin sa epekto sa intracellular lifestyle sa tanan nga uban pang mga kabtangan sa mga cellular macromolecules, lakip ang molecular adaptation sa nagkadako nga palas-anon sa makadaot nga mga mutasyon.
Niini nga trabaho, aron mas masabtan ang ebolusyon sa mga protina ug mga nucleic acid sa mga intracellular microorganism, among gitino ang istruktura sa mga ribosome sa intracellular parasite nga Encephalitozoon cuniculi. Ang E. cuniculi usa ka organismo nga sama sa fungus nga nahisakop sa usa ka grupo sa parasitic microsporidia nga adunay dili kasagaran nga gagmay nga eukaryotic genomes ug busa gigamit isip mga modelo nga organismo aron tun-an ang pagkadunot sa genome25,26,27,28,29,30. Bag-ohay lang, ang istruktura sa cryo-EM ribosome gitino alang sa kasarangan nga pagkunhod sa mga genome sa Microsporidia, Paranosema locustae, ug Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb genome). Kini nga mga istruktura nagsugyot nga ang pipila ka pagkawala sa rRNA amplification gibayran pinaagi sa pag-uswag sa bag-ong mga kontak tali sa silingang mga protina sa ribosomal o ang pag-angkon sa bag-ong mga protina sa msL131,32 ribosomal. Ang mga espisye nga Encephalitozoon (genome ~2.5 milyon bp), uban sa ilang pinakaduol nga paryente nga Ordospora, nagpakita sa katapusang ang-ang sa pagkunhod sa genome sa mga eukaryote - sila adunay wala pay 2000 ka mga gene nga nag-code sa protina, ug gilauman nga ang ilang mga ribosome dili lamang walay mga tipik sa pagpalapad sa rRNA (mga tipik sa rRNA nga nagpalahi sa mga eukaryotic ribosome gikan sa mga bacterial ribosome) adunay usab upat ka ribosomal nga protina tungod sa ilang kakulang sa mga homologue sa genome sa E. cuniculi26,27,28. Busa, among nahinapos nga ang ribosome sa E. cuniculi mahimong magpadayag sa wala pa mailhi nga mga estratehiya alang sa pagpahiangay sa molekula sa pagkadunot sa genome.
Ang among cryo-EM nga istruktura nagrepresentar sa pinakagamay nga eukaryotic cytoplasmic ribosome nga mailhan ug naghatag og panabut kon giunsa ang katapusang ang-ang sa pagkunhod sa genome makaapekto sa istruktura, pag-assemble, ug ebolusyon sa makinarya sa molekula nga integral sa selula. Among nakita nga ang E. cuniculi ribosome nakalapas sa daghang kaylap nga gipreserbar nga mga prinsipyo sa RNA folding ug ribosome assembly, ug nakadiskubre og bag-o, kaniadto wala mailhi nga ribosomal nga protina. Sa wala damha, among gipakita nga ang microsporidia ribosomes nakaugmad sa abilidad sa paggapos sa gagmay nga mga molekula, ug nag-hypothesize nga ang mga truncations sa rRNA ug mga protina nagpahinabo sa mga ebolusyonaryong inobasyon nga sa katapusan mahimong maghatag mapuslanon nga mga kalidad sa ribosome.
Aron mapauswag ang among pagsabot sa ebolusyon sa mga protina ug mga nucleic acid sa mga intracellular organism, nakahukom kami nga i-isolate ang mga spores sa E. cuniculi gikan sa mga kultura sa nataptan nga mga selula sa mammalian aron maputli ang ilang mga ribosome ug mahibal-an ang istruktura niini nga mga ribosome. Lisod ang pagkuha og daghang gidaghanon sa parasitic microsporidia tungod kay ang microsporidia dili ma-culture sa usa ka nutrient medium. Hinuon, kini motubo ug mosanay lamang sulod sa host cell. Busa, aron makakuha og E. cuniculi biomass para sa ribosome purification, among gi-infect ang mammalian kidney cell line RK13 gamit ang mga spores sa E. cuniculi ug gi-culture kini nga mga nataptan nga selula sulod sa pipila ka semana aron tugotan ang E. cuniculi nga motubo ug modaghan. Gamit ang usa ka nataptan nga cell monolayer nga mga tunga sa metro kwadrado, nakahimo kami sa pagputli sa mga 300 mg nga mga spores sa Microsporidia ug gigamit kini aron i-isolate ang mga ribosome. Dayon among gi-disrupt ang mga purified spores gamit ang mga glass beads ug gi-isolate ang mga crude ribosome gamit ang stepwise polyethylene glycol fractionation sa mga lysate. Kini nagtugot kanamo sa pagkuha og gibana-bana nga 300 µg nga hilaw nga E. cuniculi ribosome para sa structural analysis.
Dayon among gikolekta ang mga imahe sa cryo-EM gamit ang resulta nga mga sample sa ribosome ug giproseso kini nga mga imahe gamit ang mga maskara nga katumbas sa dako nga ribosomal subunit, gamay nga ulo sa subunit, ug gamay nga subunit. Atol niini nga proseso, among gikolekta ang mga imahe sa mga 108,000 ka mga partikulo sa ribosomal ug gikompyut ang mga imahe sa cryo-EM nga adunay resolusyon nga 2.7 Å (Mga Supplementary Figures 1-3). Dayon among gigamit ang mga imahe sa cryoEM aron i-modelo ang rRNA, ribosomal protein, ug hibernation factor Mdf1 nga nalangkit sa E. cuniculi ribosomes (Fig. 1a, b).
a Istruktura sa E. cuniculi ribosome nga komplikado sa hibernation factor Mdf1 (pdb id 7QEP). b Mapa sa hibernation factor Mdf1 nga nalangkit sa E. cuniculi ribosome. c Mapa sa sekondaryang istruktura nga nagtandi sa nabawi nga rRNA sa Microsporidian species ngadto sa nailhan nga mga istruktura sa ribosomal. Ang mga panel nagpakita sa lokasyon sa gipadako nga mga tipik sa rRNA (ES) ug mga aktibong site sa ribosome, lakip ang decoding site (DC), ang sarcinicin loop (SRL), ug ang peptidyl transferase center (PTC). d Ang densidad sa electron nga katumbas sa peptidyl transferase center sa E. cuniculi ribosome nagsugyot nga kini nga catalytic site adunay parehas nga istruktura sa E. cuniculi parasite ug sa mga host niini, lakip ang H. sapiens. e, f Ang katugbang nga densidad sa electron sa decoding center (e) ug ang eskematiko nga istruktura sa decoding center (f) nagpakita nga ang E. cuniculi adunay mga residue nga U1491 imbes nga A1491 (E. coli numbering) sa daghang uban pang mga eukaryote. Kini nga pagbag-o nagsugyot nga ang E. cuniculi mahimong sensitibo sa mga antibiotic nga nag-target niining aktibong site.
Sukwahi sa naunang natukod nga mga istruktura sa V. necatrix ug P. locustae nga mga ribosome (ang duha ka istruktura nagrepresentar sa parehas nga pamilya sa microsporidia nga Nosematidae ug parehas kaayo sa usag usa), 31,32 Ang mga ribosome sa E. cuniculi moagi sa daghang mga proseso sa rRNA ug pagkabungkag sa protina. Dugang nga denaturasyon (Mga Dugang nga Hulagway 4-6). Sa rRNA, ang labing talagsaong mga pagbag-o naglakip sa hingpit nga pagkawala sa gipadako nga 25S rRNA fragment ES12L ug partial nga pagkadaot sa h39, h41, ug H18 helices (Fig. 1c, Supplementary Fig. 4). Taliwala sa mga ribosomal nga protina, ang labing talagsaong mga pagbag-o naglakip sa hingpit nga pagkawala sa eS30 nga protina ug pagmubo sa eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, ug eS7 nga mga protina (Mga Dugang nga Hulagway 4, 5).
Busa, ang grabeng pagkunhod sa mga genome sa mga espisye sa Encephalotozoon/Ordospora makita sa ilang istruktura sa ribosome: Ang mga ribosome sa E. cuniculi nakasinati sa labing dakong pagkawala sa sulod sa protina sa mga eukaryotic cytoplasmic ribosome nga gipailalom sa structural characterization, ug wala gani silay mga rRNA ug mga tipik sa protina nga kaylap nga gipreserbar dili lamang sa mga eukaryote, apan usab sa tulo ka mga domain sa kinabuhi. Ang istruktura sa ribosome sa E. cuniculi naghatag sa unang molekular nga modelo alang niining mga pagbag-o ug nagpadayag sa mga panghitabo sa ebolusyon nga wala tagda sa parehas nga comparative genomics ug mga pagtuon sa intracellular biomolecular structure (Supplementary Fig. 7). Sa ubos, among gihulagway ang matag usa niining mga panghitabo uban sa ilang lagmit nga gigikanan sa ebolusyon ug ang ilang potensyal nga epekto sa function sa ribosome.
Among nakita nga, dugang pa sa dagkong mga truncation sa rRNA, ang mga ribosome sa E. cuniculi adunay mga variation sa rRNA sa usa sa ilang mga aktibong site. Bisan tuod ang peptidyl transferase center sa E. cuniculi ribosome adunay parehas nga istruktura sa ubang eukaryotic ribosome (Fig. 1d), ang decoding center managlahi tungod sa variation sa sequence sa nucleotide 1491 (E. coli numbering, Fig. 1e, f). Kini nga obserbasyon importante tungod kay ang decoding site sa eukaryotic ribosomes kasagaran adunay mga residue nga G1408 ug A1491 kon itandi sa bacterial-type residues nga A1408 ug G1491. Kini nga variation mao ang hinungdan sa lain-laing sensitivity sa bacterial ug eukaryotic ribosomes sa aminoglycoside family sa ribosomal antibiotics ug uban pang gagmay nga mga molekula nga nag-target sa decoding site. Sa decoding site sa E. cuniculi ribosome, ang residue nga A1491 gipulihan sa U1491, nga posibleng makamugna og talagsaon nga binding interface para sa gagmay nga mga molekula nga nag-target niining aktibong site. Ang samang A14901 nga variant anaa usab sa ubang microsporidia sama sa P. locustae ug V. necatrix, nga nagsugyot nga kini kaylap taliwala sa mga espisye sa microsporidia (Fig. 1f).
Tungod kay ang among mga sample sa ribosome sa E. cuniculi gi-isolate gikan sa mga metabolically inactive spores, among gisulayan ang cryo-EM map sa E. cuniculi para sa gihulagway kaniadto nga ribosome binding ubos sa stress o starvation conditions. Hibernation factors 31,32,36,37, 38. Among gipares ang kaniadto natukod nga istruktura sa hibernating ribosome sa cryo-EM map sa E. cuniculi ribosome. Para sa docking, ang S. cerevisiae ribosomes gigamit nga in complex uban sa hibernation factor Stm138, locust ribosomes nga in complex uban sa Lso232 factor, ug V. necatrix ribosomes nga in complex uban sa Mdf1 ug Mdf231 factors. Sa samang higayon, among nakit-an ang cryo-EM density nga katumbas sa rest factor Mdf1. Sama sa Mdf1 nga motapot sa V. necatrix ribosome, ang Mdf1 motapot usab sa E. cuniculi ribosome, diin kini mobabag sa E site sa ribosome, nga posibleng makatabang sa paghimo sa mga ribosome nga magamit kung ang mga spore sa parasito mahimong dili aktibo sa metabolismo sa panahon sa pag-inactivate sa lawas (Figure 2).
Gibabagan sa Mdf1 ang E site sa ribosome, nga daw makatabang sa pag-inactivate sa ribosome kung ang mga spore sa parasito dili na aktibo sa metabolismo. Sa istruktura sa E. cuniculi ribosome, among nakita nga ang Mdf1 nagporma og wala pa mailhi nga kontak sa L1 ribosome stem, ang bahin sa ribosome nga nagpadali sa pagpagawas sa deacylated tRNA gikan sa ribosome atol sa protein synthesis. Kini nga mga kontak nagsugyot nga ang Mdf1 mobulag gikan sa ribosome gamit ang parehas nga mekanismo sama sa deacetylated tRNA, nga naghatag usa ka posible nga pagpasabut kung giunsa pagtangtang sa ribosome ang Mdf1 aron ma-reactivate ang protein synthesis.
Apan, ang among istruktura nagbutyag ug wala mahibal-i nga kontak tali sa Mdf1 ug sa L1 ribosome leg (ang bahin sa ribosome nga makatabang sa pagpagawas sa deacylated tRNA gikan sa ribosome atol sa protein synthesis). Sa partikular, ang Mdf1 naggamit sa samang mga kontak sama sa elbow segment sa deacylated tRNA molecule (Fig. 2). Kining wala pa mailhi nga molecular modeling nagpakita nga ang Mdf1 mobulag gikan sa ribosome gamit ang samang mekanismo sama sa deacetylated tRNA, nga nagpatin-aw kon giunsa pagtangtang sa ribosome kining hibernation factor aron ma-reactivate ang protein synthesis.
Sa paghimo sa rRNA model, among nakita nga ang E. cuniculi ribosome adunay abnormal nga pagkapilo sa mga tipik sa rRNA, nga among gitawag nga fused rRNA (Fig. 3). Sa mga ribosome nga naglangkob sa tulo ka domain sa kinabuhi, ang rRNA mapilo ngadto sa mga istruktura diin kadaghanan sa mga rRNA base magpares ug mapilo sa usag usa o makig-uban sa mga ribosomal protein38,39,40. Bisan pa, sa E. cuniculi ribosomes, ang mga rRNA daw naglapas niining prinsipyo sa pagpilo pinaagi sa pag-convert sa pipila sa ilang mga helice ngadto sa wala maablihi nga mga rehiyon sa rRNA.
Istruktura sa H18 25S rRNA helix sa S. cerevisiae, V. necatrix, ug E. cuniculi. Kasagaran, sa mga ribosome nga naglangkob sa tulo ka life domain, kini nga linker moliko ngadto sa usa ka RNA helix nga adunay 24 ngadto sa 34 ka residue. Sa Microsporidia, sa kasukwahi, kini nga rRNA linker hinay-hinay nga mikunhod ngadto sa duha ka single-stranded uridine-rich linkers nga adunay 12 lang ka residue. Kadaghanan niini nga mga residue naladlad sa mga solvent. Ang hulagway nagpakita nga ang parasitic microsporidia daw naglapas sa kinatibuk-ang mga prinsipyo sa rRNA folding, diin ang mga rRNA base kasagarang gikonektar sa ubang mga base o nalambigit sa mga interaksyon sa rRNA-protein. Sa microsporidia, ang pipila ka mga tipik sa rRNA mokuha sa usa ka dili maayo nga pilo, diin ang kanhing rRNA helix mahimong usa ka single-stranded fragment nga halos tul-id nga linya. Ang presensya niining dili kasagaran nga mga rehiyon nagtugot sa microsporidia rRNA sa pagbugkos sa lagyong mga tipik sa rRNA gamit ang gamay nga gidaghanon sa mga RNA base.
Ang labing talagsaong ehemplo niining ebolusyonaryong transisyon makita sa H18 25S rRNA helix (Fig. 3). Sa mga espisye gikan sa E. coli ngadto sa mga tawo, ang mga base niining rRNA helix adunay 24-32 ka nucleotides, nga nagporma og gamay nga dili regular nga helix. Sa kaniadto nailhan nga mga istruktura sa ribosomal gikan sa V. necatrix ug P. locustae,31,32 ang mga base sa H18 helix partially uncoiled, apan ang nucleotide base pairing napreserbar. Bisan pa, sa E. cuniculi kining tipik sa rRNA nahimong pinakamubo nga mga linker nga 228UUUUGU232 ug 301UUUUUUUUUU307. Dili sama sa tipikal nga mga tipik sa rRNA, kining mga linker nga daghan og uridine dili mo-coil o mohimo og halapad nga kontak sa mga protina sa ribosomal. Hinuon, nagsagop sila og solvent-open ug hingpit nga wala maablihi nga mga istruktura diin ang mga strand sa rRNA halos tul-id nga gipalugway. Kining giinat nga konpormasyon nagpatin-aw kon giunsa sa E. cuniculi paggamit lamang og 12 ka RNA base aron pun-on ang 33 Å nga kal-ang tali sa H16 ug H18 rRNA helices, samtang ang ubang mga espisye nanginahanglan labing menos doble nga gidaghanon sa rRNA base aron mapuno ang kal-ang.
Busa, atong mapamatud-an nga, pinaagi sa dili maayong pagpilo sa enerhiya, ang parasitic microsporidia nakaugmad og estratehiya sa pagkontrata bisan niadtong mga rRNA segment nga nagpabilin nga kaylap nga gikonserba sa mga espisye sa tulo ka mga domain sa kinabuhi. Dayag nga, pinaagi sa pagtipon sa mga mutasyon nga nagbag-o sa mga rRNA helice ngadto sa mubo nga poly-U linkers, ang E. cuniculi makaporma og dili kasagaran nga mga tipik sa rRNA nga adunay gamay ra nga mga nucleotide kutob sa mahimo alang sa ligation sa mga tipik sa distal nga rRNA. Makatabang kini sa pagpasabut kung giunsa sa microsporidia nga nakab-ot ang usa ka dramatikong pagkunhod sa ilang sukaranan nga istruktura sa molekula nga wala mawala ang ilang istruktura ug gimbuhaton nga integridad.
Laing talagsaon nga bahin sa E. cuniculi rRNA mao ang pagpakita sa rRNA nga walay mga baga (Fig. 4). Ang mga bulge kay mga nucleotide nga walay mga base pair nga moliko gikan sa RNA helix imbes nga magtago niini. Kadaghanan sa mga protrusion sa rRNA molihok isip mga molecular adhesive, nga makatabang sa paggapos sa kasikbit nga mga ribosomal protein o uban pang mga tipik sa rRNA. Ang uban sa mga bulge molihok isip mga bisagra, nga nagtugot sa rRNA helix nga mo-flex ug mopilo sa labing maayo alang sa mabungahon nga synthesis sa protina 41.
a Ang pag-usbong sa rRNA (S. cerevisiae numbering) wala sa istruktura sa ribosome sa E. cuniculi, apan anaa sa kadaghanan sa ubang mga eukaryote b. E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, ug E. cuniculi internal ribosomes. Ang mga parasito kulang sa daghang karaan ug taas nga napreserbar nga mga bulge sa rRNA. Kini nga mga pagpalapot nagpalig-on sa istruktura sa ribosome; busa, ang ilang pagkawala sa microsporidia nagpakita sa pagkunhod sa kalig-on sa pagpilo sa rRNA sa mga parasito sa microsporidia. Ang pagtandi sa mga P stems (L7/L12 stems sa bacteria) nagpakita nga ang pagkawala sa mga bumps sa rRNA usahay motakdo sa pagpakita sa bag-ong mga bumps tupad sa nawala nga mga bumps. Ang H42 helix sa 23S/28S rRNA adunay usa ka karaan nga bulge (U1206 sa Saccharomyces cerevisiae) nga gibanabana nga labing menos 3.5 bilyon ka tuig ang edad tungod sa proteksyon niini sa tulo ka mga domain sa kinabuhi. Sa microsporidia, kini nga bulge mawala. Apan, usa ka bag-ong umbok ang mitungha tupad sa nawala nga umbok (A1306 sa E. cuniculi).
Katingad-an, among nakita nga ang mga ribosome sa E. cuniculi kulang sa kadaghanan sa mga bulge sa rRNA nga makita sa ubang mga espisye, lakip ang kapin sa 30 ka bulge nga napreserbar sa ubang mga eukaryote (Fig. 4a). Kini nga pagkawala nagwagtang sa daghang mga kontak tali sa mga subunit sa ribosomal ug sa kasikbit nga mga helice sa rRNA, usahay nagmugna og dagkong mga haw-ang sulod sa ribosome, nga naghimo sa ribosome sa E. cuniculi nga mas porous kon itandi sa mas tradisyonal nga mga ribosome (Fig. 4b). Talalupangdon, among nakita nga kadaghanan niini nga mga bulge nawala usab sa kaniadto nailhan nga mga istruktura sa ribosome sa V. necatrix ug P. locustae, nga wala tagda sa nangaging mga pag-analisar sa istruktura31,32.
Usahay ang pagkawala sa mga bulge sa rRNA giubanan sa pag-uswag sa mga bag-ong bulge tupad sa nawala nga bulge. Pananglitan, ang ribosomal P-stem adunay usa ka U1208 bulge (sa Saccharomyces cerevisiae) nga nabuhi gikan sa E. coli ngadto sa mga tawo ug busa gibanabana nga 3.5 bilyon ka tuig ang edad. Atol sa synthesis sa protina, kini nga bulge makatabang sa P stem nga molihok tali sa bukas ug sirado nga mga conformation aron ang ribosome makarekrut sa mga translation factor ug makahatud niini sa aktibo nga site. Sa E. cuniculi ribosomes, kini nga paglapot wala; bisan pa, ang usa ka bag-ong paglapot (G883) nga nahimutang lamang sa tulo ka base pairs mahimong makatampo sa pagpahiuli sa labing maayo nga pagka-flexible sa P stem (Fig. 4c).
Ang among datos sa rRNA nga walay mga bulge nagsugyot nga ang pagminus sa rRNA dili limitado sa pagkawala sa mga elemento sa rRNA sa ibabaw sa ribosome, apan mahimo usab nga maglambigit sa ribosome nucleus, nga makamugna og parasite-specific molecular defect nga wala pa mahulagway sa mga free-living cells. Adunay mga buhing espisye nga naobserbahan.
Human sa pagmodelo sa canonical ribosomal proteins ug rRNA, among nakita nga ang conventional ribosomal components dili makapasabot sa tulo ka bahin sa cryo-EM image. Duha niini nga mga tipik gagmay nga mga molekula ang gidak-on (Fig. 5, Supplementary Fig. 8). Ang unang bahin gisulod taliwala sa ribosomal proteins uL15 ug eL18 sa usa ka posisyon nga kasagarang giokupar sa C-terminus sa eL18, nga gipamubo sa E. cuniculi. Bisan tuod dili nato matino ang identidad niini nga molekula, ang gidak-on ug porma niini nga density island maayo nga gipasabut sa presensya sa mga molekula sa spermidine. Ang pagbugkos niini sa ribosome gipalig-on sa mga mutasyon nga espesipiko sa microsporidia sa mga protina sa uL15 (Asp51 ug Arg56), nga daw nagdugang sa affinity sa ribosome alang niining gamay nga molekula, tungod kay gitugotan niini ang uL15 nga iputos ang gamay nga molekula ngadto sa usa ka ribosomal nga istruktura. Supplementary Figure 2). 8, dugang nga datos 1, 2).
Ang Cryo-EM imaging nga nagpakita sa presensya sa mga nucleotide sa gawas sa ribose nga nakagapos sa E. cuniculi ribosome. Sa E. cuniculi ribosome, kini nga nucleotide nag-okupar sa parehas nga lugar sama sa 25S rRNA A3186 nucleotide (Saccharomyces cerevisiae numbering) sa kadaghanan sa ubang eukaryotic ribosomes. b Sa ribosomal nga istruktura sa E. cuniculi, kini nga nucleotide nahimutang taliwala sa mga ribosomal nga protina uL9 ug eL20, sa ingon nagpalig-on sa kontak tali sa duha ka protina. cd eL20 sequence conservation analysis taliwala sa mga espisye sa microsporidia. Ang phylogenetic tree sa mga espisye sa Microsporidia (c) ug multiple sequence alignment sa protina sa eL20 (d) nagpakita nga ang mga nucleotide-binding residue nga F170 ug K172 gipreserbar sa kadaghanan sa tipikal nga Microsporidia, gawas sa S. lophii, gawas sa sayo nga nagsanga nga Microsporidia, nga nagpabilin sa ES39L rRNA extension. e Kini nga hulagway nagpakita nga ang mga nucleotide-binding residue nga F170 ug K172 anaa lamang sa eL20 sa highly reduced microsporidia genome, apan wala sa ubang mga eukaryote. Sa kinatibuk-an, kini nga datos nagsugyot nga ang Microsporidian ribosomes nakaugmad og nucleotide binding site nga daw nagbugkos sa mga molekula sa AMP ug gigamit kini aron mapalig-on ang mga interaksyon sa protina-protina sa istruktura sa ribosomal. Ang taas nga konserbasyon niining binding site sa Microsporidia ug ang pagkawala niini sa ubang mga eukaryote nagsugyot nga kini nga site mahimong maghatag og selective survival advantage para sa Microsporidia. Busa, ang nucleotide-binding pocket sa microsporidia ribosome dili daw usa ka degenerate feature o end form sa rRNA degradation sama sa gihulagway kaniadto, apan usa ka mapuslanon nga evolutionary innovation nga nagtugot sa microsporidia ribosome nga direktang magbugkos sa gagmay nga mga molekula, gamit kini isip mga molecular building block. building block para sa mga ribosome. Kini nga nadiskobrehan naghimo sa microsporidia ribosome nga mao lamang ang ribosome nga nahibal-an nga naggamit og usa ka nucleotide isip structural building block niini. f Hypothetical evolutionary pathway nga nakuha gikan sa nucleotide binding.
Ang ikaduhang ubos nga molecular weight density nahimutang sa interface tali sa ribosomal proteins uL9 ug eL30 (Fig. 5a). Kini nga interface gihulagway kaniadto sa istruktura sa Saccharomyces cerevisiae ribosome isip binding site para sa 25S nucleotide sa rRNA A3186 (kabahin sa ES39L rRNA extension)38. Gipakita nga sa degenerate P. locustae ES39L ribosomes, kini nga interface nagbugkos sa usa ka wala mailhi nga single nucleotide 31, ug gituohan nga kini nga nucleotide usa ka reduced final form sa rRNA, diin ang gitas-on sa rRNA kay ~130-230 bases. Ang ES39L gipakunhod ngadto sa usa ka single nucleotide 32.43. Ang among cryo-EM images nagsuporta sa ideya nga ang density mahimong ipasabut sa mga nucleotide. Bisan pa, ang mas taas nga resolusyon sa among istruktura nagpakita nga kini nga nucleotide usa ka extraribosomal molecule, posible nga AMP (Fig. 5a, b).
Nangutana dayon mi kung ang nucleotide binding site nagpakita ba sa E. cuniculi ribosome o kung kini naglungtad na kaniadto. Tungod kay ang nucleotide binding kasagaran gi-mediate sa Phe170 ug Lys172 residues sa eL30 ribosomal protein, among gisusi ang konserbasyon niini nga mga residue sa 4396 ka representante nga eukaryotes. Sama sa kaso sa uL15 sa ibabaw, among nakita nga ang Phe170 ug Lys172 residues taas nga nakonserba lamang sa tipikal nga Microsporidia, apan wala sa ubang mga eukaryote, lakip ang atypical Microsporidia Mitosporidium ug Amphiamblys, diin ang ES39L rRNA fragment wala maminusan 44, 45, 46 (Fig. 5c). -e).
Kon tan-awon sa kinatibuk-an, kining mga datos nagsuporta sa ideya nga ang E. cuniculi ug posible nga uban pang canonical microsporidia nakaugmad sa abilidad sa pagkuha og daghang gagmay nga mga metabolite sa istruktura sa ribosome aron mabayran ang pagkunhod sa lebel sa rRNA ug protina. Sa pagbuhat niini, nakaugmad sila og talagsaon nga abilidad sa paggapos sa mga nucleotide sa gawas sa ribosome, nga nagpakita nga ang mga istruktura sa molekula sa parasito mo-compensate pinaagi sa pagkuha og daghang gagmay nga mga metabolite ug paggamit niini isip mga structural mimic sa nadaot nga RNA ug mga tipik sa protina.
Ang ikatulo nga wala masimulate nga bahin sa among cryo-EM map, nga makita sa dako nga ribosomal subunit. Ang medyo taas nga resolusyon (2.6 Å) sa among mapa nagsugyot nga kini nga densidad iya sa mga protina nga adunay talagsaon nga mga kombinasyon sa dagkong mga residue sa side chain, nga nagtugot kanamo sa pag-ila niini nga densidad isip usa ka wala pa mailhi nga ribosomal nga protina nga among giila nga Ginganlan kini og msL2 (Microsporidia-specific protein L2) (mga pamaagi, hulagway 6). Ang among pagpangita sa homology nagpakita nga ang msL2 gipreserbar sa Microsporidia clade sa genus nga Encephaliter ug Orosporidium, apan wala sa ubang mga espisye, lakip ang ubang Microsporidia. Sa istruktura sa ribosomal, ang msL2 nag-okupar sa usa ka gintang nga naporma sa pagkawala sa gipalapdan nga ES31L rRNA. Niini nga haw-ang, ang msL2 makatabang sa pagpalig-on sa rRNA folding ug makabawi sa pagkawala sa ES31L (Hulagway 6).
a Ang densidad sa elektron ug modelo sa Microsporidia-specific ribosomal protein nga msL2 nga makita sa E. cuniculi ribosomes. b Kadaghanan sa mga eukaryotic ribosome, lakip ang 80S ribosome sa Saccharomyces cerevisiae, adunay nawala nga ES19L rRNA amplification sa kadaghanan sa mga Microsporidian species. Ang kaniadto natukod nga istruktura sa V. necatrix microsporidia ribosome nagsugyot nga ang pagkawala sa ES19L niining mga parasito gibayran sa ebolusyon sa bag-ong msL1 ribosomal protein. Niini nga pagtuon, among nakita nga ang E. cuniculi ribosome nakaugmad usab og dugang nga ribosomal RNA mimic protein isip usa ka dayag nga kompensasyon alang sa pagkawala sa ES19L. Bisan pa, ang msL2 (karon gi-annotate isip hypothetical ECU06_1135 protein) ug msL1 adunay lainlaing istruktura ug ebolusyonaryong gigikanan. c Kining nadiskobrehan sa pagmugna og mga protina sa msL1 ug msL2 nga walay kalabotan sa ebolusyon nagsugyot nga kon ang mga ribosome magtigom og makadaot nga mga mutasyon sa ilang rRNA, makab-ot nila ang wala pa sukad nga lebel sa pagkalainlain sa komposisyon bisan sa gamay nga subset sa suod nga may kalabutan nga mga espisye. Kining nadiskobrehan makatabang sa pagklaro sa gigikanan ug ebolusyon sa mitochondrial ribosome, nga nailhan tungod sa pagkunhod sa rRNA ug abnormal nga pagkalainlain sa komposisyon sa protina sa lain-laing mga espisye.
Among gitandi ang msL2 nga protina sa naunang gihulagway nga msL1 nga protina, ang bugtong nailhan nga microsporidia-specific ribosomal protein nga makita sa V. necatrix ribosome. Gusto namong sulayan kung ang msL1 ug msL2 may kalabutan ba sa ebolusyon. Ang among pag-analisar nagpakita nga ang msL1 ug msL2 nag-okupar sa parehas nga lungag sa istruktura sa ribosomal, apan adunay lainlaing panguna ug tertiary nga mga istruktura, nga nagpakita sa ilang independente nga gigikanan sa ebolusyon (Fig. 6). Busa, ang among nadiskobrehan sa msL2 naghatag ebidensya nga ang mga grupo sa compact eukaryotic species mahimong independente nga molambo sa istruktura nga managlahi nga mga protina sa ribosomal aron mabayran ang pagkawala sa mga tipik sa rRNA. Kini nga nadiskobrehan talagsaon tungod kay kadaghanan sa mga cytoplasmic eukaryotic ribosome adunay usa ka invariant nga protina, lakip ang parehas nga pamilya sa 81 ka ribosomal nga protina. Ang pagpakita sa msL1 ug msL2 sa lainlaing mga clade sa microsporidia agig tubag sa pagkawala sa gipalapdan nga mga bahin sa rRNA nagsugyot nga ang pagkadaot sa arkitektura sa molekula sa parasito hinungdan nga ang mga parasito mangita og mga compensatory mutations, nga sa kadugayan mahimong mosangpot sa ilang pag-angkon sa lainlaing mga populasyon sa parasito.
Sa katapusan, sa dihang nahuman na ang among modelo, among gitandi ang komposisyon sa E. cuniculi ribosome sa gitagna gikan sa genome sequence. Daghang ribosomal proteins, lakip ang eL14, eL38, eL41, ug eS30, ang kaniadto gituohan nga nawala gikan sa E. cuniculi genome tungod sa dayag nga pagkawala sa ilang mga homologue gikan sa E. cuniculi genome. Ang pagkawala sa daghang ribosomal proteins gitagna usab sa kadaghanan sa ubang highly reduced intracellular parasites ug endosymbionts. Pananglitan, bisan kung kadaghanan sa free-living bacteria adunay parehas nga pamilya sa 54 ribosomal proteins, 11 ra niini nga mga pamilya sa protina ang adunay makit-an nga mga homologue sa matag gisusi nga genome sa host-restricted bacteria. Agig suporta niini nga ideya, ang pagkawala sa ribosomal proteins naobserbahan sa eksperimento sa V. necatrix ug P. locustae microsporidia, nga kulang sa eL38 ug eL4131,32 proteins.
Apan, ang among mga istruktura nagpakita nga ang eL38, eL41, ug eS30 ra ang aktuwal nga nawala sa E. cuniculi ribosome. Ang eL14 nga protina napreserbar ug ang among istruktura nagpakita kung ngano nga kini nga protina wala makit-i sa pagpangita sa homology (Fig. 7). Sa E. cuniculi ribosomes, kadaghanan sa eL14 binding site nawala tungod sa pagkadaot sa rRNA-amplified ES39L. Sa pagkawala sa ES39L, ang eL14 nawad-an sa kadaghanan sa sekondaryang istruktura niini, ug 18% ra sa eL14 sequence ang parehas sa E. cuniculi ug S. cerevisiae. Kini nga dili maayo nga pagpreserbar sa sequence talagsaon tungod kay bisan ang Saccharomyces cerevisiae ug Homo sapiens—mga organismo nga nag-evolve nga 1.5 bilyon ka tuig ang gilay-on—nag-ambit og labaw sa 51% sa parehas nga residue sa eL14. Kining dili normal nga pagkawala sa konserbasyon nagpatin-aw nganong ang E. cuniculi eL14 kasamtangang gi-annotate isip gituohang M970_061160 nga protina ug dili isip eL1427 ribosomal nga protina.
ug Ang Microsporidia ribosome nawad-an sa ES39L rRNA extension, nga partially nga nagwagtang sa eL14 ribosomal protein binding site. Sa pagkawala sa ES39L, ang eL14 microspore protein moagi sa pagkawala sa secondary structure, diin ang kanhing rRNA-binding α-helix madaot ngadto sa usa ka minimal length loop. b Ang multiple sequence alignment nagpakita nga ang eL14 protein taas nga nakonserba sa eukaryotic species (57% sequence identity tali sa yeast ug human homologues), apan dili maayo nga nakonserba ug divergent sa microsporidia (diin dili molapas sa 24% sa mga residue ang parehas sa eL14 homologue). gikan sa S. cerevisiae o H. sapiens). Kini nga dili maayo nga sequence conservation ug secondary structure variability nagpatin-aw kung ngano nga ang eL14 homologue wala pa gyud makit-i sa E. cuniculi ug kung ngano nga kini nga protina gituohan nga nawala sa E. cuniculi. Sa kasukwahi, ang E. cuniculi eL14 kaniadto gi-annotate isip usa ka gituohang M970_061160 nga protina. Kini nga obserbasyon nagsugyot nga ang pagkalainlain sa genome sa microsporidia karon gipasobrahan: ang ubang mga gene nga gituohan nga nawala sa microsporidia sa tinuud napreserbar, bisan kung sa mga porma nga lahi kaayo; hinoon, ang uban gituohan nga nag-code alang sa mga gene sa microsporidia alang sa mga protina nga espesipiko sa ulod (pananglitan, ang hypothetical nga protina nga M970_061160) aktuwal nga nag-code alang sa lainlaing mga protina nga makita sa ubang mga eukaryote.
Kini nga nakaplagan nagsugyot nga ang denaturation sa rRNA mahimong mosangpot sa dakong pagkawala sa sequence conservation sa kasikbit nga ribosomal proteins, nga maghimo niini nga mga protina nga dili mamatikdan alang sa homology searches. Busa, mahimo natong pasobrahan ang pagbanabana sa aktuwal nga degree sa molecular degradation sa gagmay nga genome organisms, tungod kay ang ubang mga protina nga gituohang nawala aktuwal nga nagpabilin, bisan pa sa mga porma nga giusab pag-ayo.
Unsaon man sa mga parasito nga magpabilin sa gimbuhaton sa ilang mga molekular nga makina ubos sa mga kondisyon sa grabeng pagkunhod sa genome? Gitubag sa among pagtuon kini nga pangutana pinaagi sa paghulagway sa komplikado nga istruktura sa molekula (ribosome) sa E. cuniculi, usa ka organismo nga adunay usa sa pinakagamay nga eukaryotic genome.
Nailhan na sulod sa halos duha ka dekada nga ang mga molekula sa protina ug RNA sa mga microbial parasite kanunay nga lahi sa ilang homologous nga mga molekula sa mga free-living species tungod kay kulang sila sa mga quality control center, mikunhod ngadto sa 50% sa ilang gidak-on sa mga free-living microbes, ug uban pa. daghang makapaluya nga mga mutasyon nga makadaot sa pagpilo ug pag-andar. Pananglitan, ang mga ribosome sa gagmay nga mga genome organism, lakip ang daghang intracellular parasites ug endosymbionts, gilauman nga kulang sa daghang ribosomal nga mga protina ug hangtod sa un-tersiya sa rRNA nucleotides kon itandi sa mga free-living species 27, 29, 30, 49. Bisan pa, ang paagi sa pag-andar niini nga mga molekula sa parasite nagpabilin nga usa ka misteryo, nga gitun-an labi na pinaagi sa comparative genomics.
Ang among pagtuon nagpakita nga ang istruktura sa mga macromolecule makapadayag sa daghang aspeto sa ebolusyon nga lisod makuha gikan sa tradisyonal nga comparative genomic studies sa intracellular parasites ug uban pang host-restricted organisms (Supplementary Fig. 7). Pananglitan, ang ehemplo sa eL14 protein nagpakita nga mahimo natong i-overestimate ang aktuwal nga degree sa degradation sa molecular apparatus sa parasitic species. Ang mga encephalitic parasite gituohan karon nga adunay gatusan ka microsporidia-specific genes. Bisan pa, ang among mga resulta nagpakita nga ang pipila niining daw espesipikong mga gene sa tinuod lahi ra kaayo nga mga variant sa mga gene nga komon sa ubang mga eukaryote. Dugang pa, ang ehemplo sa msL2 protein nagpakita kung giunsa nato gibaliwala ang bag-ong mga ribosomal protein ug gi-underestimate ang sulud sa parasitic molecular machines. Ang ehemplo sa gagmay nga mga molekula nagpakita kung giunsa nato mabaliwala ang labing maalamon nga mga inobasyon sa parasitic molecular structures nga makahatag kanila og bag-ong biological activity.
Kon tan-awon sa kinatibuk-an, kining mga resulta makapauswag sa atong pagsabot sa mga kalainan tali sa mga istruktura sa molekula sa mga organismo nga gipugngan sa host ug sa ilang mga katugbang sa mga organismo nga gawasnon nga buhi. Gipakita namo nga ang mga makina sa molekula, nga dugay nang gituohan nga gipakunhod, nagkadunot, ug gipailalom sa lainlaing mga mutasyon nga makapaluya, hinoon adunay usa ka hugpong sa sistematikong wala tagda nga dili kasagaran nga mga bahin sa istruktura.
Sa laing bahin, ang dili-bulky nga mga tipik sa rRNA ug nag-fuse nga mga tipik nga among nakit-an sa mga ribosome sa E. cuniculi nagsugyot nga ang pagkunhod sa genome makausab bisan sa mga bahin sa batakang makinarya sa molekula nga napreserbar sa tulo ka mga dominyo sa kinabuhi - pagkahuman sa hapit 3.5 bilyon ka tuig. independente nga ebolusyon sa mga espisye.
Ang mga bulge-free ug fused rRNA fragments sa E. cuniculi ribosomes adunay partikular nga interes sa kahayag sa nangaging mga pagtuon sa mga molekula sa RNA sa endosymbiotic bacteria. Pananglitan, sa aphid endosymbiont nga Buchnera aphidicola, ang mga molekula sa rRNA ug tRNA gipakita nga adunay mga istruktura nga sensitibo sa temperatura tungod sa A+T composition bias ug usa ka taas nga proporsyon sa mga non-canonical base pairs20,50. Kini nga mga pagbag-o sa RNA, ingon man ang mga pagbag-o sa mga molekula sa protina, gihunahuna karon nga responsable sa sobra nga pagsalig sa mga endosymbiont sa mga kauban ug ang kawalay katakus sa mga endosymbiont sa pagbalhin sa kainit 21, 23. Bisan kung ang parasitic microsporidia rRNA adunay mga pagbag-o sa istruktura, ang kinaiya niini nga mga pagbag-o nagsugyot nga ang pagkunhod sa thermal stability ug mas taas nga pagsalig sa mga protina sa chaperone mahimong komon nga mga bahin sa mga molekula sa RNA sa mga organismo nga adunay pagkunhod sa mga genome.
Sa laing bahin, ang among mga istruktura nagpakita nga ang parasite microsporidia nakaugmad og talagsaon nga abilidad sa pagsukol sa lapad nga gikonserba nga rRNA ug mga tipik sa protina, nga nagpalambo sa abilidad sa paggamit sa daghan ug dali nga magamit nga gagmay nga mga metabolite isip mga estruktural nga pagsundog sa nagkadunot nga rRNA ug mga tipik sa protina. Pagkadaot sa istruktura sa molekula. . Kini nga opinyon gisuportahan sa kamatuoran nga ang gagmay nga mga molekula nga nag-compensate sa pagkawala sa mga tipik sa protina sa rRNA ug mga ribosome sa E. cuniculi nagbugkos sa mga residue nga espesipiko sa microsporidia sa mga protina sa uL15 ug eL30. Kini nagsugyot nga ang pagbugkos sa gagmay nga mga molekula sa mga ribosome mahimong usa ka produkto sa positibo nga pagpili, diin ang mga mutasyon nga espesipiko sa Microsporidia sa mga protina sa ribosomal gipili tungod sa ilang abilidad sa pagdugang sa affinity sa mga ribosome alang sa gagmay nga mga molekula, nga mahimong mosangpot sa mas episyente nga mga organismo sa ribosomal. Ang nadiskobrehan nagpadayag sa usa ka maalamon nga inobasyon sa istruktura sa molekula sa mga microbial parasite ug naghatag kanato og mas maayo nga pagsabot kung giunsa pagpadayon sa mga istruktura sa molekula sa parasito ang ilang gimbuhaton bisan pa sa reductive evolution.
Sa pagkakaron, ang pag-ila niining gagmay nga mga molekula nagpabilin nga dili klaro. Dili klaro kung ngano nga ang pagpakita niining gagmay nga mga molekula sa istruktura sa ribosomal managlahi tali sa mga espisye sa microsporidia. Sa partikular, dili klaro kung ngano nga ang pagbugkos sa nucleotide naobserbahan sa mga ribosome sa E. cuniculi ug P. locustae, ug dili sa mga ribosome sa V. necatrix, bisan pa sa presensya sa F170 residue sa eL20 ug K172 nga mga protina sa V. necatrix. Kini nga pagtangtang mahimong hinungdan sa residue 43 uL6 (nga nahimutang tupad sa bulsa sa pagbugkos sa nucleotide), nga mao ang tyrosine sa V. necatrix ug dili threonine sa E. cuniculi ug P. locustae. Ang bulky aromatic side chain sa Tyr43 mahimong makabalda sa pagbugkos sa nucleotide tungod sa steric overlap. Sa laing bahin, ang dayag nga pagtangtang sa nucleotide mahimong tungod sa ubos nga resolusyon sa cryo-EM imaging, nga nakababag sa pagmodelo sa mga tipik sa ribosomal sa V. necatrix.
Sa laing bahin, ang among trabaho nagsugyot nga ang proseso sa pagkadunot sa genome mahimong usa ka mamugnaong puwersa. Sa partikular, ang istruktura sa E. cuniculi ribosome nagsugyot nga ang pagkawala sa rRNA ug mga tipik sa protina sa microsporidia ribosome nagmugna og presyur sa ebolusyon nga nagpasiugda sa mga pagbag-o sa istruktura sa ribosome. Kini nga mga variant nahitabo layo sa aktibo nga lugar sa ribosome ug daw makatabang sa pagmentinar (o pagpahiuli) sa labing maayo nga pag-assemble sa ribosome nga unta mabalda sa pagkunhod sa rRNA. Kini nagsugyot nga ang usa ka dakong inobasyon sa microsporidia ribosome daw nahimong usa ka panginahanglan sa pag-buffer sa gene drift.
Tingali kini labing maayo nga gipakita sa nucleotide binding, nga wala pa gyud maobserbahan sa ubang mga organismo hangtod karon. Ang kamatuoran nga ang mga nucleotide-binding residue anaa sa tipikal nga microsporidia, apan wala sa ubang mga eukaryote, nagsugyot nga ang mga nucleotide-binding site dili lang mga relikya nga naghulat nga mawala, o ang katapusang site para sa rRNA nga ibalik sa porma sa indibidwal nga mga nucleotide. Hinuon, kini nga site daw usa ka mapuslanon nga bahin nga mahimong mitubo sa daghang mga hugna sa positibo nga pagpili. Ang mga nucleotide binding site mahimong usa ka by-product sa natural selection: kung ang ES39L madaot, ang microsporidia mapugos sa pagpangita og kompensasyon aron mapasig-uli ang labing maayo nga ribosome biogenesis sa wala ang ES39L. Tungod kay kini nga nucleotide makasundog sa mga molekular nga kontak sa A3186 nucleotide sa ES39L, ang molekula sa nucleotide mahimong usa ka building block sa ribosome, ang pagbugkos niini labi pa nga gipauswag pinaagi sa mutation sa eL30 sequence.
Mahitungod sa molekular nga ebolusyon sa mga intracellular parasite, ang among pagtuon nagpakita nga ang mga pwersa sa Darwinian natural selection ug genetic drift sa genome decay wala naglihok nga dungan, apan nag-oscillate. Una, ang genetic drift nagwagtang sa mga importanteng bahin sa biomolecules, nga naghimo sa compensation nga gikinahanglan kaayo. Kung ang mga parasite makatagbaw niini nga panginahanglan pinaagi sa Darwinian natural selection nga ang ilang mga macromolecule adunay higayon nga mapalambo ang ilang labing impresibo ug bag-ong mga kinaiya. Importante, ang ebolusyon sa mga nucleotide binding sites sa E. cuniculi ribosome nagsugyot nga kini nga loss-to-gain pattern sa molekular nga ebolusyon dili lamang nag-amortize sa makadaot nga mga mutasyon, apan usahay naghatag og hingpit nga bag-ong mga gimbuhaton sa parasitic macromolecules.
Kini nga ideya nahiuyon sa moving equilibrium theory ni Sewell Wright, nga nag-ingon nga ang usa ka estrikto nga sistema sa natural selection naglimite sa abilidad sa mga organismo sa pag-innovate51,52,53. Bisan pa, kung ang genetic drift makabalda sa natural selection, kini nga mga drift mahimong makamugna og mga pagbag-o nga dili sa ilang kaugalingon adaptive (o makadaot pa gani) apan mosangpot sa dugang nga mga pagbag-o nga naghatag og mas taas nga fitness o bag-ong biological nga kalihokan. Gisuportahan sa among balangkas kini nga ideya pinaagi sa pag-ilustrar nga ang parehas nga klase sa mutation nga nagpamenos sa fold ug function sa usa ka biomolecule daw mao ang panguna nga hinungdan sa pag-uswag niini. Subay sa win-win evolutionary model, gipakita sa among pagtuon nga ang pagkadunot sa genome, nga tradisyonal nga giisip nga usa ka degenerative nga proseso, usa usab ka mayor nga tigduso sa kabag-ohan, usahay ug tingali kanunay nga nagtugot sa mga macromolecule nga makakuha og bag-ong mga kalihokan sa parasito.