Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy egy frissített böngészőt használjon (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
A mikrobiális paraziták evolúciója magában foglalja a természetes szelekció, amely a paraziták fejlődését okozza, és a genetikai sodródás közötti ellenhatást, amely a paraziták génvesztését és káros mutációk felhalmozódását okozza. Annak érdekében, hogy megértsük, hogyan történik ez az ellenhatás egyetlen makromolekula szintjén, leírjuk az Encephalitozoon cuniculi riboszómájának krio-EM szerkezetét, amely egy eukarióta organizmus, és a természetben található egyik legkisebb genommal rendelkezik. Az rRNS extrém csökkenését az E. cuniculi riboszómáiban példátlan szerkezeti változások kísérik, mint például a korábban ismeretlen, összeolvadt rRNS linkerek és a kidudorodás nélküli rRNS evolúciója. Ezenkívül az E. cuniculi riboszóma túlélte az rRNS fragmensek és fehérjék elvesztését azáltal, hogy képes volt kis molekulákat használni a lebomlott rRNS fragmensek és fehérjék szerkezeti utánzataként. Összességében megmutatjuk, hogy a sokáig redukáltnak, degeneráltnak és legyengítő mutációknak kitettnek tartott molekuláris struktúrák számos kompenzációs mechanizmussal rendelkeznek, amelyek aktívak maradnak a szélsőséges molekuláris összehúzódások ellenére is.
Mivel a legtöbb mikrobiális parazita csoport egyedi molekuláris eszközökkel rendelkezik gazdaszervezete kiaknázására, gyakran különböző terápiákat kell kifejlesztenünk a parazita különböző csoportjai számára1,2. Új bizonyítékok azonban arra utalnak, hogy a parazita evolúciójának egyes aspektusai konvergensek és nagyrészt kiszámíthatóak, ami a mikrobiális paraziták széleskörű terápiás beavatkozásainak lehetséges alapját jelzi3,4,5,6,7,8,9.
Korábbi munkák azonosítottak egy közös evolúciós trendet a mikrobiális parazitákban, amelyet genomredukciónak vagy genombomlásnak neveznek10,11,12,13. A jelenlegi kutatások azt mutatják, hogy amikor a mikroorganizmusok feladják szabadon élő életmódjukat, és intracelluláris parazitákká (vagy endoszimbiontákká) válnak, genomjuk lassú, de elképesztő metamorfózison megy keresztül több millió év alatt9,11. A genombomlás néven ismert folyamat során a mikrobiális paraziták káros mutációkat halmoznak fel, amelyek számos korábban fontos gént pszeudogénné alakítanak, ami fokozatos génvesztéshez és mutációs összeomláshoz vezet14,15. Ez az összeomlás a legrégebbi intracelluláris szervezetekben a gének akár 95%-át is elpusztíthatja a szorosan rokon szabadon élő fajokhoz képest. Így az intracelluláris paraziták evolúciója két ellentétes erő közötti kötélhúzás: a darwini természetes szelekció, amely a paraziták fejlődéséhez vezet, és a genom összeomlása, amely a parazitákat a feledés homályába taszítja. Az, hogy a parazitának hogyan sikerült kilábalnia ebből a kötélhúzásból, és megőriznie molekuláris szerkezetének aktivitását, továbbra sem világos.
Bár a genom lebomlásának mechanizmusa nem teljesen ismert, úgy tűnik, hogy főként a gyakori genetikai sodródás miatt következik be. Mivel a paraziták kis, ivartalan és genetikailag korlátozott populációkban élnek, nem tudják hatékonyan kiküszöbölni a DNS-replikáció során időnként előforduló káros mutációkat. Ez a káros mutációk visszafordíthatatlan felhalmozódásához és a parazita genomjának redukciójához vezet. Ennek eredményeként a parazita nemcsak azokat a géneket veszíti el, amelyek már nem szükségesek a túléléshez az intracelluláris környezetben. A parazita populációk képtelensége a szórványosan előforduló káros mutációk hatékony kiküszöbölésére az, ami miatt ezek a mutációk felhalmozódnak a genomban, beleértve a legfontosabb géneket is.
A genomredukcióról alkotott jelenlegi ismereteink nagy része kizárólag a genomszekvenciák összehasonlításán alapul, kevesebb figyelmet fordítva a tényleges molekulák változásaira, amelyek háztartási funkciókat látnak el és potenciális gyógyszercélpontként szolgálnak. Összehasonlító vizsgálatok kimutatták, hogy a káros intracelluláris mikrobiális mutációk terhe hajlamosítja a fehérjéket és nukleinsavakat a hibás feltekeredésre és az aggregációra, ami chaperonfüggőbbé és hőérzékenyebbé teszi őket19,20,21,22,23. Ezenkívül különböző paraziták – amelyek független evolúciója néha akár 2,5 milliárd év különbséggel is zajlott – hasonló minőségszabályozó központok elvesztését tapasztalták fehérjeszintézisükben5,6 és DNS-javító mechanizmusaikban24. Azonban keveset tudunk az intracelluláris életmódnak a sejtes makromolekulák összes többi tulajdonságára gyakorolt ​​hatásáról, beleértve a káros mutációk növekvő terhéhez való molekuláris alkalmazkodást is.
Ebben a munkában, hogy jobban megértsük az intracelluláris mikroorganizmusok fehérjéinek és nukleinsavainak evolúcióját, meghatároztuk az Encephalitozoon cuniculi intracelluláris parazita riboszómáinak szerkezetét. Az E. cuniculi egy gombaszerű organizmus, amely a parazita mikrosporidiumok egy csoportjába tartozik, amelyek szokatlanul kis eukarióta genommal rendelkeznek, és ezért modellorganizmusként használják őket a genom lebomlásának vizsgálatára25,26,27,28,29,30. Nemrégiben krio-EM riboszóma szerkezetet határoztunk meg a Microsporidia, a Paranosema locustae és a Vairimorpha necatrix31,32 mérsékelten redukált genomjaira (~3,2 Mb genom). Ezek a szerkezetek arra utalnak, hogy az rRNS amplifikáció bizonyos mértékű veszteségét kompenzálja a szomszédos riboszomális fehérjék közötti új kapcsolatok kialakulása vagy új msL131,32 riboszomális fehérjék megszerzése. Az Encephalitozoon faj (genom ~2,5 millió bp), legközelebbi rokonukkal, az Ordosporával együtt, mutatja a genom redukciójának legnagyobb mértékét az eukarióták között – kevesebb mint 2000 fehérjét kódoló génnel rendelkeznek, és várható, hogy riboszómáik nemcsak hogy mentesek az rRNS expanziós fragmensektől (rRNS fragmensek, amelyek megkülönböztetik az eukarióta riboszómákat a bakteriális riboszómáktól), hanem négy riboszomális fehérjével is rendelkeznek, mivel nincsenek homológjaik az E. cuniculi genomban26,27,28. Ezért arra a következtetésre jutottunk, hogy az E. cuniculi riboszóma korábban ismeretlen stratégiákat tárhat fel a genom lebomlásához való molekuláris adaptációra.
Krio-EM struktúránk a legkisebb eukarióta citoplazmatikus riboszómát képviseli, amelyet jellemeztek, és betekintést nyújt abba, hogy a genomredukció végső foka hogyan befolyásolja a sejthez szervesen kapcsolódó molekuláris apparátus szerkezetét, összeszerelődését és evolúcióját. Megállapítottuk, hogy az E. cuniculi riboszóma megsérti az RNS-hajtogatás és a riboszóma-összeszerelődés számos, széles körben konzervált elvét, és felfedeztünk egy új, korábban ismeretlen riboszomális fehérjét. Meglepő módon kimutattuk, hogy a mikrosporidia riboszómák képesek voltak kis molekulákhoz kötődni, és feltételeztük, hogy az rRNS és a fehérjék csonkításai evolúciós innovációkat indítanak el, amelyek végső soron hasznos tulajdonságokkal ruházhatják fel a riboszómát.
Az intracelluláris organizmusokban a fehérjék és nukleinsavak evolúciójának jobb megértése érdekében úgy döntöttünk, hogy E. cuniculi spórákat izolálunk fertőzött emlőssejtek tenyészeteiből, hogy megtisztítsuk riboszómáikat és meghatározzuk ezen riboszómák szerkezetét. Nehéz nagyszámú parazita mikrosporidiumot nyerni, mivel a mikrosporidiumok nem tenyészthetők táptalajban. Ehelyett csak a gazdasejten belül növekednek és szaporodnak. Ezért, hogy E. cuniculi biomasszát nyerjünk a riboszóma tisztításához, az RK13 emlősvese sejtvonalat fertőztük meg E. cuniculi spórákkal, és ezeket a fertőzött sejteket több hétig tenyésztettük, hogy az E. cuniculi növekedhessen és szaporodhasson. Egy körülbelül fél négyzetméteres fertőzött sejtréteg felhasználásával körülbelül 300 mg Microsporidia spórát tudtunk tisztítani, és ezeket riboszómák izolálására használtuk. Ezután üveggyöngyökkel roncsoltuk a tisztított spórákat, és a lizátumok lépésenkénti polietilénglikol-frakcionálásával izoláltuk a nyers riboszómákat. Ez lehetővé tette számunkra, hogy körülbelül 300 µg nyers E. cuniculi riboszómát kapjunk a szerkezeti elemzéshez.
Ezután krio-EM képeket gyűjtöttünk a kapott riboszóma minták felhasználásával, és ezeket a képeket a nagy riboszomális alegységnek, a kis alegység fejének és a kis alegységnek megfelelő maszkok segítségével dolgoztuk fel. A folyamat során körülbelül 108 000 riboszomális részecske képét gyűjtöttük össze, és 2,7 Å felbontású krio-EM képeket számítottunk ki (1-3. kiegészítő ábrák). Ezután krioEM képeket használtunk az E. cuniculi riboszómáihoz kapcsolódó rRNS, riboszomális fehérje és Mdf1 hibernációs faktor modellezésére (1a., b. ábra).
a Az E. cuniculi riboszóma szerkezete az Mdf1 hibernációs faktorral komplexben (pdb id 7QEP). b Az E. cuniculi riboszómához kapcsolódó Mdf1 hibernációs faktor térképe. c Másodlagos szerkezeti térkép, amely összehasonlítja a Microsporidian fajokban visszanyert rRNS-t az ismert riboszomális struktúrákkal. A panelek az amplifikált rRNS fragmensek (ES) és a riboszóma aktív helyeinek helyét mutatják, beleértve a dekódoló helyet (DC), a szarcinicin hurkot (SRL) és a peptidil transzferáz centrumot (PTC). d Az E. cuniculi riboszóma peptidil transzferáz centrumának megfelelő elektronsűrűség arra utal, hogy ez a katalitikus hely ugyanazzal a szerkezettel rendelkezik az E. cuniculi parazitában és gazdaszervezeteiben, beleértve a H. sapienst is. e, f A dekódoló centrum megfelelő elektronsűrűsége (e) és a dekódoló centrum sematikus szerkezete (f) azt jelzi, hogy az E. cuniculi számos más eukarióta szervezetben az A1491 helyett az U1491 aminosavakat tartalmazza (E. coli számozás). Ez a változás arra utal, hogy az E. cuniculi érzékeny lehet azokra az antibiotikumokra, amelyek ezt az aktív helyet célozzák meg.
A V. necatrix és a P. locustae riboszómák korábban megállapított szerkezeteivel ellentétben (mindkét szerkezet ugyanazt a Nosematidae mikrosporidia családot képviseli, és nagyon hasonlóak egymáshoz),31,32 az E. cuniculi riboszómái számos rRNS és fehérje fragmentációs folyamaton mennek keresztül. További denaturáció (4-6. kiegészítő ábrák). Az rRNS esetében a legszembetűnőbb változások közé tartozott az amplifikált 25S rRNS fragmens ES12L teljes elvesztése, valamint a h39, h41 és H18 hélixek részleges degenerációja (1c. ábra, 4. kiegészítő ábra). A riboszomális fehérjék közül a legszembetűnőbb változások közé tartozott az eS30 fehérje teljes elvesztése, valamint az eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 és eS7 fehérjék rövidülése (4. és 5. kiegészítő ábra).
Így az Encephalotozoon/Ordospora fajok genomjának extrém csökkenése tükröződik riboszóma szerkezetükben: az E. cuniculi riboszómái szenvedik el a legdrámaibb fehérjetartalom-csökkenést az eukarióta citoplazmatikus riboszómák közül a szerkezeti jellemzésnek alávetettek között, és még azok az rRNS- és fehérjefragmensek sem rendelkeznek, amelyek nemcsak az eukariótákban, hanem az élet három doménjében is széles körben konzerválódtak. Az E. cuniculi riboszóma szerkezete adja ezeknek a változásoknak az első molekuláris modelljét, és olyan evolúciós eseményeket tár fel, amelyeket mind az összehasonlító genomika, mind az intracelluláris biomolekuláris szerkezettel kapcsolatos vizsgálatok figyelmen kívül hagytak (7. kiegészítő ábra). Az alábbiakban mindegyik eseményt ismertetjük valószínűsíthető evolúciós eredetükkel és a riboszóma működésére gyakorolt ​​lehetséges hatásukkal együtt.
Azt találtuk, hogy a nagy rRNS csonkítások mellett az E. cuniculi riboszómák egyik aktív helyén rRNS variációk is találhatók. Bár az E. cuniculi riboszóma peptidil-transzferáz központja ugyanolyan szerkezetű, mint más eukarióta riboszómák (1d. ábra), a dekódoló központ a 1491-es nukleotidnál lévő szekvenciavariáció miatt eltér (E. coli számozás, 1e., f. ábra). Ez a megfigyelés azért fontos, mert az eukarióta riboszómák dekódoló helye jellemzően a G1408 és A1491 aminosavakat tartalmazza a bakteriális típusú A1408 és G1491 aminosavakhoz képest. Ez a variáció magyarázza a bakteriális és eukarióta riboszómák eltérő érzékenységét a riboszomális antibiotikumok aminoglikozid családjával és más, a dekódoló helyet célzó kis molekulákkal szemben. Az E. cuniculi riboszóma dekódoló helyén az A1491 aminosavat U1491 aminosavra cserélték, ami potenciálisan egyedi kötőfelületet hozott létre az ezt az aktív helyet célzó kis molekulák számára. Ugyanez az A14901 variáns más mikrosporidiumokban, például a P. locustae-ban és a V. necatrixban is jelen van, ami arra utal, hogy széles körben elterjedt a mikrosporidia fajok között (1f. ábra).
Mivel az E. cuniculi riboszóma mintáinkat metabolikusan inaktív spórákból izoláltuk, teszteltük az E. cuniculi krio-EM térképét a korábban leírt riboszóma-kötés szempontjából stressz vagy éhezés körülmények között. Hibernációs faktorok 31,32,36,37, 38. A hibernáló riboszóma korábban megállapított szerkezetét összehasonlítottuk az E. cuniculi riboszóma krio-EM térképével. A dokkoláshoz S. cerevisiae riboszómákat az Stm138 hibernációs faktorral, a locust riboszómákat az Lso232 faktorral, a V. necatrix riboszómákat pedig az Mdf1 és Mdf231 faktorokkal komplexben használtuk. Ugyanakkor meghatároztuk a krio-EM sűrűséget, amely megfelel az Mdf1 nyugalmi faktornak. Az Mdf1 V. necatrix riboszómához való kötődéséhez hasonlóan az Mdf1 az E. cuniculi riboszómához is kötődik, ahol blokkolja a riboszóma E helyét, valószínűleg segítve a riboszómák elérhetővé tételét, amikor a parazita spórái metabolikusan inaktívvá válnak a test inaktivációja során (2. ábra).
Az Mdf1 blokkolja a riboszóma E helyét, ami úgy tűnik, segít inaktiválni a riboszómát, amikor a parazita spórái metabolikusan inaktívvá válnak. Az E. cuniculi riboszóma szerkezetében azt találtuk, hogy az Mdf1 egy korábban ismeretlen kapcsolatot létesít az L1 riboszómaszárral, a riboszóma azon részével, amely elősegíti a dezacilezett tRNS felszabadulását a riboszómából a fehérjeszintézis során. Ezek a kapcsolatok arra utalnak, hogy az Mdf1 ugyanazzal a mechanizmussal disszociál a riboszómáról, mint a dezacilezett tRNS, ami lehetséges magyarázatot ad arra, hogyan távolítja el a riboszóma az Mdf1-et a fehérjeszintézis újraaktiválásához.
Szerkezetünk azonban feltárt egy ismeretlen kapcsolatot az Mdf1 és az L1 riboszóma szár (a riboszóma azon része, amely segíti a dezacilezett tRNS felszabadítását a riboszómából a fehérjeszintézis során) között. Az Mdf1 konkrétan ugyanazokat a kapcsolatokat használja, mint a dezacilezett tRNS molekula könyökszegmense (2. ábra). Ez a korábban ismeretlen molekuláris modellezés kimutatta, hogy az Mdf1 ugyanazzal a mechanizmussal disszociál a riboszómáról, mint a dezacilezett tRNS, ami megmagyarázza, hogyan távolítja el a riboszóma ezt a hibernációs faktort a fehérjeszintézis újraaktiválásához.
Az rRNS modell felépítésekor azt tapasztaltuk, hogy az E. cuniculi riboszóma rendellenesen hajtogatott rRNS-fragmenseket tartalmaz, amelyeket fuzionált rRNS-nek neveztünk el (3. ábra). Az élet három doménjét átszelő riboszómákban az rRNS olyan struktúrákká hajtódik fel, amelyekben a legtöbb rRNS bázis vagy bázispárosodik és hajtogatódik egymással, vagy kölcsönhatásba lép a riboszomális fehérjékkel38,39,40. Az E. cuniculi riboszómákban azonban az rRNS-ek úgy tűnik, megsértik ezt a hajtogatási elvet azáltal, hogy hélixeiket feltekeredés nélküli rRNS-régiókká alakítják.
A H18 25S rRNA hélix szerkezete S. cerevisiae, V. necatrix és E. cuniculi baktériumokban. A három életdomént átszelő riboszómákban ez a linker jellemzően egy 24-34 aminosavból álló RNS-hélixbe tekeredik fel. Ezzel szemben a Microsporidia esetében ez az rRNA linker fokozatosan két egyszálú, uridinban gazdag linkerre redukálódik, amelyek mindössze 12 aminosavat tartalmaznak. Ezen aminosavak többsége oldószereknek van kitéve. Az ábra azt mutatja, hogy a parazita mikrosporidia látszólag megsérti az rRNA hajtogatás általános elveit, ahol az rRNA bázisok általában más bázisokhoz kapcsolódnak, vagy rRNA-fehérje kölcsönhatásokban vesznek részt. A mikrosporidia esetében egyes rRNA fragmensek kedvezőtlen hajtogatást vesznek fel, amelyben a korábbi rRNA hélix egy szinte egyenes vonalban megnyúlt egyszálú fragmenssé válik. Ezen szokatlan régiók jelenléte lehetővé teszi, hogy a mikrosporidia rRNA távoli rRNA fragmensekhez kötődjön minimális számú RNS bázis felhasználásával.
Ennek az evolúciós átmenetnek a legszembetűnőbb példája a H18 25S rRNA hélixben figyelhető meg (3. ábra). Az E. colitól az emberig terjedő fajokban ennek az rRNA hélixnek a bázisai 24-32 nukleotidot tartalmaznak, enyhén szabálytalan hélixet alkotva. A korábban azonosított V. necatrix és P. locustae riboszomális struktúrákban31,32 a H18 hélix bázisai részben kitekerednek, de a nukleotid bázispárosodás megmarad. Az E. cuniculiban azonban ez az rRNA fragmens a legrövidebb linkerré válik: 228UUUGU232 és 301UUUUUUUUUU307. A tipikus rRNA fragmensekkel ellentétben ezek az uridinban gazdag linkerek nem tekerednek fel, és nem érintkeznek kiterjedt módon a riboszomális fehérjékkel. Ehelyett oldószer által nyitott és teljesen kitekeredt struktúrákat vesznek fel, amelyekben az rRNA szálak szinte egyenesen nyúlnak ki. Ez a megnyújtott konformáció magyarázza, hogy az E. cuniculi miért használ mindössze 12 RNS-bázist a H16 és H18 rRNS hélixek közötti 33 Å rés kitöltésére, míg más fajoknak legalább kétszer annyi rRNS bázisra van szükségük a rés kitöltéséhez.
Így bemutathatjuk, hogy energetikailag kedvezőtlen feltekeredés révén a parazita mikrosporidiumok kifejlesztettek egy stratégiát, amellyel még azokat az rRNS szegmenseket is összehúzzák, amelyek az élet három doménjében széles körben konzerváltak maradnak a fajok között. Nyilvánvalóan az E. cuniculi az rRNS hélixeket rövid poli-U linkerekké alakító mutációk felhalmozásával szokatlan rRNS fragmenseket képes létrehozni, amelyek a lehető legkevesebb nukleotidot tartalmazzák a disztális rRNS fragmensek ligálásához. Ez segít megmagyarázni, hogyan érték el a mikrosporidiumok az alapvető molekuláris szerkezetük drámai csökkenését anélkül, hogy elveszítették volna szerkezeti és funkcionális integritásukat.
Az E. cuniculi rRNA egy másik szokatlan jellemzője az rRNA megvastagodás nélküli megjelenése (4. ábra). A dudorok bázispárok nélküli nukleotidok, amelyek kicsavarodnak az RNS-hélixből, ahelyett, hogy elbújnának benne. A legtöbb rRNA-kidudorodás molekuláris ragasztóként működik, segítve a szomszédos riboszomális fehérjék vagy más rRNA-fragmensek kötődését. Néhány dudor csuklóként működik, lehetővé téve az rRNA-hélix optimális hajlását és hajtogatását a produktív fehérjeszintézishez 41.
a Egy rRNA kitüremkedés (S. cerevisiae számozás) hiányzik az E. cuniculi riboszóma szerkezetéből, de a legtöbb más eukarióta fajban jelen van. b Az E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens és E. cuniculi belső riboszómái. A parazitáknak számos ősi, erősen konzervált rRNA kitüremkedés hiányzik. Ezek a megvastagodások stabilizálják a riboszóma szerkezetét; ezért hiányuk a mikrosporidiumokban a mikrosporidium paraziták rRNA hajtogatásának csökkent stabilitását jelzi. A P szárokkal (L7/L12 szárak baktériumokban) való összehasonlítás azt mutatja, hogy az rRNA kitüremkedések elvesztése néha egybeesik az elveszett kitüremkedések melletti új kitüremkedések megjelenésével. A 23S/28S rRNA H42 hélixében egy ősi kitüremkedés található (U1206 a Saccharomyces cerevisiae-ben), amelyről a becslések szerint legalább 3,5 milliárd éves, mivel az élet három doménjében is védett. A mikrosporidiumokban ez a kitüremkedés megszűnt. Azonban egy új kitüremkedés jelent meg az elveszett kitüremkedés mellett (A1306 az E. cuniculiban).
Meglepő módon azt találtuk, hogy az E. cuniculi riboszómáiból hiányzik a legtöbb rRNS-dudor, amely más fajokban megtalálható, beleértve a más eukariótákban konzervált több mint 30 dudort is (4a. ábra). Ez a veszteség számos kapcsolatot megszüntet a riboszomális alegységek és a szomszédos rRNS-hélixek között, néha nagy üreges üregeket hozva létre a riboszómán belül, így az E. cuniculi riboszóma porózusabb a hagyományosabb riboszómákhoz képest (4b. ábra). Figyelemre méltó, hogy azt találtuk, hogy ezeknek a dudoroknak a nagy része a korábban azonosított V. necatrix és P. locustae riboszóma-struktúrákban is elveszett, amelyeket a korábbi szerkezeti elemzések figyelmen kívül hagytak31,32.
Az rRNA dudorok elvesztését néha új dudorok megjelenése kíséri az elveszett dudor mellett. Például a riboszomális P-szár tartalmaz egy U1208 dudort (a Saccharomyces cerevisiae-ben), amely az E. coliból az emberbe jutott, és ezért becslések szerint 3,5 milliárd éves. A fehérjeszintézis során ez a dudor segíti a P-szárat a nyitott és a zárt konformáció közötti mozgásban, hogy a riboszóma transzlációs faktorokat toborozhasson és azokat az aktív helyre szállíthassa. Az E. cuniculi riboszómáiban ez a megvastagodás hiányzik; azonban egy új, mindössze három bázispárban elhelyezkedő megvastagodás (G883) hozzájárulhat a P-szár optimális rugalmasságának helyreállításához (4c. ábra).
A kidudorodás nélküli rRNS-re vonatkozó adataink arra utalnak, hogy az rRNS minimalizálása nem korlátozódik a riboszóma felszínén lévő rRNS elemek elvesztésére, hanem a riboszóma magját is érintheti, ami egy parazita-specifikus molekuláris defektust hoz létre, amelyet szabadon élő sejtekben még nem írtak le. Élő fajok figyelhetők meg.
A kanonikus riboszomális fehérjék és az rRNS modellezése után azt találtuk, hogy a hagyományos riboszomális komponensek nem magyarázzák a krio-EM kép három részét. Ezen fragmensek közül kettő kis molekula méretű (5. ábra, 8. kiegészítő ábra). Az első szegmens az uL15 és eL18 riboszomális fehérjék között helyezkedik el, abban a pozícióban, amelyet általában az eL18 C-terminálisa foglal el, amely az E. cuniculiban megrövidült. Bár nem tudjuk meghatározni a molekula azonosságát, a sűrűségsziget méretét és alakját jól magyarázza a spermidin molekulák jelenléte. A riboszómához való kötődését a mikrosporidium-specifikus mutációk stabilizálják az uL15 fehérjékben (Asp51 és Arg56), amelyek úgy tűnik, növelik a riboszóma affinitását ehhez a kis molekulához, mivel lehetővé teszik az uL15 számára, hogy a kis molekulát riboszomális szerkezetbe csomagolja. 2. kiegészítő ábra). 8, további adatok 1, 2).
Krio-EM képalkotás, amely a ribózon kívüli, az E. cuniculi riboszómához kötött nukleotidok jelenlétét mutatja. Az E. cuniculi riboszómában ez a nukleotid ugyanazt a helyet foglalja el, mint a 25S rRNA A3186 nukleotid (Saccharomyces cerevisiae számozás) a legtöbb más eukarióta riboszómában. b Az E. cuniculi riboszómális szerkezetében ez a nukleotid az uL9 és eL20 riboszómális fehérjék között található, ezáltal stabilizálva a két fehérje közötti kapcsolatot. cd eL20 szekvencia konzervációs elemzése a microsporidia fajok között. A Microsporidia fajok filogenetikai fája (c) és az eL20 fehérje többszörös szekvencia-illesztése (d) azt mutatja, hogy az F170 és K172 nukleotid-kötő aminosavak a legtöbb tipikus Microsporidia-ban konzerváltak, kivéve az S. lophii-t, a korai elágazású Microsporidia kivételével, amely megtartotta az ES39L rRNA kiterjesztést. e Ez az ábra azt mutatja, hogy az F170 és K172 nukleotidkötő aminosavmaradékok csak az erősen redukált mikrosporidia genom eL20-ban vannak jelen, más eukariótákban viszont nem. Összességében ezek az adatok arra utalnak, hogy a mikrosporidia riboszómái kifejlesztettek egy nukleotidkötő helyet, amely úgy tűnik, hogy megköti az AMP-molekulákat, és azokat felhasználja a riboszomális szerkezetben lévő fehérje-fehérje kölcsönhatások stabilizálására. Ennek a kötőhelynek a magas szintű konzerváltsága a Microsporidia-ban és hiánya más eukariótákban arra utal, hogy ez a hely szelektív túlélési előnyt biztosíthat a mikrosporidia számára. Így a mikrosporidia riboszómában lévő nukleotidkötő zseb nem tűnik a korábban leírtak szerint degenerált tulajdonságnak vagy az rRNS lebontásának végformájának, hanem inkább egy hasznos evolúciós innovációnak, amely lehetővé teszi a mikrosporidia riboszóma számára, hogy közvetlenül kis molekulákat kössön, és azokat molekuláris építőelemekként használja a riboszómák számára. Ez a felfedezés a mikrosporidia riboszómát az egyetlen ismert riboszómává teszi, amely egyetlen nukleotidot használ szerkezeti építőelemként. f Hipotetikus evolúciós útvonal, amely a nukleotidkötésből származik.
A második kis molekulatömegű sűrűség az uL9 és eL30 riboszomális fehérjék határfelületén található (5a. ábra). Ezt a határfelületet korábban a Saccharomyces cerevisiae riboszóma szerkezetében írták le, mint az rRNA A3186 25S nukleotidjának kötőhelyét (az ES39L rRNA kiterjesztés része)38. Kimutatták, hogy a degenerált P. locustae ES39L riboszómákban ez a határfelület egy ismeretlen, egyetlen 31-es nukleotidhoz kötődik, és feltételezik, hogy ez a nukleotid az rRNA redukált végső formája, amelyben az rRNA hossza ~130-230 bázis. Az ES39L egyetlen 32,43-as nukleotidra redukálódik. Krioelektron-elektronmikroszkópos képeink alátámasztják azt az elképzelést, hogy a sűrűség nukleotidokkal magyarázható. Szerkezetünk nagyobb felbontása azonban azt mutatta, hogy ez a nukleotid egy extrariboszómális molekula, valószínűleg AMP (5a., b. ábra).
Ezután azt vizsgáltuk, hogy a nukleotidkötőhely megjelent-e az E. cuniculi riboszómájában, vagy már korábban is létezett. Mivel a nukleotidkötést főként a Phe170 és Lys172 aminosavmaradékok közvetítik az eL30 riboszomális fehérjében, 4396 reprezentatív eukarióta fajban vizsgáltuk ezen aminosavmaradékok konzerváltságát. A fenti uL15 esethez hasonlóan azt tapasztaltuk, hogy a Phe170 és Lys172 aminosavmaradékok csak a tipikus Microsporidiumokban erősen konzerváltak, de más eukariótákban, köztük az atipikus Microsporidiumokban, a Mitosporidiumban és az Amphiamblysben hiányoznak, amelyekben az ES39L rRNS fragmens nem redukálódik (44, 45, 46) (5c. ábra). -e).
Összefoglalva, ezek az adatok alátámasztják azt az elképzelést, hogy az E. cuniculi és esetleg más kanonikus mikrosporidiumok kifejlesztették azt a képességet, hogy hatékonyan megkössenek nagyszámú kis metabolitot a riboszóma szerkezetében, hogy kompenzálják az rRNS és fehérjeszintek csökkenését. Ennek során egyedülálló képességet fejlesztettek ki a riboszómán kívüli nukleotidok megkötésére, ami azt mutatja, hogy a parazita molekuláris struktúrák a bőséges kis metabolitok megkötésével és a lebontott RNS és fehérjefragmensek szerkezeti utánzataként való felhasználásával kompenzálnak.
Krio-EM térképünk harmadik, nem szimulált része a nagy riboszomális alegységben található. Térképünk viszonylag nagy felbontása (2,6 Å) arra utal, hogy ez a sűrűség a nagy oldallánc-maradékok egyedi kombinációival rendelkező fehérjékhez tartozik, ami lehetővé tette számunkra, hogy ezt a sűrűséget egy korábban ismeretlen riboszomális fehérjeként azonosítsuk, amelyet msL2-ként (Microsporidia-specifikus L2 fehérje) neveztünk el (módszerek, 6. ábra). Homológia keresésünk kimutatta, hogy az msL2 konzerválódott az Encephaliter nemzetség és az Orosporidium Microsporidia kládjában, de más fajokban, beleértve más Microsporidiákat is, hiányzik. A riboszomális szerkezetben az msL2 egy rést foglal el, amelyet a kiterjesztett ES31L rRNS elvesztése okoz. Ebben az üregben az msL2 segít stabilizálni az rRNS hajtogatását, és kompenzálhatja az ES31L elvesztését (6. ábra).
a Az E. cuniculi riboszómáiban található Microsporidia-specifikus msL2 riboszómális fehérje elektronsűrűsége és modellje. b A legtöbb eukarióta riboszómában, beleértve a Saccharomyces cerevisiae 80S riboszómáját is, az ES19L rRNA amplifikációja elveszett a legtöbb Microsporidia fajban. A V. necatrix microsporidia riboszóma korábban megállapított szerkezete arra utal, hogy az ES19L elvesztését ezekben a parazitákban az új msL1 riboszómális fehérje evolúciója kompenzálja. Ebben a tanulmányban azt találtuk, hogy az E. cuniculi riboszóma egy további riboszómális RNS-utánzó fehérjét is kifejlesztett az ES19L elvesztésének látszólagos kompenzációjaként. Az msL2 (jelenleg hipotetikus ECU06_1135 fehérjeként jelölve) és az msL1 azonban eltérő szerkezeti és evolúciós eredettel rendelkezik. c Az evolúciósan nem rokon msL1 és msL2 riboszómális fehérjék keletkezésének felfedezése arra utal, hogy ha a riboszómák káros mutációkat halmoznak fel rRNS-ükben, akkor a szorosan rokon fajok egy kis részhalmazában is példátlan mértékű összetételi sokféleséget érhetnek el. Ez a felfedezés segíthet tisztázni a mitokondriális riboszóma eredetét és evolúcióját, amely a nagymértékben csökkent rRNS-éről és a fehérjeösszetétel fajok közötti rendellenes változékonyságáról ismert.
Ezután összehasonlítottuk az msL2 fehérjét a korábban leírt msL1 fehérjével, az egyetlen ismert, mikrosporidium-specifikus riboszomális fehérjével, amely a V. necatrix riboszómájában található. Azt szerettük volna tesztelni, hogy az msL1 és az msL2 evolúciósan rokonok-e. Elemzésünk kimutatta, hogy az msL1 és az msL2 ugyanazt az üreget foglalja el a riboszomális szerkezetben, de eltérő elsődleges és harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, ami független evolúciós eredetükre utal (6. ábra). Így az msL2 felfedezése bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a kompakt eukarióta fajok csoportjai egymástól függetlenül képesek szerkezetileg elkülönülő riboszomális fehérjéket kifejleszteni az rRNS-fragmensek elvesztésének kompenzálására. Ez a megállapítás figyelemre méltó, mivel a legtöbb citoplazmatikus eukarióta riboszóma tartalmaz egy invariáns fehérjét, beleértve ugyanazt a 81 riboszomális fehérjéből álló családot. Az msL1 és az msL2 megjelenése a mikrosporidiumok különböző kládjaiban a kiterjesztett rRNS-szegmensek elvesztésére válaszul arra utal, hogy a parazita molekuláris architektúrájának degradációja miatt a paraziták kompenzációs mutációkat keresnek, ami végül ahhoz vezethet, hogy különböző parazita struktúrákban megszerzik őket.
Végül, amikor a modellünk elkészült, összehasonlítottuk az E. cuniculi riboszóma összetételét a genom szekvenciája alapján jósoltak összetételével. Számos riboszomális fehérjét, köztük az eL14-et, az eL38-at, az eL41-et és az eS30-at korábban hiányzónak hitték az E. cuniculi genomjából, mivel látszólag hiányoznak homológjaik az E. cuniculi genomból. Számos riboszomális fehérje elvesztését a legtöbb más, erősen redukált intracelluláris parazitában és endoszimbionta esetében is előrejelzik. Például, bár a legtöbb szabadon élő baktérium ugyanazt az 54 riboszomális fehérjéből álló családot tartalmazza, ezek közül a fehérjecsaládok közül csak 11-nek vannak kimutatható homológjai a gazdaszervezet-korlátozott baktériumok minden egyes elemzett genomjában. Ezt a feltételezést alátámasztja, hogy riboszomális fehérjék elvesztését kísérletileg megfigyelték a V. necatrix és a P. locustae microsporidiumokban, amelyekből hiányoznak az eL38 és eL4131,32 fehérjék.
Szerkezeteink azonban azt mutatják, hogy valójában csak az eL38, az eL41 és az eS30 veszett el az E. cuniculi riboszómában. Az eL14 fehérje konzerválódott, és szerkezetünk megmutatta, hogy miért nem található meg ez a fehérje a homológ keresés során (7. ábra). Az E. cuniculi riboszómáiban az eL14 kötőhely nagy része elvész az rRNS-sel amplifikált ES39L lebomlása miatt. Az ES39L hiányában az eL14 elvesztette másodlagos szerkezetének nagy részét, és az eL14 szekvenciájának mindössze 18%-a volt azonos az E. cuniculiban és az S. cerevisiae-ben. Ez a gyenge szekvenciamegőrzés figyelemre méltó, mivel még a Saccharomyces cerevisiae és a Homo sapiens – amelyek 1,5 milliárd év különbséggel fejlődtek ki egymástól – is több mint 51%-ban osztoznak az eL14 aminosavmaradékaiban. Ez az anomáliás konzervációvesztés magyarázza, hogy az E. cuniculi eL14-et jelenleg a feltételezett M970_061160 fehérjeként, és nem az eL1427 riboszomális fehérjeként jelölik.
és A Microsporidia riboszóma elvesztette az ES39L rRNS kiterjesztést, ami részben megszüntette az eL14 riboszomális fehérjekötőhelyet. ES39L hiányában az eL14 mikrospóra fehérje másodlagos szerkezetének elvesztését szenvedi el, amelyben a korábbi rRNS-kötő α-hélix minimális hosszúságú hurokká degenerálódik. b A többszörös szekvencia-illesztés azt mutatja, hogy az eL14 fehérje erősen konzervált az eukarióta fajokban (57%-os szekvenciaazonosság az élesztő és az emberi homológok között), de gyengén konzervált és divergens a mikrosporidiumokban (amelyekben a aminosavak legfeljebb 24%-a azonos az eL14 homológgal). S. cerevisiae-ből vagy H. sapiensből). Ez a gyenge szekvenciakonzerváció és a másodlagos szerkezet variabilitása magyarázza, hogy miért nem találták meg soha az eL14 homológot az E. cuniculiban, és miért gondolják, hogy ez a fehérje elveszett az E. cuniculiban. Ezzel szemben az E. cuniculi eL14-et korábban feltételezett M970_061160 fehérjeként jegyezték fel. Ez a megfigyelés arra utal, hogy a mikrosporidia genom diverzitását jelenleg túlbecsülik: egyes, a mikrosporidiakban elveszettnek vélt gének valójában megmaradtak, bár erősen differenciált formában; ehelyett egyesekről úgy gondolják, hogy a féregspecifikus fehérjék mikrosporidia génjeit kódolják (pl. a hipotetikus M970_061160 fehérje valójában más eukariótákban található nagyon változatos fehérjéket kódol.
Ez a megállapítás arra utal, hogy az rRNS denaturációja a szomszédos riboszomális fehérjék szekvenciakonzerválásának drámai elvesztéséhez vezethet, ami miatt ezek a fehérjék nem detektálhatók a homológ keresések számára. Így túlbecsülhetjük a molekuláris degradáció tényleges mértékét a kis genomú organizmusokban, mivel egyes elveszettnek vélt fehérjék valójában fennmaradnak, bár erősen megváltozott formában.
Hogyan képesek a paraziták megőrizni molekuláris gépeik funkcióját extrém genomredukció körülményei között? Tanulmányunk erre a kérdésre az E. cuniculi, az egyik legkisebb eukarióta genommal rendelkező organizmus komplex molekuláris szerkezetének (riboszómájának) leírásával válaszol.
Már közel két évtizede ismert, hogy a mikrobiális paraziták fehérje- és RNS-molekulái gyakran eltérnek a szabadon élő fajok homológ molekuláitól, mivel hiányoznak belőlük a minőségellenőrző központok, a szabadon élő mikrobákban méretük 50%-ára csökkennek stb. számos legyengítő mutáció létezik, amelyek károsítják a feltekeredést és a működést. Például a kis genomú organizmusok, köztük számos intracelluláris parazita és endoszimbionta riboszómáiból várhatóan hiányzik számos riboszomális fehérje és az rRNS nukleotidok akár egyharmada a szabadon élő fajokhoz képest [27, 29, 30, 49]. Azonban ezeknek a molekuláknak a parazitákban való működése továbbra is nagyrészt rejtély, amelyet főként összehasonlító genomikai módszerekkel vizsgálnak.
Tanulmányunk azt mutatja, hogy a makromolekulák szerkezete az evolúció számos olyan aspektusát feltárhatja, amelyeket nehéz kinyerni az intracelluláris paraziták és más gazdaszervezetek hagyományos összehasonlító genomikai vizsgálataiból (7. kiegészítő ábra). Például az eL14 fehérje példája azt mutatja, hogy túlbecsülhetjük a molekuláris apparátus degradációjának tényleges mértékét a parazita fajokban. Úgy vélik, hogy az agyvelőgyulladásos parazitáknak ma már több száz mikrosporidia-specifikus génjük van. Eredményeink azonban azt mutatják, hogy ezek közül a látszólag specifikus gének közül néhány valójában csak a más eukariótákban gyakori gének nagyon eltérő variánsai. Sőt, az msL2 fehérje példája azt mutatja, hogyan hagyjuk figyelmen kívül az új riboszomális fehérjéket, és becsüljük alá a parazita molekuláris gépek tartalmát. A kis molekulák példája azt mutatja, hogyan hagyhatjuk figyelmen kívül a parazita molekuláris struktúrák legzseniálisabb újításait, amelyek új biológiai aktivitást kölcsönözhetnek nekik.
Összefoglalva, ezek az eredmények javítják a gazdaszervezet által korlátozott élőlények és a szabadon élő élőlények molekuláris szerkezete közötti különbségek megértését. Megmutatjuk, hogy a molekuláris gépek, amelyekről sokáig azt gondolták, hogy redukáltak, degeneráltak és különféle legyengítő mutációknak vannak kitéve, ehelyett egy sor szisztematikusan figyelmen kívül hagyott, szokatlan szerkezeti jellemzővel rendelkeznek.
Másrészt az E. cuniculi riboszómáiban talált nem terjedelmes rRNS-fragmensek és fúzionálódott fragmensek arra utalnak, hogy a genomredukció az alapvető molekuláris apparátus azon részeit is megváltoztathatja, amelyek az élet három doménjében megőrződtek – a fajok közel 3,5 milliárd évnyi független evolúciója után.
Az E. cuniculi riboszómáiban található dudormentes és összeolvadt rRNS-fragmensek különösen érdekesek az endoszimbiotikus baktériumok RNS-molekuláival végzett korábbi vizsgálatok fényében. Például a levéltetű Buchnera aphidicola endoszimbionta esetében kimutatták, hogy az rRNS- és tRNS-molekulák hőmérséklet-érzékeny szerkezettel rendelkeznek az A+T összetételbeli torzítás és a nem kanonikus bázispárok magas aránya miatt20,50. Az RNS-ben bekövetkező ezen változásokról, valamint a fehérjemolekulákban bekövetkező változásokról úgy gondolják, hogy felelősek az endoszimbionták partnerektől való túlzott függőségéért és az endoszimbionták hőátadási képtelenségéért21, 23. Bár a parazita mikrosporidia rRNS-e szerkezetileg eltérő változásokat mutat, ezeknek a változásoknak a jellege arra utal, hogy a csökkent hőstabilitás és a chaperonfehérjéktől való nagyobb függőség a redukált genomú szervezetek RNS-molekuláinak közös jellemzői lehetnek.
Másrészt a szerkezeteink azt mutatják, hogy a parazita mikrosporidiumok egyedülálló képességet fejlesztettek ki a széles körben konzervált rRNS- és fehérjefragmensekkel szembeni ellenállásra, kifejlesztve azt a képességet, hogy bőséges és könnyen elérhető kis metabolitokat használjanak a degenerált rRNS- és fehérjefragmensek strukturális utánzataként. Molekulaszerkezet-lebomlás. . Ezt a véleményt alátámasztja az a tény, hogy az E. cuniculi rRNS-ében és riboszómáiban a fehérjefragmensek elvesztését kompenzáló kis molekulák a mikrosporidium-specifikus aminosavakhoz kötődnek az uL15 és eL30 fehérjékben. Ez arra utal, hogy a kis molekulák riboszómákhoz való kötődése a pozitív szelekció terméke lehet, amelyben a riboszómális fehérjékben található Microsporidia-specifikus mutációkat a riboszómális fehérjék affinitásának növelése miatt szelektálták, ami hatékonyabb riboszómális organizmusokhoz vezethet. A felfedezés intelligens innovációt tár fel a mikrobiális paraziták molekuláris szerkezetében, és jobban megértjük, hogyan tartják fenn a parazita molekuláris szerkezetei a funkciójukat a reduktív evolúció ellenére.
Jelenleg ezen kis molekulák azonosítása továbbra sem tisztázott. Nem világos, hogy miért különbözik ezen kis molekulák megjelenése a riboszómális szerkezetben a különböző mikrosporidia fajok között. Különösen az nem világos, hogy miért figyelhető meg nukleotidkötés az E. cuniculi és a P. locustae riboszómáiban, és miért nem a V. necatrix riboszómáiban, annak ellenére, hogy az F170 aminosav jelen van a V. necatrix eL20 és K172 fehérjéiben. Ezt a deléciót a 43-as uL6 aminosav (a nukleotidkötő zseb mellett található) okozhatja, amely a V. necatrixban tirozin, az E. cuniculiban és a P. locustae-ban pedig nem treonin. A Tyr43 terjedelmes aromás oldallánca a szterikus átfedés miatt zavarhatja a nukleotidkötést. Alternatív megoldásként a látszólagos nukleotiddeléció a krio-EM képalkotás alacsony felbontásának tudható be, ami akadályozza a V. necatrix riboszómális fragmenseinek modellezését.
Másrészt viszont a munkánk arra utal, hogy a genom lebomlásának folyamata egy találékony erő lehet. Különösen az E. cuniculi riboszóma szerkezete arra utal, hogy az rRNS és fehérjefragmensek elvesztése a mikrosporidia riboszómában evolúciós nyomást hoz létre, amely elősegíti a riboszóma szerkezetének változásait. Ezek a variánsok a riboszóma aktív helyétől távol fordulnak elő, és úgy tűnik, hogy segítenek fenntartani (vagy helyreállítani) az optimális riboszóma-összeszerelődést, amelyet egyébként a redukált rRNS megzavarna. Ez arra utal, hogy a mikrosporidia riboszóma egyik fő innovációja a génsodródás pufferelésének szükségességévé fejlődött.
Talán ezt a legjobban a nukleotidkötés szemlélteti, amelyet más élőlényekben eddig még soha nem figyeltek meg. Az a tény, hogy a nukleotidkötő aminosavak jelen vannak a tipikus mikrosporidiumokban, de más eukariótákban nem, arra utal, hogy a nukleotidkötő helyek nem csupán eltűnésre váró maradványok, vagy a végső hely, ahol az rRNS visszaállhat az egyes nukleotidok formájába. Ehelyett ez a hely egy hasznos tulajdonságnak tűnik, amely több pozitív szelekciós kör során fejlődhetett ki. A nukleotidkötő helyek a természetes szelekció melléktermékei lehetnek: miután az ES39L lebomlik, a mikrosporidiumok kénytelenek kompenzációt keresni az optimális riboszóma-biogenezis helyreállításához az ES39L hiányában. Mivel ez a nukleotid képes utánozni az A3186 nukleotid molekuláris kapcsolatait az ES39L-ben, a nukleotidmolekula a riboszóma építőelemévé válik, amelynek kötődését az eL30 szekvencia mutációja tovább javítja.
Az intracelluláris paraziták molekuláris evolúciójával kapcsolatban tanulmányunk kimutatja, hogy a darwini természetes szelekció és a genom lebomlásának genetikai sodródása nem párhuzamosan működik, hanem oszcillál. Először is, a genetikai sodródás megszünteti a biomolekulák fontos tulajdonságait, ami égetően szükségessé teszi a kompenzációt. Csak akkor nyílik lehetőségük makromolekuláiknak arra, hogy kifejlesztsék legimpozánsabb és leginnovatívabb tulajdonságaikat, ha a parazita a darwini természetes szelekció révén kielégíti ezt az igényt. Fontos megjegyezni, hogy az E. cuniculi riboszómájában a nukleotidkötőhelyek evolúciója arra utal, hogy a molekuláris evolúciónak ez a veszteség-nyereség mintázata nemcsak a káros mutációkat amortizálja, hanem néha teljesen új funkciókat is felruház a parazita makromolekulákra.
Ez az elképzelés összhangban van Sewell Wright mozgó egyensúly elméletével, amely kimondja, hogy a szigorú természetes szelekciós rendszer korlátozza az élőlények innovációs képességét51,52,53. Ha azonban a genetikai sodródás megzavarja a természetes szelekciót, ezek a sodródások olyan változásokat idézhetnek elő, amelyek önmagukban nem adaptívak (vagy akár károsak), de további változásokhoz vezethetnek, amelyek nagyobb rátermettséget vagy új biológiai aktivitást biztosítanak. Keretrendszerünk alátámasztja ezt az elképzelést azzal, hogy szemlélteti, hogy ugyanaz a típusú mutáció, amely csökkenti egy biomolekula hajtogatását és funkcióját, úgy tűnik, hogy a fejlődésének fő kiváltó oka. A mindenki számára előnyös evolúciós modellel összhangban tanulmányunk azt mutatja, hogy a genom lebomlása, amelyet hagyományosan degeneratív folyamatnak tekintenek, szintén az innováció egyik fő mozgatórugója, néha, sőt talán gyakran lehetővé téve a makromolekulák számára, hogy új parazita aktivitást szerezzenek.