Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рақмет. Сіз пайдаланып отырған браузер нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе алу үшін жаңартылған браузерді пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer бағдарламасында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Сонымен қатар, үздіксіз қолдауды қамтамасыз ету үшін сайтты стильдер мен JavaScriptсіз көрсетеміз.
Микробтық паразиттердің эволюциясы паразиттердің жақсаруына әкелетін табиғи сұрыпталу мен паразиттердің гендерін жоғалтып, зиянды мутацияларды жинақтауына әкелетін генетикалық дрейф арасындағы қарсы әрекетті қамтиды. Мұнда, бұл қарсы әрекеттің бір макромолекула масштабында қалай жүретінін түсіну үшін, біз табиғаттағы ең кішкентай геномдардың бірі бар эукариоттық организм Encephalitozoon cuniculi рибосомасының крио-ЭМ құрылымын сипаттаймыз. E. cuniculi рибосомаларындағы рРНҚ-ның экстремалды редукциясы бұрын белгісіз біріккен рРНҚ байланыстырушыларының және томпақсыз рРНҚ-ның эволюциясы сияқты бұрын-соңды болмаған құрылымдық өзгерістермен қатар жүреді. Сонымен қатар, E. cuniculi рибосомалары рРНҚ фрагменттері мен ақуыздарының жоғалуынан аман қалып, ыдыраған рРНҚ фрагменттері мен ақуыздарының құрылымдық имитациясы ретінде шағын молекулаларды пайдалану мүмкіндігін дамытты. Жалпы алғанда, біз ұзақ уақыт бойы редукцияланған, дегенеративті және әлсірететін мутацияларға ұшыраған деп есептелген молекулалық құрылымдардың экстремалды молекулалық жиырылуларға қарамастан оларды белсенді ұстайтын бірқатар компенсаторлық механизмдері бар екенін көрсетеміз.
Микробтық паразиттердің көптеген топтарында иелерін пайдалану үшін бірегей молекулалық құралдар болғандықтан, біз көбінесе паразиттердің әртүрлі топтары үшін әртүрлі терапиялық әдістерді әзірлеуге мәжбүр боламыз1,2. Дегенмен, жаңа дәлелдер паразит эволюциясының кейбір аспектілері конвергентті және көбінесе болжамды екенін көрсетеді, бұл микробтық паразиттерге кең терапиялық араласулардың әлеуетті негізін көрсетеді3,4,5,6,7,8,9.
Алдыңғы жұмыстар микробтық паразиттерде геномның азаюы немесе геномның ыдырауы деп аталатын жалпы эволюциялық үрдісті анықтады10,11,12,13. Қазіргі зерттеулер микроорганизмдер еркін өмір сүру өмір салтынан бас тартып, жасушаішілік паразиттерге (немесе эндосимбионттарға) айналғанда, олардың геномдары миллиондаған жылдар бойы баяу, бірақ таңғажайып метаморфозаларға ұшырайтынын көрсетеді9,11. Геномның ыдырауы деп аталатын процесте микробтық паразиттер бұрын маңызды болған көптеген гендерді псевдогендерге айналдыратын зиянды мутацияларды жинақтайды, бұл гендердің біртіндеп жоғалуына және мутациялық коллапсқа әкеледі14,15. Бұл коллапс тығыз байланысты еркін өмір сүретін түрлермен салыстырғанда ең көне жасушаішілік организмдердегі гендердің 95%-ға дейін жойып жіберуі мүмкін. Осылайша, жасушаішілік паразиттердің эволюциясы екі қарама-қарсы күш арасындағы тартыс болып табылады: паразиттердің жақсаруына әкелетін дарвиндік табиғи сұрыпталу және паразиттерді ұмытып кететін геномның ыдырауы. Паразиттің бұл тартыстан қалай шығып, молекулалық құрылымының белсенділігін сақтап қалғаны белгісіз болып қала береді.
Геномның ыдырау механизмі толық түсінілмегенімен, ол негізінен генетикалық дрейфтің жиі болуына байланысты пайда болатын сияқты. Паразиттер шағын, жыныссыз және генетикалық тұрғыдан шектеулі популяцияларда тіршілік ететіндіктен, олар ДНҚ репликациясы кезінде кейде пайда болатын зиянды мутацияларды тиімді түрде жоя алмайды. Бұл зиянды мутациялардың қайтымсыз жиналуына және паразит геномының азаюына әкеледі. Нәтижесінде, паразит жасушаішілік ортада тіршілік етуі үшін қажет емес гендерді жоғалтып қана қоймайды. Паразит популяцияларының спорадикалық зиянды мутацияларды тиімді түрде жоя алмауы бұл мутациялардың, соның ішінде олардың ең маңызды гендерінің геном бойынша жиналуына себеп болады.
Геномның редукциясы туралы қазіргі түсінігіміз тек геном тізбектерін салыстыруға негізделген, үй шаруашылығы функцияларын орындайтын және дәрілік заттардың әлеуетті нысаналары ретінде қызмет ететін нақты молекулалардағы өзгерістерге аз көңіл бөлінеді. Салыстырмалы зерттеулер зиянды жасушаішілік микробтық мутациялардың ауыртпалығы ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының дұрыс емес бүктелуі мен агрегациялануына бейім екенін көрсетті, бұл оларды шаперонға тәуелді және ыстыққа аса сезімтал етеді19,20,21,22,23. Сонымен қатар, әртүрлі паразиттер - тәуелсіз эволюция кейде 2,5 миллиард жылға дейін бөлінеді - ақуыз синтезінде сапаны бақылау орталықтарының ұқсас жоғалуын бастан кешірді5,6 және ДНҚ-ны қалпына келтіру механизмдерінде24. Дегенмен, жасушаішілік өмір салтының жасушалық макромолекулалардың барлық басқа қасиеттеріне, соның ішінде зиянды мутациялардың артып келе жатқан ауыртпалығына молекулалық бейімделуіне әсері туралы аз мәлімет бар.
Бұл жұмыста жасушаішілік микроорганизмдердің ақуыздары мен нуклеин қышқылдарының эволюциясын жақсырақ түсіну үшін біз жасушаішілік паразит Encephalitozoon cuniculi рибосомаларының құрылымын анықтадық. E. cuniculi - әдеттен тыс кішкентай эукариоттық геномдары бар және сондықтан геномның ыдырауын зерттеу үшін модельдік организмдер ретінде қолданылатын паразиттік микроспоридиялар тобына жататын саңырауқұлақ тәрізді организм25,26,27,28,29,30. Жақында Microsporidia, Paranosema locustae және Vairimorpha necatrix31,32 (~3,2 Mb геном) орташа төмендетілген геномдары үшін крио-ЭМ рибосома құрылымы анықталды. Бұл құрылымдар рРНҚ амплификациясының кейбір жоғалуы көршілес рибосомалық ақуыздар арасындағы жаңа байланыстардың дамуымен немесе жаңа msL131,32 рибосомалық ақуыздардың алынуымен өтелетінін көрсетеді. Энцефалитозоидтар (геномы ~2,5 миллион б.п.) түрлері, ең жақын туысы Ordospora-мен бірге, эукариоттарда геномның редукциясының ең жоғары дәрежесін көрсетеді – оларда 2000-нан аз ақуыз кодтайтын гендер бар, және олардың рибосомаларында рРНҚ кеңею фрагменттері (эукариот рибосомаларын бактериялық рибосомалардан ажырататын рРНҚ фрагменттері) ғана емес, сонымен қатар E. cuniculi геномында гомологтардың болмауына байланысты төрт рибосомалық ақуыз бар деп күтілуде26,27,28. Сондықтан біз E. cuniculi рибосомасының геномның ыдырауына молекулалық бейімделудің бұрын белгісіз стратегияларын аша алатыны туралы қорытындыға келдік.
Біздің крио-ЭМ құрылымымыз сипатталатын ең кіші эукариоттық цитоплазмалық рибосоманы білдіреді және геномның редукциясының соңғы дәрежесі жасушаның ажырамас бөлігі болып табылатын молекулалық механизмнің құрылымына, жиналуына және эволюциясына қалай әсер ететінін түсінуге мүмкіндік береді. Біз E. cuniculi рибосомасының РНҚ-ның бүктелуі мен рибосоманың жиналуының көптеген кеңінен сақталған принциптерін бұзатынын анықтадық және бұрын белгісіз болған жаңа рибосомалық ақуызды аштық. Күтпеген жерден біз микроспория рибосомаларының ұсақ молекулаларды байланыстыру қабілетін дамытатынын көрсетеміз және рРНҚ мен ақуыздардағы қысқартулар рибосомаға пайдалы қасиеттер беруі мүмкін эволюциялық инновацияларды тудырады деп болжаймыз.
Жасушаішілік организмдердегі ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының эволюциясын түсінуімізді жақсарту үшін біз жұқтырған сүтқоректілер жасушаларының дақылдарынан E. cuniculi спораларын бөліп алуды шештік, бұл олардың рибосомаларын тазарту және осы рибосомалардың құрылымын анықтау үшін жасалды. Паразиттік микроспориялардың көп мөлшерін алу қиын, себебі микроспорияларды қоректік ортада өсіру мүмкін емес. Оның орнына олар тек иесі жасушаның ішінде өсіп, көбейеді. Сондықтан, рибосомаларды тазарту үшін E. cuniculi биомассасын алу үшін біз сүтқоректілердің RK13 бүйрек жасуша желісін E. cuniculi спораларымен жұқтырдық және E. cuniculi өсуі мен көбеюі үшін осы жұқтырған жасушаларды бірнеше апта бойы өсірдік. Шамамен жарты шаршы метрлік жұқтырған жасуша моноқабатын пайдаланып, біз шамамен 300 мг Microsporidia спораларын тазартып, оларды рибосомаларды бөліп алу үшін қолдандық. Содан кейін біз тазартылған спораларды шыны моншақтармен бөліп, лизаттарды кезең-кезеңмен полиэтиленгликоль фракциялау арқылы шикі рибосомаларды бөліп алдық. Бұл бізге құрылымдық талдау үшін шамамен 300 мкг шикі E. cuniculi рибосомаларын алуға мүмкіндік берді.
Содан кейін біз алынған рибосома үлгілерін пайдаланып крио-ЭМ кескіндерін жинадық және бұл кескіндерді үлкен рибосомалық суббірлікке, кіші суббірліктің басына және кіші суббірлікке сәйкес келетін маскаларды пайдаланып өңдедік. Бұл процесс барысында біз шамамен 108 000 рибосомалық бөлшектердің кескіндерін жинадық және 2,7 Å ажыратымдылығымен крио-ЭМ кескіндерін есептедік (1-3 қосымша суреттер). Содан кейін біз E. cuniculi рибосомаларымен байланысты рРНҚ, рибосомалық ақуыз және қысқы ұйқы факторы Mdf1 модельдеу үшін криоЭМ кескіндерін пайдаландық (1a, b сурет).
a E. cuniculi рибосомасының қысқы ұйқы факторы Mdf1-мен кешенді құрылымы (pdb id 7QEP). b E. cuniculi рибосомасымен байланысты қысқы ұйқы факторы Mdf1 картасы. c Микроспоридиялық түрлердегі қалпына келтірілген рРНҚ-ны белгілі рибосомалық құрылымдармен салыстыратын екінші реттік құрылым картасы. Панельдерде күшейтілген рРНҚ фрагменттерінің (ES) және рибосоманың белсенді учаскелерінің орналасуы, соның ішінде декодтау орны (DC), сарциницин ілмегі (SRL) және пептидилтрансфераза орталығы (PTC) көрсетілген. d E. cuniculi рибосомасының пептидилтрансфераза орталығына сәйкес келетін электрон тығыздығы бұл каталитикалық учаскенің E. cuniculi паразитінде және оның иелерінде, соның ішінде H. sapiens-те бірдей құрылымға ие екенін көрсетеді. e, f Декодтау орталығының сәйкес электрон тығыздығы (e) және декодтау орталығының схемалық құрылымы (f) E. cuniculi-де басқа көптеген эукариоттарда A1491 (E. coli нөмірлеуі) орнына U1491 қалдықтары бар екенін көрсетеді. Бұл өзгеріс E. cuniculi осы белсенді орталыққа бағытталған антибиотиктерге сезімтал болуы мүмкін екенін көрсетеді.
V. necatrix және P. locqustae рибосомаларының бұрын белгіленген құрылымдарынан айырмашылығы (екі құрылым да бірдей Nosematidae микроспоридия тұқымдасын білдіреді және бір-біріне өте ұқсас), 31,32 E. cuniculi рибосомалары рРНҚ мен ақуыздың фрагментациясының көптеген процестерінен өтеді. Әрі қарай денатурация (4-6 қосымша суреттер). рРНҚ-да ең таңқаларлық өзгерістерге күшейтілген 25S рРНҚ фрагменті ES12L толық жоғалуы және h39, h41 және H18 спиральдарының ішінара дегенерациясы кірді (1c сурет, 4 қосымша сурет). Рибосомалық ақуыздардың ішінде ең таңқаларлық өзгерістерге eS30 ақуызының толық жоғалуы және eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 және eS7 ақуыздарының қысқаруы кірді (4, 5 қосымша суреттер).
Осылайша, Encephalotozoon/Ordospora түрлерінің геномдарының күрт төмендеуі олардың рибосома құрылымында көрініс табады: E. cuniculi рибосомалары құрылымдық сипаттамаға ұшыраған эукариоттық цитоплазмалық рибосомаларда ақуыз мөлшерінің күрт жоғалуын бастан кешіреді, және оларда тек эукариоттарда ғана емес, сонымен қатар тіршіліктің үш саласында да кеңінен сақталған рРНҚ мен ақуыз фрагменттері де жоқ. E. cuniculi рибосомасының құрылымы бұл өзгерістердің алғашқы молекулалық моделін ұсынады және салыстырмалы геномика мен жасушаішілік биомолекулалық құрылымды зерттеу кезінде назардан тыс қалған эволюциялық оқиғаларды ашады (7-сурет). Төменде біз осы оқиғалардың әрқайсысын олардың ықтимал эволюциялық шығу тегімен және рибосома функциясына ықтимал әсерімен бірге сипаттаймыз.
Содан кейін біз үлкен рРНҚ қысқартуларынан басқа, E. cuniculi рибосомаларының белсенді орындарының бірінде рРНҚ вариациялары бар екенін анықтадық. E. cuniculi рибосомасының пептидилтрансфераза орталығы басқа эукариоттық рибосомалармен бірдей құрылымға ие болғанымен (1d-сурет), декодтау орталығы 1491 нуклеотидіндегі тізбектің өзгеруіне байланысты ерекшеленеді (E. coli нөмірлеуі, 1e-сурет, f). Бұл бақылау маңызды, себебі эукариоттық рибосомалардың декодтау орнында әдетте бактериялық типтегі A1408 және G1491 қалдықтарымен салыстырғанда G1408 және A1491 қалдықтары болады. Бұл вариация бактериялық және эукариоттық рибосомалардың рибосомалық антибиотиктердің аминогликозидтік тұқымдасына және декодтау орнын нысанаға алатын басқа да ұсақ молекулаларға әртүрлі сезімталдығының негізінде жатыр. E. cuniculi рибосомасының декодтау орнында A1491 қалдығы U1491-мен ауыстырылды, бұл осы белсенді орынды нысанаға алатын ұсақ молекулалар үшін бірегей байланыс интерфейсін жасауы мүмкін. Дәл осындай A14901 нұсқасы P. loctake және V. necatrix сияқты басқа микроспорияларда да кездеседі, бұл оның микроспория түрлері арасында кең таралғанын көрсетеді (1f-сурет).
Біздің E. cuniculi рибосома үлгілері метаболикалық белсенді емес споралардан бөлінгендіктен, біз бұрын сипатталған рибосоманың стресс немесе аштық жағдайында байланысуы үшін E. cuniculi крио-ЭМ картасын тексердік. Қысқы ұйқы факторлары 31,32,36,37, 38. Біз қысқы ұйқыдағы рибосоманың бұрын белгіленген құрылымын E. cuniculi рибосомасының крио-ЭМ картасымен сәйкестендірдік. Қосу үшін қысқы ұйқы факторы Stm138 бар кешендегі S. cerevisiae рибосомалары, Lso232 факторы бар кешендегі шегіртке рибосомалары және Mdf1 және Mdf231 факторлары бар кешендегі V. necatrix рибосомалары пайдаланылды. Сонымен қатар, біз тыныштық факторы Mdf1-ге сәйкес келетін крио-ЭМ тығыздығын таптық. Mdf1-дің V. necatrix рибосомасымен байланысуына ұқсас, Mdf1 сонымен қатар E. cuniculi рибосомасымен байланысады, онда ол рибосоманың E сайтына тосқауыл қояды, бұл паразит споралары дененің инактивациясы кезінде метаболикалық белсенді емес болған кезде рибосомалардың қолжетімді болуына көмектеседі (2-сурет).
Mdf1 рибосоманың E сайтын блоктайды, бұл паразит споралары метаболикалық белсенді емес болған кезде рибосоманың белсенділігін төмендетуге көмектесетін сияқты. E. cuniculi рибосомасының құрылымында Mdf1 рибосоманың ақуыз синтезі кезінде рибосомадан деацилденген тРНҚ-ның бөлінуін жеңілдететін бөлігі болып табылатын L1 рибосома сабағымен бұрын белгісіз байланыс түзетінін анықтадық. Бұл байланыстар Mdf1 деацетилденген тРНҚ сияқты механизмді пайдаланып рибосомадан диссоциацияланатынын көрсетеді, бұл рибосоманың ақуыз синтезін қайта белсендіру үшін Mdf1-ді қалай алып тастайтынын түсіндіруге мүмкіндік береді.
Дегенмен, біздің құрылымымыз Mdf1 мен L1 рибосома аяғы (ақуыз синтезі кезінде рибосомадан деацилденген тРНҚ-ны босатуға көмектесетін рибосома бөлігі) арасында белгісіз байланыс бар екенін анықтады. Атап айтқанда, Mdf1 деацилденген тРНҚ молекуласының шынтақ сегментімен бірдей байланыстарды пайдаланады (2-сурет). Бұрын белгісіз болған молекулалық модельдеу Mdf1 деацетилденген тРНҚ сияқты механизмді пайдаланып рибосомадан диссоциацияланатынын көрсетті, бұл рибосоманың ақуыз синтезін қайта белсендіру үшін бұл қысқы ұйқы факторын қалай алып тастайтынын түсіндіреді.
рРНҚ моделін құру кезінде біз E. cuniculi рибосомасында қалыптан тыс бүктелген рРНҚ фрагменттері бар екенін анықтадық, оларды біз біріктірілген рРНҚ деп атадық (3-сурет). Тіршіліктің үш доменін қамтитын рибосомаларда рРНҚ көптеген рРНҚ негіздері базалық жұп болып табылатын және бір-бірімен бүктелетін немесе рибосомалық ақуыздармен әрекеттесетін құрылымдарға бүктеледі38,39,40. Дегенмен, E. cuniculi рибосомаларында рРНҚ кейбір спиральдарын жайылмаған рРНҚ аймақтарына айналдыру арқылы бұл бүктелу принципін бұзатын сияқты.
S. cerevisiae, V. necatrix және E. cuniculi жасушаларындағы H18 25S рРНҚ спиралінің құрылымы. Әдетте, үш тіршілік доменін қамтитын рибосомаларда бұл байланыстырушы 24-тен 34-ке дейінгі қалдықтарды қамтитын РНҚ спираліне оралады. Микроспоридияларда, керісінше, бұл рРНҚ байланыстырушы біртіндеп тек 12 қалдықты қамтитын екі бір тізбекті уридинге бай байланыстырушыға дейін азаяды. Бұл қалдықтардың көпшілігі еріткіштерге ұшырайды. Суретте паразиттік микроспоридиялар рРНҚ бүктелуінің жалпы принциптерін бұзатын сияқты, мұнда рРНҚ негіздері әдетте басқа негіздермен байланысады немесе рРНҚ-ақуыз өзара әрекеттесуіне қатысады. Микроспоридияларда кейбір рРНҚ фрагменттері қолайсыз қатпарланады, онда бұрынғы рРНҚ спиралы түзу сызық бойымен созылған бір тізбекті фрагментке айналады. Бұл ерекше аймақтардың болуы микроспоридия рРНҚ-ға РНҚ негіздерінің минималды санын пайдаланып алыс рРНҚ фрагменттерін байланыстыруға мүмкіндік береді.
Бұл эволюциялық ауысудың ең айқын мысалын H18 25S рРНҚ спиралінде байқауға болады (3-сурет). E. coli-ден адамға дейінгі түрлерде бұл рРНҚ спиралінің негіздерінде 24-32 нуклеотид бар, бұл сәл дұрыс емес спираль түзеді. V. necatrix және P. locustae-ден бұрын анықталған рибосомалық құрылымдарда31,32 H18 спиралінің негіздері ішінара ашылған, бірақ нуклеотидтік негіз жұптасуы сақталған. Дегенмен, E. cuniculi-де бұл рРНҚ фрагменті ең қысқа байланыстырушыларға айналады 228UUUGU232 және 301UUUUUUUUU307. Әдеттегі рРНҚ фрагменттерінен айырмашылығы, бұл уридинге бай байланыстырушылар рибосомалық ақуыздармен шиыршықталмайды немесе кең байланыс жасамайды. Оның орнына, олар еріткішпен ашық және толық ашылған құрылымдарды қабылдайды, онда рРНҚ жіпшелері түзу созылады. Бұл созылған конформация E. cuniculi H16 және H18 рРНҚ спиральдары арасындағы 33 Å саңылауын толтыру үшін тек 12 РНҚ негізін пайдаланатынын, ал басқа түрлердің бұл саңылауды толтыру үшін кемінде екі есе көп рРНҚ негіздерін қажет ететінін түсіндіреді.
Осылайша, біз энергетикалық тұрғыдан қолайсыз бүктелу арқылы паразиттік микроспоридиялардың тіршіліктің үш саласында түрлер арасында кеңінен сақталған рРНҚ сегменттерін де жиыру стратегиясын жасағанын көрсете аламыз. Шамасы, рРНҚ спиральдарын қысқа поли-U байланыстырушыларына айналдыратын мутацияларды жинақтау арқылы E. cuniculi дистальды рРНҚ фрагменттерін байлау үшін мүмкіндігінше аз нуклеотидтерден тұратын ерекше рРНҚ фрагменттерін түзе алады. Бұл микроспоридиялардың құрылымдық және функционалдық тұтастығын жоғалтпай, негізгі молекулалық құрылымында қалай күрт төмендеуге қол жеткізгенін түсіндіруге көмектеседі.
E. cuniculi рРНҚ-ның тағы бір ерекше ерекшелігі - рРНҚ-ның қоюланбаған пайда болуы (4-сурет). Дөңгелек тәрізділер - РНҚ спиралінде жасырынудың орнына одан бұралып шығатын негіз жұптары жоқ нуклеотидтер. Көптеген рРНҚ шығыңқылары молекулалық желім ретінде әрекет етеді, көршілес рибосомалық ақуыздарды немесе басқа рРНҚ фрагменттерін байланыстыруға көмектеседі. Дөңгелек тәрізділердің кейбірі ілмектер ретінде әрекет етеді, бұл рРНҚ спиралінің өнімді ақуыз синтезі үшін оңтайлы түрде иілуіне және бүктелуіне мүмкіндік береді 41.
a рРНҚ өсіндісі (S. cerevisiae нөмірленуі) E. cuniculi рибосомасының құрылымында жоқ, бірақ басқа эукариоттардың көпшілігінде кездеседі: E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens және E. cuniculi ішкі рибосомалары. Паразиттерде ежелгі, жоғары деңгейде сақталған рРНҚ дөңестерінің көпшілігі жоқ. Бұл қалыңдаулар рибосома құрылымын тұрақтандырады; сондықтан олардың микроспорияларда болмауы микроспория паразиттеріндегі рРНҚ бүктелуінің тұрақтылығының төмендегенін көрсетеді. P сабақтарымен (бактериялардағы L7/L12 сабақтары) салыстыру рРНҚ төмпешіктерінің жоғалуы кейде жоғалған төмпешіктердің жанында жаңа төмпешіктердің пайда болуымен сәйкес келетінін көрсетеді. 23S/28S рРНҚ-дағы H42 спиралі тіршіліктің үш саласында қорғалғандықтан кемінде 3,5 миллиард жылдық деп бағаланған ежелгі дөңеске (Saccharomyces cerevisiae-дегі U1206) ие. Микроспорияларда бұл дөңес жойылады. Дегенмен, жоғалған дөңестің жанында жаңа дөңес пайда болды (E. cuniculi-де A1306).
Таңқаларлықтай, біз E. cuniculi рибосомаларында басқа түрлерде кездесетін рРНҚ дөңестерінің көпшілігінің, соның ішінде басқа эукариоттарда сақталған 30-дан астам дөңестердің жоқ екенін анықтадық (4a-сурет). Бұл жоғалту рибосомалық суббірліктер мен көршілес рРНҚ спиральдары арасындағы көптеген байланыстарды жояды, кейде рибосома ішінде үлкен қуыс бос орындар жасайды, бұл E. cuniculi рибосомасын дәстүрлі рибосомалармен салыстырғанда кеуекті етеді (4b-сурет). Атап айтқанда, біз бұл дөңестердің көпшілігі бұрын анықталған V. necatrix және P. locquistae рибосома құрылымдарында да жоғалғанын анықтадық, олар бұрынғы құрылымдық талдауларда назардан тыс қалды31,32.
Кейде рРНҚ дөңестерінің жоғалуы жоғалған дөңестің жанында жаңа дөңестердің пайда болуымен қатар жүреді. Мысалы, рибосомалық Р-сабағында E. coli-ден адамдарға жеткен және сондықтан 3,5 миллиард жылдық деп бағаланған U1208 дөңес бар (Saccharomyces cerevisiae-де). Ақуыз синтезі кезінде бұл дөңес Р-сабағын ашық және жабық конформациялар арасында қозғалуға көмектеседі, осылайша рибосома трансляция факторларын жинап, оларды белсенді орталыққа жеткізе алады. E. cuniculi рибосомаларында бұл қалыңдау болмайды; дегенмен, тек үш базалық жұпта орналасқан жаңа қалыңдау (G883) Р-сабақтың оңтайлы икемділігін қалпына келтіруге ықпал ете алады (4c-сурет).
Біздің дөңессіз рРНҚ туралы деректеріміз рРНҚ-ның минимизациялануы рибосома бетіндегі рРНҚ элементтерінің жоғалуымен ғана шектелмейтінін, сонымен қатар рибосома ядросына да әсер етуі мүмкін екенін, бұл еркін тіршілік ететін жасушаларда сипатталмаған паразитке тән молекулалық ақауды тудыратынын көрсетеді. Тірі түрлер байқалады.
Канондық рибосомалық ақуыздар мен рРНҚ модельдеуден кейін, біз дәстүрлі рибосомалық компоненттер крио-ЭМ кескінінің үш бөлігін түсіндіре алмайтынын анықтадық. Бұл фрагменттердің екеуі өлшемі бойынша кішкентай молекулалар (5-сурет, 8-қосымша сурет). Бірінші сегмент рибосомалық ақуыздар uL15 және eL18 арасында әдетте E. cuniculi-де қысқартылған eL18-дің С-терминалы орналасқан жерде орналасқан. Біз бұл молекуланың сәйкестігін анықтай алмасақ та, бұл тығыздық аралының өлшемі мен пішіні спермидин молекулаларының болуымен жақсы түсіндіріледі. Оның рибосомамен байланысуы uL15 ақуыздарындағы (Asp51 және Arg56) микроспорияға тән мутациялармен тұрақтандырылады, бұл рибосоманың осы кішкентай молекулаға аффинділігін арттыратын сияқты, себебі олар uL15-ке кішкентай молекуланы рибосомалық құрылымға орап алуға мүмкіндік береді. Қосымша 2-сурет). 8, қосымша деректер 1, 2).
E. cuniculi рибосомасымен байланысқан рибозадан тыс нуклеотидтердің болуын көрсететін крио-ЭМ бейнелеуі. E. cuniculi рибосомасында бұл нуклеотид басқа эукариоттық рибосомалардың көпшілігінде 25S рРНҚ A3186 нуклеотидімен (Saccharomyces cerevisiae нөмірлеуі) бірдей орын алады. b E. cuniculi рибосомалық құрылымында бұл нуклеотид uL9 және eL20 рибосомалық ақуыздарының арасында орналасқан, осылайша екі ақуыз арасындағы байланысты тұрақтандырады. cd микроспоридия түрлері арасындағы eL20 тізбегін сақтау талдауы. Microsporidia түрлерінің филогенетикалық ағашы (c) және eL20 ақуызының көп тізбекті туралануы (d) нуклеотидті байланыстырушы қалдықтар F170 және K172 типтік микроспоридиялардың көпшілігінде сақталғанын көрсетеді, S. lophii қоспағанда, ES39L рРНҚ кеңейтімін сақтаған ерте тармақталған Microsporidia қоспағанда. e Бұл суретте F170 және K172 нуклеотидті байланыстырушы қалдықтары тек жоғары редукцияланған микроспоридиялық геномның eL20-да ғана кездесетіні, бірақ басқа эукариоттарда жоқ екені көрсетілген. Жалпы алғанда, бұл деректер Микроспоридиялық рибосомалардың AMP молекулаларын байланыстыратын және оларды рибосомалық құрылымдағы ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін тұрақтандыру үшін пайдаланатын нуклеотидті байланыстырушы орынды дамытқанын көрсетеді. Микроспоридиялық рибосомадағы бұл байланыстырушы орынның жоғары сақталуы және оның басқа эукариоттарда болмауы бұл орынның Микроспоридиялық тіршілік ету үшін селективті артықшылық беруі мүмкін екенін көрсетеді. Осылайша, микроспоридиялық рибосомадағы нуклеотидті байланыстырушы қалта бұрын сипатталғандай дегенерациялық ерекшелік немесе рРНҚ ыдырауының соңғы түрі емес, керісінше, микроспоридиялық рибосомаға кіші молекулаларды молекулалық құрылыс блоктары ретінде пайдаланып, тікелей байланыстыруға мүмкіндік беретін пайдалы эволюциялық инновация болып табылады. Бұл жаңалық микроспоридиялық рибосоманы құрылымдық құрылыс блоктары ретінде бір нуклеотидті қолданатын жалғыз рибосомаға айналдырады. f Нуклеотидті байланыстырудан алынған гипотетикалық эволюциялық жол.
Екінші төмен молекулалық тығыздық рибосомалық ақуыздар uL9 және eL30 арасындағы шекарада орналасқан (5a-сурет). Бұл шекара бұрын Saccharomyces cerevisiae рибосомасының құрылымында рРНҚ A3186 (ES39L рРНҚ кеңейтімінің бөлігі) 25S нуклеотиді үшін байланыс орны ретінде сипатталған болатын38. Дегенеративті P. locustae ES39L рибосомаларында бұл шекара белгісіз бір нуклеотидті 31 байланыстыратыны және бұл нуклеотид рРНҚ ұзындығы ~130-230 негіз болатын рРНҚ-ның қысқартылған соңғы түрі деп есептелетіні көрсетілген. ES39L бір нуклеотидті 32.43-ке дейін қысқарады. Біздің крио-ЭМ кескіндеріміз тығыздықты нуклеотидтермен түсіндіруге болатындығы туралы идеяны қолдайды. Дегенмен, біздің құрылымымыздың жоғары ажыратымдылығы бұл нуклеотидтің экстрарибосомалық молекула, мүмкін AMP екенін көрсетті (5a, b-сурет).
Содан кейін біз нуклеотидті байланыстыру орны E. cuniculi рибосомасында пайда болды ма, әлде бұрын болған ба деп сұрадық. Нуклеотидті байланыстыру негізінен eL30 рибосомалық ақуызындағы Phe170 және Lys172 қалдықтары арқылы жүзеге асатындықтан, біз бұл қалдықтардың 4396 өкілдік эукариоттарда сақталуын бағаладық. Жоғарыдағы uL15 жағдайындағыдай, біз Phe170 және Lys172 қалдықтарының тек типтік Microsporidia-да ғана жоғары деңгейде сақталатынын, бірақ басқа эукариоттарда, соның ішінде атиптік Microsporidia Mitosporidium және Amphiamblis-те жоқ екенін анықтадық, онда ES39L рРНҚ фрагменті тотықсызданбайды 44, 45, 46 (5c-сурет). -e).
Бұл деректер бірге алғанда, E. cuniculi және басқа да канондық микроспоридиялар рРНҚ мен ақуыз деңгейінің төмендеуін өтеу үшін рибосома құрылымындағы көптеген ұсақ метаболиттерді тиімді түрде ұстап алу қабілетін дамытты деген пікірді растайды. Осылайша, олар рибосомадан тыс нуклеотидтерді байланыстырудың бірегей қабілетін дамытты, бұл паразиттік молекулалық құрылымдардың мол ұсақ метаболиттерді ұстап алу және оларды ыдыраған РНҚ мен ақуыз фрагменттерінің құрылымдық имитациясы ретінде пайдалану арқылы өтейтінін көрсетеді.
Біздің крио-ЭМ картасының үшінші модельденбеген бөлігі, үлкен рибосомалық суббірлікте кездеседі. Картамыздың салыстырмалы түрде жоғары ажыратымдылығы (2,6 Å) бұл тығыздықтың үлкен бүйір тізбегінің қалдықтарының бірегей комбинациялары бар ақуыздарға жататынын көрсетеді, бұл бізге бұл тығыздықты бұрын белгісіз болған рибосомалық ақуыз ретінде анықтауға мүмкіндік берді, оны біз msL2 (Microsporidia-спецификалық ақуыз L2) деп атадық (әдістер, 6-сурет). Біздің гомология бойынша іздеуіміз msL2 Encephaliter және Orosporidium тұқымдастарының Microsporidia кладында сақталғанын, бірақ басқа түрлерде, соның ішінде басқа Microsporidia-ларда жоқ екенін көрсетті. Рибосомалық құрылымда msL2 кеңейтілген ES31L рРНҚ жоғалуынан пайда болған бос орынды алады. Бұл бос жерде msL2 рРНҚ бүктелуін тұрақтандыруға көмектеседі және ES31L жоғалуын өтей алады (6-сурет).
a E. cuniculi рибосомаларында кездесетін Microsporidia-спецификалық рибосомалық ақуыз msL2 электрон тығыздығы және моделі. b Saccharomyces cerevisiae 80S рибосомасын қоса алғанда, көптеген эукариоттық рибосомаларда ES19L рРНҚ амплификациясы көптеген Microsporidian түрлерінде жоғалған. V. necatrix microsporidia рибосомасының бұрын белгіленген құрылымы бұл паразиттерде ES19L жоғалуы жаңа msL1 рибосомалық ақуызының эволюциясымен өтелетінін көрсетеді. Бұл зерттеуде біз E. cuniculi рибосомасында ES19L жоғалуының айқын компенсациясы ретінде қосымша рибосомалық РНҚ имитациялық ақуызы дамытылғанын анықтадық. Дегенмен, msL2 (қазіргі уақытта гипотетикалық ECU06_1135 ақуызы ретінде белгіленеді) және msL1 әртүрлі құрылымдық және эволюциялық шығу тегі бар. c Эволюциялық тұрғыдан байланыссыз msL1 және msL2 рибосомалық ақуыздардың пайда болуының бұл ашылуы, егер рибосомалар өздерінің рРНҚ-сында зиянды мутациялар жинаса, олар тіпті жақын туыс түрлердің шағын жиынтығында да құрамдық әртүрліліктің бұрын-соңды болмаған деңгейіне жете алатынын көрсетеді. Бұл жаңалық митохондриялық рибосоманың шығу тегі мен эволюциясын анықтауға көмектеседі, ол рРНҚ-ның айтарлықтай төмендеуімен және түрлер арасындағы ақуыз құрамының қалыптан тыс өзгергіштігімен танымал.
Содан кейін біз msL2 ақуын бұрын сипатталған msL1 ақуызымен салыстырдық, бұл V. necatrix рибосомасында кездесетін жалғыз белгілі микроспорияға тән рибосомалық ақуыз. Біз msL1 және msL2 эволюциялық тұрғыдан байланысты ма, жоқ па, соны тексергіміз келді. Біздің талдауымыз msL1 және msL2 рибосомалық құрылымда бірдей қуысты алатынын, бірақ әртүрлі біріншілік және үшіншілік құрылымдарға ие екенін көрсетті, бұл олардың тәуелсіз эволюциялық шығу тегін көрсетеді (6-сурет). Осылайша, msL2-ні ашқанымыз ықшам эукариоттық түрлердің топтары рРНҚ фрагменттерінің жоғалуын өтеу үшін құрылымдық жағынан ерекшеленетін рибосомалық ақуыздарды тәуелсіз түрде дамыта алатынын дәлелдейді. Бұл жаңалық цитоплазмалық эукариоттық рибосомалардың көпшілігінде 81 рибосомалық ақуыздар тұқымдасын қоса алғанда, инвариантты ақуыз бар екендігімен ерекшеленеді. Ұзартылған рРНҚ сегменттерінің жоғалуына жауап ретінде микроспориялардың әртүрлі кладтарында msL1 және msL2 пайда болуы паразиттің молекулалық архитектурасының деградациясы паразиттердің компенсаторлық мутацияларды іздеуіне әкелетінін, бұл ақырында олардың әртүрлі паразит популяцияларында пайда болуына әкелуі мүмкін екенін көрсетеді.
Соңында, біздің моделіміз аяқталғаннан кейін, біз E. cuniculi рибосомасының құрамын геном тізбегінен болжанған құрамымен салыстырдық. eL14, eL38, eL41 және eS30 сияқты бірнеше рибосомалық ақуыздар бұрын E. cuniculi геномынан гомологтарының болмауына байланысты E. cuniculi геномынан жоғалып кеткен деп есептелген. Көптеген рибосомалық ақуыздардың жоғалуы басқа да жоғары редукцияланған жасушаішілік паразиттер мен эндосимбионттардың көпшілігінде де болжанады. Мысалы, еркін тіршілік ететін бактериялардың көпшілігінде 54 рибосомалық ақуыздардан тұратын бірдей тұқымдас болғанымен, осы ақуыз тұқымдастарының тек 11-інде ғана иесі шектеген бактериялардың талданған әрбір геномында анықталатын гомологтар бар. Бұл тұжырымдаманы растау үшін, eL38 және eL4131,32 ақуыздары жоқ V. necatrix және P. locustae microsporidia-да рибосомалық ақуыздардың жоғалуы эксперименталды түрде байқалды.
Дегенмен, біздің құрылымдарымыз E. cuniculi рибосомасында тек eL38, eL41 және eS30 жоғалатынын көрсетеді. eL14 ақуызы сақталды және біздің құрылымымыз бұл ақуыздың гомология іздеуінде неге табылмағанын көрсетті (7-сурет). E. cuniculi рибосомаларында eL14 байланысу орнының көп бөлігі рРНҚ-мен күшейтілген ES39L деградациясына байланысты жоғалады. ES39L болмаған кезде eL14 екінші реттік құрылымының көп бөлігін жоғалтты, ал eL14 тізбегінің тек 18%-ы E. cuniculi мен S. cerevisiae-де бірдей болды. Тізбектің бұл нашар сақталуы таңқаларлық, себебі тіпті 1,5 миллиард жыл аралығында эволюцияланған Saccharomyces cerevisiae және Homo sapiens организмдері де eL14-тегі бірдей қалдықтардың 51%-дан астамын бөліседі. Консервацияның бұл аномальды жоғалуы E. cuniculi eL14 қазіргі уақытта eL1427 рибосомалық ақуызы емес, болжамды M970_061160 ақуызы ретінде белгіленетінін түсіндіреді.
және Microsporidia рибосомасының ES39L рРНҚ кеңейтімі жоғалды, бұл eL14 рибосомалық ақуыздың байланысу орнын ішінара жойды. ES39L болмаған кезде, eL14 микроспоралық ақуызы екінші реттік құрылымның жоғалуына ұшырайды, онда бұрынғы рРНҚ-мен байланысатын α-спираль минималды ұзындықтағы циклге дегенерацияланады. b Бірнеше реттік туралау eL14 ақуызының эукариоттық түрлерде жоғары деңгейде сақталғанын (ашытқы мен адам гомологтары арасындағы 57% реттік сәйкестік), бірақ микроспоридияларда нашар сақталғанын және дивергентті екенін көрсетеді (мұнда қалдықтардың 24%-дан аспайтыны eL14 гомологымен бірдей). S. cerevisiae немесе H. sapiens-тен). Бұл нашар тізбектің сақталуы және екінші реттік құрылымның өзгергіштігі eL14 гомологының неге E. cuniculi-де ешқашан табылмағанын және бұл ақуыздың E. cuniculi-де жоғалған деп есептелетінін түсіндіреді. Керісінше, E. cuniculi eL14 бұрын болжамды M970_061160 ақуызы ретінде аннотацияланған болатын. Бұл бақылау микроспоридия геномының әртүрлілігі қазіргі уақытта шамадан тыс бағаланғанын көрсетеді: қазіргі уақытта микроспоридияда жоғалып кетті деп саналатын кейбір гендер шын мәнінде сақталған, бірақ жоғары дифференциалданған түрінде; оның орнына, кейбіреулері құртқа тән ақуыздар үшін микроспоридия гендерін кодтайды деп есептеледі (мысалы, гипотетикалық M970_061160 ақуызы) іс жүзінде басқа эукариоттарда кездесетін өте алуан түрлі ақуыздарды кодтайды.
Бұл жаңалық рРНҚ денатурациясы көршілес рибосомалық ақуыздарда тізбектің сақталуының күрт жоғалуына әкелуі мүмкін екенін көрсетеді, бұл ақуыздарды гомология іздеу үшін анықтау мүмкін емес етеді. Осылайша, біз шағын геномдық организмдердегі молекулалық деградацияның нақты дәрежесін асыра бағалауымыз мүмкін, себебі жоғалған деп саналатын кейбір ақуыздар шын мәнінде өзгерген формаларда болса да, сақталады.
Паразиттер геномның экстремалды редукциясы жағдайында молекулалық машиналарының қызметін қалай сақтай алады? Біздің зерттеуіміз бұл сұраққа ең кішкентай эукариоттық геномдардың бірі бар организм E. cuniculi-дің күрделі молекулалық құрылымын (рибосомасын) сипаттау арқылы жауап береді.
Микробтық паразиттердегі ақуыз бен РНҚ молекулалары еркін тіршілік ететін түрлердегі гомологиялық молекулаларынан жиі ерекшеленетіні екі онжылдыққа жуық уақыт бойы белгілі болды, себебі оларда сапаны бақылау орталықтары жоқ, еркін тіршілік ететін микробтарда мөлшерінің 50%-ына дейін кішірейеді және т.б.... көптеген әлсірететін мутациялар бүктелу мен функцияны бұзады. Мысалы, көптеген жасушаішілік паразиттер мен эндосимбионттарды қоса алғанда, шағын геномдық организмдердің рибосомаларында еркін тіршілік ететін түрлермен салыстырғанда бірнеше рибосомалық ақуыздар және рРНҚ нуклеотидтерінің үштен біріне дейін жетіспейді деп күтілуде 27, 29, 30, 49. Дегенмен, бұл молекулалардың паразиттерде қалай жұмыс істейтіні негізінен салыстырмалы геномика арқылы зерттелген жұмбақ болып қала береді.
Біздің зерттеуіміз макромолекулалардың құрылымы жасушаішілік паразиттер мен басқа да иесі шектеген организмдердің дәстүрлі салыстырмалы геномдық зерттеулерінен алу қиын эволюцияның көптеген аспектілерін аша алатынын көрсетеді (7-қосымша сурет). Мысалы, eL14 ақуызының мысалы паразиттік түрлердегі молекулалық аппараттың нақты деградация дәрежесін асыра бағалауға болатынын көрсетеді. Энцефалиттік паразиттерде қазір жүздеген микроспорияға тән гендер бар деп есептеледі. Дегенмен, біздің нәтижелеріміз осы ерекше болып көрінетін гендердің кейбіреулері іс жүзінде басқа эукариоттарда жиі кездесетін гендердің өте әртүрлі нұсқалары екенін көрсетеді. Сонымен қатар, msL2 ақуызының мысалы біздің жаңа рибосомалық ақуыздарды қалай елемейтінімізді және паразиттік молекулалық машиналардың мазмұнын қалай бағаламайтынымызды көрсетеді. Кішкентай молекулалардың мысалы паразиттік молекулалық құрылымдардағы оларға жаңа биологиялық белсенділік бере алатын ең тапқыр жаңалықтарды қалай елемеуге болатынын көрсетеді.
Жалпы алғанда, бұл нәтижелер иесі шектелген организмдердің молекулалық құрылымдары мен еркін тіршілік ететін организмдердегі олардың аналогтары арасындағы айырмашылықтарды түсінуімізді жақсартады. Біз ұзақ уақыт бойы тотықсызданады, дегенеративті болады және әртүрлі әлсірететін мутацияларға ұшырайды деп есептелген молекулалық машиналардың орнына жүйелі түрде назардан тыс қалатын ерекше құрылымдық ерекшеліктер жиынтығы бар екенін көрсетеміз.
Екінші жағынан, E. cuniculi рибосомаларында табылған көлемді емес рРНҚ фрагменттері мен біріккен фрагменттері геномның редукциясы тіпті тіршіліктің үш саласында сақталған негізгі молекулалық механизмнің бөліктерін де өзгерте алатынын көрсетеді – түрлердің тәуелсіз эволюциясынан кейін шамамен 3,5 миллиард жыл өткен соң.
E. cuniculi рибосомаларындағы дөңес емес және біріккен рРНҚ фрагменттері эндосимбиотикалық бактериялардағы РНҚ молекулаларының бұрынғы зерттеулері тұрғысынан ерекше қызығушылық тудырады. Мысалы, тли эндосимбионты Buchnera aphidicola-да рРНҚ және тРНҚ молекулалары A+T құрамының ауытқуына және канондық емес негіз жұптарының жоғары үлесіне байланысты температураға сезімтал құрылымдарға ие екені көрсетілген20,50. РНҚ-дағы бұл өзгерістер, сондай-ақ ақуыз молекулаларындағы өзгерістер қазір эндосимбионттардың серіктестерге шамадан тыс тәуелділігіне және эндосимбионттардың жылуды өткізе алмауына жауапты деп есептеледі21,23. Паразиттік микроспоридиялық рРНҚ құрылымдық жағынан айқын өзгерістерге ие болғанымен, бұл өзгерістердің сипаты геномдары төмендеген организмдердегі РНҚ молекулаларының жалпы белгілері термиялық тұрақтылықтың төмендеуі және шаперон ақуыздарына жоғары тәуелділік болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Екінші жағынан, біздің құрылымдарымыз паразиттік микроспоридиялардың кеңінен сақталған рРНҚ мен ақуыз фрагменттеріне қарсы тұрудың бірегей қабілетін дамытып, дегенеративті рРНҚ мен ақуыз фрагменттерінің құрылымдық имитациясы ретінде мол және оңай қолжетімді шағын метаболиттерді пайдалану мүмкіндігін дамытатынын көрсетеді. Молекулалық құрылымның деградациясы. Бұл пікірді E. cuniculi рРНҚ мен рибосомаларындағы ақуыз фрагменттерінің жоғалуын өтейтін шағын молекулалардың uL15 және eL30 ақуыздарындағы микроспоридияға тән қалдықтармен байланысатындығы растайды. Бұл шағын молекулалардың рибосомаларға байланысуы оң іріктеудің өнімі болуы мүмкін екенін көрсетеді, онда рибосомалық ақуыздардағы микроспоридияға тән мутациялар рибосомалардың шағын молекулаларға аффинділігін арттыру қабілеті үшін таңдалған, бұл тиімдірек рибосомалық организмдерге әкелуі мүмкін. Бұл жаңалық микробтық паразиттердің молекулалық құрылымындағы ақылды инновацияны ашады және паразиттік молекулалық құрылымдардың тотықсыздандыратын эволюцияға қарамастан өз қызметін қалай сақтайтынын жақсы түсінуге мүмкіндік береді.
Қазіргі уақытта бұл шағын молекулалардың идентификациясы әлі күнге дейін түсініксіз. Неліктен бұл шағын молекулалардың рибосомалық құрылымдағы көрінісі микроспория түрлері арасында әртүрлі болатыны түсініксіз. Атап айтқанда, V. necatrix-тің eL20 және K172 ақуыздарында F170 қалдығының болуына қарамастан, E. cuniculi және P. loccate рибосомаларында нуклеотидтік байланыс байқалатыны, ал V. necatrix рибосомаларында байқалмайтыны түсініксіз. Бұл делецияны V. necatrix-те тирозин болып табылатын және E. cuniculi және P. loccate-те треонин емес 43 uL6 қалдығы (нуклеотидтік байланыс қалтасына жақын орналасқан) тудыруы мүмкін. Tyr43-тің көлемді хош иісті бүйір тізбегі стерикалық қабаттасуға байланысты нуклеотидтік байланысқа кедергі келтіруі мүмкін. Балама ретінде, нуклеотидтік делецияның көрінуі крио-ЭМ бейнелеудің төмен ажыратымдылығына байланысты болуы мүмкін, бұл V. necatrix рибосомалық фрагменттерін модельдеуге кедергі келтіреді.
Екінші жағынан, біздің жұмысымыз геномның ыдырау процесінің өнертабыс күші болуы мүмкін екенін көрсетеді. Атап айтқанда, E. cuniculi рибосомасының құрылымы микроспоридия рибосомасындағы рРНҚ мен ақуыз фрагменттерінің жоғалуы рибосома құрылымының өзгеруіне ықпал ететін эволюциялық қысым жасайтынын көрсетеді. Бұл нұсқалар рибосоманың белсенді орнынан алыс жерде пайда болады және басқа жағдайда рРНҚ-ның төмендеуімен бұзылатын оңтайлы рибосома жиналуын сақтауға (немесе қалпына келтіруге) көмектесетін сияқты. Бұл микроспоридия рибосомасының негізгі инновациясы ген дрейфін буферлеу қажеттілігіне айналған сияқты.
Мүмкін, мұны басқа организмдерде бұрын-соңды байқалмаған нуклеотидтік байланыс ең жақсы көрсетеді. Нуклеотидтік байланыстырушы қалдықтардың типтік микроспоридияларда болуы, бірақ басқа эукариоттарда болмауы нуклеотидтік байланыстырушы орындардың тек жойылып кетуді күтіп тұрған қалдықтар немесе рРНҚ-ның жеке нуклеотидтер түрінде қалпына келтірілетін соңғы орны емес екенін көрсетеді. Керісінше, бұл орын бірнеше оң сұрыптау кезеңінде дамуы мүмкін пайдалы мүмкіндік сияқты көрінеді. Нуклеотидтік байланыстырушы орындар табиғи сұрыптаудың жанама өнімі болуы мүмкін: ES39L ыдырағаннан кейін, микроспоридиялар ES39L болмаған кезде рибосоманың оңтайлы биогенезін қалпына келтіру үшін өтемақы іздеуге мәжбүр болады. Бұл нуклеотид ES39L-дегі A3186 нуклеотидінің молекулалық байланыстарын имитациялай алатындықтан, нуклеотид молекуласы рибосоманың құрылыс материалына айналады, оның байланысуы eL30 тізбегінің мутациясы арқылы одан әрі жақсарады.
Жасушаішілік паразиттердің молекулалық эволюциясына келетін болсақ, біздің зерттеуіміз Дарвиннің табиғи сұрыпталу күштері мен геномның ыдырауының генетикалық дрейфі параллель жұмыс істемейтінін, керісінше тербелетінін көрсетеді. Біріншіден, генетикалық дрейф биомолекулалардың маңызды ерекшеліктерін жояды, бұл өтемақыны қажет етеді. Паразиттер бұл қажеттілікті Дарвиннің табиғи сұрыпталуы арқылы қанағаттандырған кезде ғана олардың макромолекулалары өздерінің ең әсерлі және инновациялық қасиеттерін дамытуға мүмкіндік алады. Маңыздысы, E. cuniculi рибосомасындағы нуклеотидті байланыстыру орындарының эволюциясы молекулалық эволюцияның бұл жоғалтудан пайда табу үлгісі зиянды мутацияларды амортизациялап қана қоймай, кейде паразиттік макромолекулаларға мүлдем жаңа функциялар беретінін көрсетеді.
Бұл идея Сьюэлл Райттың қозғалмалы тепе-теңдік теориясымен сәйкес келеді, онда табиғи сұрыптаудың қатаң жүйесі организмдердің инновация жасау мүмкіндігін шектейді делінген51,52,53. Дегенмен, егер генетикалық дрейф табиғи сұрыптауды бұзса, бұл дрейфтер өздігінен бейімделгіш емес (немесе тіпті зиянды), бірақ жоғары фитнес немесе жаңа биологиялық белсенділікті қамтамасыз ететін одан әрі өзгерістерге әкелетін өзгерістерді тудыруы мүмкін. Біздің құрылымымыз биомолекуланың қатпарлануын және қызметін төмендететін мутацияның сол түрі оны жақсартудың негізгі қозғаушы күші болып табылатынын көрсету арқылы бұл идеяны қолдайды. Екі жаққа да тиімді эволюциялық модельге сәйкес, біздің зерттеуіміз дәстүрлі түрде дегенеративті процесс ретінде қарастырылатын геномның ыдырауы да инновацияның негізгі қозғаушы күші болып табылатынын, кейде және тіпті көбінесе макромолекулаларға жаңа паразиттік белсенділік алуға мүмкіндік беретінін көрсетеді. оларды пайдалана алады.