Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs atveidosim vietni bez stiliem un JavaScript.
Mikrobiālo parazītu evolūcija ietver pretdarbību starp dabisko atlasi, kas izraisa parazītu uzlabošanos, un ģenētisko novirzi, kas izraisa parazītu gēnu zaudēšanu un kaitīgu mutāciju uzkrāšanos. Šeit, lai izprastu, kā šī pretdarbība notiek vienas makromolekulas mērogā, mēs aprakstām Encephalitozoon cuniculi ribosomas krio-EM struktūru, kas ir eikariots ar vienu no mazākajiem genomiem dabā. Ekstrēmo rRNS samazināšanos E. cuniculi ribosomās pavada nepieredzētas strukturālas izmaiņas, piemēram, iepriekš nezināmu sapludinātu rRNS saišu un rRNS bez izliekumiem evolūcija. Turklāt E. cuniculi ribosoma pārdzīvoja rRNS fragmentu un olbaltumvielu zudumu, attīstot spēju izmantot mazas molekulas kā degradētu rRNS fragmentu un olbaltumvielu strukturālus imitatorus. Kopumā mēs parādām, ka molekulārajām struktūrām, kas ilgi tika uzskatītas par reducētām, deģenerētām un pakļautām novājinošām mutācijām, ir vairāki kompensējoši mehānismi, kas uztur tās aktīvas, neskatoties uz ekstremālām molekulārajām kontrakcijām.
Tā kā lielākajai daļai mikrobiālo parazītu grupu ir unikāli molekulāri rīki savu saimnieku izmantošanai, mums bieži vien ir jāizstrādā dažādas terapijas dažādām parazītu grupām1,2. Tomēr jauni pierādījumi liecina, ka daži parazītu evolūcijas aspekti ir konverģenti un lielā mērā paredzami, norādot uz potenciālu pamatu plašām terapeitiskām intervencēm mikrobiālo parazītu gadījumā3,4,5,6,7,8,9.
Iepriekšējie darbi ir identificējuši mikrobu parazītu izplatītu evolūcijas tendenci, ko sauc par genoma reducēšanu vai genoma sabrukšanu10,11,12,13. Pašreizējie pētījumi liecina, ka, kad mikroorganismi atsakās no sava brīvās dzīvesveida un kļūst par intracelulāriem parazītiem (vai endosimbiontiem), to genomi miljoniem gadu piedzīvo lēnas, bet pārsteidzošas metamorfozes9,11. Procesā, kas pazīstams kā genoma sabrukšana, mikrobu parazīti uzkrāj kaitīgas mutācijas, kas daudzus iepriekš svarīgus gēnus pārvērš pseidogēnos, izraisot pakāpenisku gēnu zudumu un mutāciju sabrukumu14,15. Šis sabrukums var iznīcināt līdz pat 95% gēnu vecākajos intracelulārajos organismos, salīdzinot ar cieši radniecīgām brīvi dzīvojošām sugām. Tādējādi intracelulāro parazītu evolūcija ir divu pretēju spēku cīņa: Darvina dabiskā atlase, kas noved pie parazītu uzlabošanas, un genoma sabrukums, kas parazītus iemet aizmirstībā. Kā parazītam izdevās izkļūt no šīs cīņas un saglabāt savas molekulārās struktūras aktivitāti, joprojām nav skaidrs.
Lai gan genoma sabrukšanas mehānisms nav pilnībā izprasts, šķiet, ka tas notiek galvenokārt biežas ģenētiskās novirzes dēļ. Tā kā parazīti dzīvo mazās, aseksuālās un ģenētiski ierobežotās populācijās, tie nevar efektīvi likvidēt kaitīgās mutācijas, kas dažkārt rodas DNS replikācijas laikā. Tas noved pie neatgriezeniskas kaitīgo mutāciju uzkrāšanās un parazīta genoma redukcijas. Tā rezultātā parazīts ne tikai zaudē gēnus, kas vairs nav nepieciešami tā izdzīvošanai intracelulārajā vidē. Tieši parazītu populāciju nespēja efektīvi likvidēt sporādiskas kaitīgas mutācijas izraisa šo mutāciju uzkrāšanos visā genomā, ieskaitot to svarīgākos gēnus.
Liela daļa mūsu pašreizējās izpratnes par genoma reducēšanu balstās tikai uz genoma secību salīdzināšanu, pievēršot mazāku uzmanību izmaiņām faktiskajās molekulās, kas veic uzturēšanas funkcijas un kalpo kā potenciālie zāļu mērķi. Salīdzinošie pētījumi ir parādījuši, ka kaitīgu intracelulāru mikrobu mutāciju slogs, šķiet, predisponē olbaltumvielas un nukleīnskābes nepareizai locīšanai un agregācijai, padarot tās vairāk atkarīgas no šaperona un paaugstinātu jutību pret karstumu19,20,21,22,23. Turklāt dažādi parazīti, kuru neatkarīga evolūcija dažkārt notika pat ar 2,5 miljardu gadu starpību, piedzīvoja līdzīgu kvalitātes kontroles centru zudumu olbaltumvielu sintēzē5,6 un DNS atjaunošanas mehānismos24. Tomēr maz ir zināms par intracelulārā dzīvesveida ietekmi uz visām pārējām šūnu makromolekulu īpašībām, tostarp molekulāro adaptāciju pieaugošajam kaitīgo mutāciju slogam.
Šajā darbā, lai labāk izprastu intracelulāro mikroorganismu olbaltumvielu un nukleīnskābju evolūciju, mēs noteicām intracelulārā parazīta Encephalitozoon cuniculi ribosomu struktūru. E. cuniculi ir sēnītēm līdzīgs organisms, kas pieder pie parazitāro mikrosporīdiju grupas, kurām ir neparasti mazi eikariotu genomi, un tāpēc tās tiek izmantotas kā modeļorganismi genoma sabrukšanas pētīšanai25,26,27,28,29,30. Nesen krio-EM ribosomu struktūra tika noteikta mēreni reducētiem Microsporidia, Paranosema locustae un Vairimorpha necatrix genomiem31,32 (~3,2 Mb genoms). Šīs struktūras liecina, ka daži rRNS amplifikācijas zudumi tiek kompensēti, attīstoties jauniem kontaktiem starp blakus esošajiem ribosomu proteīniem vai iegūstot jaunus msL131,32 ribosomu proteīnus. Sugas Encefalitozoon (genoms ~2,5 miljoni bp), kā arī to tuvākie radinieki Ordospora, demonstrē vislielāko genoma redukcijas pakāpi eikariotos – tiem ir mazāk nekā 2000 proteīnus kodējošu gēnu, un ir sagaidāms, ka to ribosomām ne tikai trūkst rRNS paplašināšanās fragmentu (rRNS fragmenti, kas atšķir eikariotu ribosomas no baktēriju ribosomām), bet arī ir četri ribosomāli proteīni, jo tiem trūkst homologu E. cuniculi genomā26,27,28. Tādēļ mēs secinājām, ka E. cuniculi ribosoma var atklāt iepriekš nezināmas stratēģijas molekulārai adaptācijai genoma sabrukšanai.
Mūsu krio-EM struktūra pārstāv mazāko eikariotu citoplazmatisko ribosomu, kas vēl ir raksturota, un sniedz ieskatu par to, kā galīgā genoma reducēšanas pakāpe ietekmē šūnas neatņemamas molekulārās sistēmas struktūru, montāžu un evolūciju. Mēs atklājām, ka E. cuniculi ribosoma pārkāpj daudzus no plaši saglabātajiem RNS locīšanās un ribosomu montāžas principiem, un atklājām jaunu, iepriekš nezināmu ribosomu proteīnu. Diezgan negaidīti mēs parādām, ka mikrosporīdiju ribosomas ir attīstījušas spēju saistīt mazas molekulas, un izvirzām hipotēzi, ka rRNS un proteīnu saīsinājumi izraisa evolūcijas inovācijas, kas galu galā var piešķirt ribosomai noderīgas īpašības.
Lai uzlabotu izpratni par olbaltumvielu un nukleīnskābju evolūciju intracelulāros organismos, mēs nolēmām izolēt E. cuniculi sporas no inficētu zīdītāju šūnu kultūrām, lai attīrītu to ribosomas un noteiktu šo ribosomu struktūru. Ir grūti iegūt lielu skaitu parazītisku mikrosporīdiju, jo mikrosporīdijas nevar kultivēt barības vielu vidē. Tā vietā tās aug un vairojas tikai saimniekšūnas iekšienē. Tāpēc, lai iegūtu E. cuniculi biomasu ribosomu attīrīšanai, mēs inficējām zīdītāju nieru šūnu līniju RK13 ar E. cuniculi sporām un kultivējām šīs inficētās šūnas vairākas nedēļas, lai ļautu E. cuniculi augt un vairoties. Izmantojot aptuveni puskvadrātmetra inficētu šūnu monoslāni, mēs varējām attīrīt aptuveni 300 mg Microsporidia sporu un izmantot tās ribosomu izolēšanai. Pēc tam mēs pārtraucām attīrītās sporas ar stikla pērlītēm un izolējām neapstrādātas ribosomas, izmantojot pakāpenisku lizātu polietilēnglikola frakcionēšanu. Tas ļāva mums iegūt aptuveni 300 µg neapstrādātu E. cuniculi ribosomu strukturālai analīzei.
Pēc tam, izmantojot iegūtos ribosomu paraugus, mēs apkopojām krio-EM attēlus un apstrādājām šos attēlus, izmantojot maskas, kas atbilst lielajai ribosomu apakšvienībai, mazās apakšvienības galvai un mazajai apakšvienībai. Šī procesa laikā mēs apkopojām aptuveni 108 000 ribosomu daļiņu attēlus un aprēķinājām krio-EM attēlus ar 2,7 Å izšķirtspēju (1.–3. papildattēli). Pēc tam mēs izmantojām krio-EM attēlus, lai modelētu ar E. cuniculi ribosomām saistīto rRNS, ribosomu proteīnu un hibernācijas faktoru Mdf1 (1.a, b att.).
a E. cuniculi ribosomas struktūra kompleksā ar hibernācijas faktoru Mdf1 (pdb id 7QEP). b Ar E. cuniculi ribosomu saistītā hibernācijas faktora Mdf1 karte. c Sekundārās struktūras karte, kurā salīdzināta atgūtā rRNS mikrosporidiju sugās ar zināmām ribosomu struktūrām. Paneļi parāda amplificēto rRNS fragmentu (ES) un ribosomu aktīvo vietu atrašanās vietu, tostarp dekodēšanas vietu (DC), sarcinicīna cilpu (SRL) un peptidiltransferāzes centru (PTC). d Elektronu blīvums, kas atbilst E. cuniculi ribosomas peptidiltransferāzes centram, liecina, ka šai katalītiskajai vietai ir tāda pati struktūra E. cuniculi parazītā un tā saimniekos, tostarp H. sapiens. e, f Atbilstošais dekodēšanas centra elektronu blīvums (e) un dekodēšanas centra shematiskā struktūra (f) norāda, ka E. cuniculi daudzos citos eikariotos ir U1491 atlikumi A1491 vietā (E. coli numerācija). Šīs izmaiņas liecina, ka E. cuniculi var būt jutīga pret antibiotikām, kas vērstas pret šo aktīvo centru.
Atšķirībā no iepriekš noteiktajām V. necatrix un P. locustae ribosomu struktūrām (abas struktūras pārstāv vienu un to pašu mikrosporīdiju dzimtu Nosematidae un ir ļoti līdzīgas viena otrai),31,32 E. cuniculi ribosomas tiek pakļautas daudziem rRNS un olbaltumvielu fragmentācijas procesiem. Turpmāka denaturācija (4.–6. papildattēls). rRNS visizteiktākās izmaiņas ietvēra amplificētā 25S rRNS fragmenta ES12L pilnīgu zudumu un h39, h41 un H18 spirāļu daļēju deģenerāciju (1.c att., 4. papildattēls). Starp ribosomu olbaltumvielām visizteiktākās izmaiņas ietvēra pilnīgu eS30 olbaltumvielu zudumu un eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 un eS7 olbaltumvielu saīsināšanos (4., 5. papildattēls).
Tādējādi Encephalotozoon/Ordospora sugu genomu ārkārtējā samazināšanās atspoguļojas to ribosomu struktūrā: E. cuniculi ribosomas piedzīvo visdramatiskāko olbaltumvielu satura zudumu no eikariotu citoplazmatiskajām ribosomām, kurām piemēro strukturālu raksturojumu, un tām pat nav to rRNS un olbaltumvielu fragmentu, kas ir plaši saglabājušies ne tikai eikariotos, bet arī trijos dzīvības domēnos. E. cuniculi ribosomas struktūra sniedz pirmo molekulāro modeli šīm izmaiņām un atklāj evolūcijas notikumus, kas ir ignorēti gan salīdzinošajā genomikā, gan intracelulārās biomolekulārās struktūras pētījumos (7. papildattēls). Zemāk mēs aprakstām katru no šiem notikumiem kopā ar to iespējamo evolūcijas izcelsmi un potenciālo ietekmi uz ribosomu funkciju.
Pēc tam mēs atklājām, ka papildus lieliem rRNS saīsinājumiem E. cuniculi ribosomām ir rRNS variācijas vienā no to aktīvajām vietām. Lai gan E. cuniculi ribosomas peptidiltransferāzes centram ir tāda pati struktūra kā citām eikariotu ribosomām (1.d att.), dekodēšanas centrs atšķiras secības variācijas dēļ 1491. nukleotīdā (E. coli numerācija, 1.e, f att.). Šis novērojums ir svarīgs, jo eikariotu ribosomu dekodēšanas vieta parasti satur G1408 un A1491 atlikumus, salīdzinot ar baktēriju tipa A1408 un G1491 atlikumiem. Šī variācija ir pamatā baktēriju un eikariotu ribosomu atšķirīgajai jutībai pret ribosomu antibiotiku aminoglikozīdu saimi un citām mazām molekulām, kas mērķē uz dekodēšanas vietu. E. cuniculi ribosomas dekodēšanas vietā A1491 atlikums tika aizstāts ar U1491, potenciāli radot unikālu saistīšanās saskarni mazām molekulām, kas mērķē uz šo aktīvo vietu. Tas pats A14901 variants ir sastopams arī citās mikrosporīdijās, piemēram, P. locustae un V. necatrix, kas liecina, ka tas ir plaši izplatīts mikrosporīdiju sugās (1.f att.).
Tā kā mūsu E. cuniculi ribosomu paraugi tika izolēti no metaboliski neaktīvām sporām, mēs pārbaudījām E. cuniculi krio-EM karti, lai noteiktu iepriekš aprakstīto ribosomu saistīšanos stresa vai bada apstākļos. Hibernācijas faktori 31,32,36,37, 38. Mēs salīdzinājām iepriekš noteikto hibernējošās ribosomas struktūru ar E. cuniculi ribosomas krio-EM karti. Dokošanai S. cerevisiae ribosomas tika izmantotas kompleksā ar hibernācijas faktoru Stm138, siseņa ribosomas kompleksā ar Lso232 faktoru un V. necatrix ribosomas kompleksā ar Mdf1 un Mdf231 faktoriem. Vienlaikus mēs atradām krio-EM blīvumu, kas atbilst atpūtas faktoram Mdf1. Līdzīgi kā Mdf1 saistās ar V. necatrix ribosomu, Mdf1 saistās arī ar E. cuniculi ribosomu, kur tas bloķē ribosomas E vietu, iespējams, palīdzot padarīt ribosomas pieejamas, kad parazītu sporas kļūst metaboliski neaktīvas pēc organisma inaktivācijas (2. attēls).
Mdf1 bloķē ribosomas E vietu, kas, šķiet, palīdz inaktivēt ribosomu, kad parazītu sporas kļūst metaboliski neaktīvas. E. cuniculi ribosomas struktūrā mēs atklājām, ka Mdf1 veido iepriekš nezināmu kontaktu ar L1 ribosomas stublāju — ribosomas daļu, kas veicina deacilētas tRNS atbrīvošanos no ribosomas olbaltumvielu sintēzes laikā. Šie kontakti liecina, ka Mdf1 disociējas no ribosomas, izmantojot to pašu mehānismu kā deacetilēta tRNS, sniedzot iespējamu skaidrojumu tam, kā ribosoma noņem Mdf1, lai atkārtoti aktivizētu olbaltumvielu sintēzi.
Tomēr mūsu struktūra atklāja nezināmu kontaktu starp Mdf1 un L1 ribosomas kāju (ribosomas daļu, kas palīdz atbrīvot deacilēto tRNS no ribosomas olbaltumvielu sintēzes laikā). Konkrēti, Mdf1 izmanto tos pašus kontaktus kā deacilētās tRNS molekulas elkoņa segments (2. att.). Šī iepriekš nezināmā molekulārā modelēšana parādīja, ka Mdf1 disociējas no ribosomas, izmantojot to pašu mehānismu kā deacetilētā tRNS, kas izskaidro, kā ribosoma noņem šo hibernācijas faktoru, lai atkārtoti aktivizētu olbaltumvielu sintēzi.
Veidojot rRNS modeli, mēs atklājām, ka E. cuniculi ribosomā ir neparasti salocīti rRNS fragmenti, kurus mēs nosaucām par sapludinātu rRNS (3. att.). Ribosomās, kas aptver trīs dzīvības domēnus, rRNS salocās struktūrās, kurās lielākā daļa rRNS bāzu vai nu veido bāzes pārus un salocās viena ar otru, vai mijiedarbojas ar ribosomu proteīniem38,39,40. Tomēr E. cuniculi ribosomās rRNS, šķiet, pārkāpj šo locīšanās principu, pārveidojot dažas no savām spirālēm nesalocītos rRNS reģionos.
H18 25S rRNS spirāles struktūra S. cerevisiae, V. necatrix un E. cuniculi. Parasti ribosomās, kas aptver trīs dzīvības domēnus, šis linkeris savērpjas RNS spirālē, kas satur 24 līdz 34 atlikumus. Turpretī mikrosporīdijās šis rRNS linkeris pakāpeniski tiek reducēts līdz diviem vienpavedienu uridīnu saturošiem linkeriem, kas satur tikai 12 atlikumus. Lielākā daļa šo atlikumu ir pakļauti šķīdinātāju iedarbībai. Attēlā redzams, ka parazītiskās mikrosporīdijas, šķiet, pārkāpj rRNS locīšanās vispārējos principus, kur rRNS bāzes parasti ir saistītas ar citām bāzēm vai iesaistītas rRNS-olbaltumvielu mijiedarbībā. Mikrosporīdijās daži rRNS fragmenti iegūst nelabvēlīgu locījumu, kurā bijusī rRNS spirāle kļūst par vienpavedienu fragmentu, kas pagarināts gandrīz taisnā līnijā. Šo neparasto reģionu klātbūtne ļauj mikrosporīdiju rRNS saistīties ar attāliem rRNS fragmentiem, izmantojot minimālu RNS bāzu skaitu.
Visspilgtākais šīs evolūcijas pārejas piemērs ir novērojams H18 25S rRNS spirālē (3. att.). Sugās, sākot no E. coli līdz cilvēkiem, šīs rRNS spirāles bāzes satur 24–32 nukleotīdus, veidojot nedaudz neregulāru spirāli. Iepriekš identificētajās ribosomu struktūrās no V. necatrix un P. locustae31,32 H18 spirāles bāzes ir daļēji atritinātas, bet nukleotīdu bāzu pārošanās ir saglabājusies. Tomēr E. cuniculi šis rRNS fragments kļūst par īsākajiem linkeriem 228UUUGU232 un 301UUUUUUUUUU307. Atšķirībā no tipiskiem rRNS fragmentiem, šie uridīnam bagātie linkeri nesaritinās un neveido plašu kontaktu ar ribosomu proteīniem. Tā vietā tie pieņem šķīdinātājam atvērtas un pilnībā atlocītas struktūras, kurās rRNS virknes ir izstieptas gandrīz taisni. Šī izstieptā konformācija izskaidro, kā E. cuniculi izmanto tikai 12 RNS bāzes, lai aizpildītu 33 Å atstarpi starp H16 un H18 rRNS spirālēm, savukārt citām sugām ir nepieciešams vismaz divreiz vairāk rRNS bāzu, lai aizpildītu šo atstarpi.
Tādējādi mēs varam pierādīt, ka, izmantojot enerģētiski nelabvēlīgu locīšanos, parazītiskās mikrosporīdijas ir izstrādājušas stratēģiju, lai sarauties pat tiem rRNS segmentiem, kas joprojām ir plaši konservēti dažādās sugās trijos dzīvības domēnos. Acīmredzot, uzkrājot mutācijas, kas pārveido rRNS spirāles īsos poli-U linkeros, E. cuniculi var veidot neparastus rRNS fragmentus, kas satur pēc iespējas mazāk nukleotīdu distālo rRNS fragmentu ligācijai. Tas palīdz izskaidrot, kā mikrosporīdijas panāca dramatisku savas pamata molekulārās struktūras samazināšanos, nezaudējot savu strukturālo un funkcionālo integritāti.
Vēl viena neparasta E. cuniculi rRNS iezīme ir rRNS izskats bez sabiezējumiem (4. att.). Izliekumi ir nukleotīdi bez bāzes pāriem, kas izgriežas no RNS spirāles, nevis slēpjas tajā. Lielākā daļa rRNS izliekumu darbojas kā molekulāras līmes, palīdzot saistīties ar blakus esošajiem ribosomu proteīniem vai citiem rRNS fragmentiem. Daži no izliekumiem darbojas kā eņģes, ļaujot rRNS spirālei optimāli saliekties un salocīties produktīvai proteīnu sintēzei 41.
a E. cuniculi ribosomu struktūrā nav rRNS izvirzījuma (S. cerevisiae numerācija), bet tas ir sastopams vairumā citu eikariotu. b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens un E. cuniculi iekšējās ribosomas. Parazītiem trūkst daudzu seno, ļoti konservatīvo rRNS izvirzījumu. Šie sabiezējumi stabilizē ribosomu struktūru; tāpēc to neesamība mikrosporīdijās norāda uz samazinātu rRNS locīšanās stabilitāti mikrosporīdiju parazītos. Salīdzinājums ar P stublājiem (L7/L12 stublāji baktērijās) parāda, ka rRNS izvirzījumu zudums dažreiz sakrīt ar jaunu izvirzījumu parādīšanos blakus zudušajiem izvirzījumiem. H42 spirālei 23S/28S rRNS ir sens izvirzījums (U1206 Saccharomyces cerevisiae), kas tiek lēsts vismaz par 3,5 miljardiem gadu vecs, pateicoties tā aizsardzībai trīs dzīvības jomās. Mikrosporīdijās šis izvirzījums ir likvidēts. Tomēr blakus zudušajam izvirzījumam parādījās jauns izvirzījums (A1306 E. cuniculi).
Pārsteidzoši, ka mēs atklājām, ka E. cuniculi ribosomām trūkst lielākās daļas rRNS izliekumu, kas atrodami citās sugās, tostarp vairāk nekā 30 izliekumu, kas saglabājušies citos eikariotos (4.a att.). Šis zudums likvidē daudzus kontaktus starp ribosomu apakšvienībām un blakus esošajām rRNS spirālēm, dažreiz ribosomā radot lielus dobus tukšumus, padarot E. cuniculi ribosomu poraināku salīdzinājumā ar tradicionālākajām ribosomām (4.b att.). Jāatzīmē, ka mēs atklājām, ka lielākā daļa šo izliekumu bija zuduši arī iepriekš identificētajās V. necatrix un P. locustae ribosomu struktūrās, kuras iepriekšējās strukturālās analīzes31,32 nepamanīja.
Dažreiz rRNS izliekumu zudumu pavada jaunu izliekumu attīstība blakus zaudētajam izliekumam. Piemēram, ribosomu P-stumbrā ir U1208 izliekums (Saccharomyces cerevisiae), kas izdzīvoja no E. coli līdz cilvēkiem, un tāpēc tiek lēsts, ka tā vecums ir 3,5 miljardi gadu. Olbaltumvielu sintēzes laikā šis izliekums palīdz P stumbram pārvietoties starp atvērtu un slēgtu konformāciju, lai ribosoma varētu piesaistīt translācijas faktorus un nogādāt tos aktīvajā centrā. E. cuniculi ribosomās šis sabiezējums nav sastopams; tomēr jauns sabiezējums (G883), kas atrodas tikai trīs bāzes pāros, var veicināt P stumbra optimālās elastības atjaunošanos (4.c att.).
Mūsu dati par rRNS bez izliekumiem liecina, ka rRNS minimizācija neaprobežojas tikai ar rRNS elementu zudumu ribosomas virsmā, bet var ietvert arī ribosomas kodolu, radot parazītiem specifisku molekulāru defektu, kas nav aprakstīts brīvi dzīvojošās šūnās. Tiek novērotas dzīvas sugas.
Pēc kanonisko ribosomu olbaltumvielu un rRNS modelēšanas mēs atklājām, ka parastās ribosomu komponentes nevar izskaidrot krio-EM attēla trīs daļas. Divi no šiem fragmentiem ir mazas molekulas (5. att., 8. papildattēls). Pirmais segments atrodas starp ribosomu olbaltumvielām uL15 un eL18 pozīcijā, ko parasti aizņem eL18 C-gals, kas E. cuniculi ir saīsināts. Lai gan mēs nevaram noteikt šīs molekulas identitāti, šīs blīvuma salas izmēru un formu labi izskaidro spermidīna molekulu klātbūtne. Tās saistīšanos ar ribosomu stabilizē mikrosporīdijām specifiskas mutācijas uL15 olbaltumvielās (Asp51 un Arg56), kas, šķiet, palielina ribosomas afinitāti pret šo mazo molekulu, jo tās ļauj uL15 ietīt mazo molekulu ribosomu struktūrā. 2. papildattēls). 8, papildu dati 1, 2).
Krio-EM attēlveidošana, kas parāda nukleotīdu klātbūtni ārpus ribozes, kas saistīta ar E. cuniculi ribosomu. E. cuniculi ribosomā šis nukleotīds ieņem to pašu vietu, kur 25S rRNS A3186 nukleotīds (Saccharomyces cerevisiae numerācija) vairumā citu eikariotu ribosomu. b E. cuniculi ribosomu struktūrā šis nukleotīds atrodas starp ribosomu proteīniem uL9 un eL20, tādējādi stabilizējot kontaktu starp abiem proteīniem. cd eL20 secības saglabāšanās analīze starp mikrosporīdiju sugām. Mikrosporīdiju sugu filoģenētiskais koks (c) un eL20 proteīna vairāku secību izlīdzināšana (d) parāda, ka nukleotīdus saistošie atlikumi F170 un K172 ir saglabājušies vairumā tipisko mikrosporīdiju, izņemot S. lophii, izņemot agrīni sazarojošās mikrosporīdijas, kas saglabāja ES39L rRNS pagarinājumu. e Šajā attēlā redzams, ka nukleotīdus saistošie atlikumi F170 un K172 ir sastopami tikai ļoti reducētā mikrosporīdiju genoma eL20, bet ne citos eikariotos. Kopumā šie dati liecina, ka mikrosporīdiju ribosomas ir izveidojušas nukleotīdu saistīšanās vietu, kas, šķiet, saista AMP molekulas un izmanto tās, lai stabilizētu olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbību ribosomu struktūrā. Šīs saistīšanās vietas augstā konservācija mikrosporīdijās un tās neesamība citos eikariotos liecina, ka šī vieta var nodrošināt selektīvu izdzīvošanas priekšrocību mikrosporīdijām. Tādējādi nukleotīdu saistīšanās kabata mikrosporīdiju ribosomā nešķiet deģenerēta iezīme vai rRNS degradācijas beigu forma, kā aprakstīts iepriekš, bet gan noderīgs evolūcijas jauninājums, kas ļauj mikrosporīdiju ribosomai tieši saistīt mazas molekulas, izmantojot tās kā molekulāros celtniecības blokus. Šis atklājums padara mikrosporīdiju ribosomu par vienīgo ribosomu, kas zināma kā vienu nukleotīdu kā savu strukturālo bloku. f Hipotētisks evolūcijas ceļš, kas atvasināts no nukleotīdu saistīšanās.
Otrais zemās molekulmasas blīvums atrodas saskarnē starp ribosomu proteīniem uL9 un eL30 (5.a att.). Šī saskarne iepriekš tika aprakstīta Saccharomyces cerevisiae ribosomas struktūrā kā saistīšanās vieta rRNS A3186 25S nukleotīdam (daļa no ES39L rRNS pagarinājuma)38. Tika pierādīts, ka deģenerētās P. locustae ES39L ribosomās šī saskarne saista nezināmu vienu nukleotīdu 31, un tiek pieņemts, ka šis nukleotīds ir reducēta rRNS galīgā forma, kurā rRNS garums ir ~130–230 bāzes. ES39L ir reducēts līdz vienam nukleotīdam 32,43. Mūsu krio-EM attēli apstiprina ideju, ka blīvumu var izskaidrot ar nukleotīdiem. Tomēr mūsu struktūras augstākā izšķirtspēja parādīja, ka šis nukleotīds ir ekstraribosomāla molekula, iespējams, AMP (5.a, b att.).
Pēc tam mēs jautājām, vai nukleotīdu saistīšanās vieta parādījās E. cuniculi ribosomā vai arī tā pastāvēja iepriekš. Tā kā nukleotīdu saistīšanos galvenokārt mediē Phe170 un Lys172 atlikumi eL30 ribosomu proteīnā, mēs novērtējām šo atlikumu konservāciju 4396 reprezentatīvos eikariotos. Tāpat kā iepriekš minētajā uL15 gadījumā, mēs atklājām, ka Phe170 un Lys172 atlikumi ir ļoti konservēti tikai tipiskās Microsporidia, bet nav sastopami citās eikariotās, tostarp atipiskās Microsporidia Mitosporidium un Amphiamblys, kurās ES39L rRNS fragments nav reducēts [44, 45, 46] (5.c attēls). -e).
Kopumā šie dati apstiprina ideju, ka E. cuniculi un, iespējams, arī citas kanoniskās mikrosporīdijas ir attīstījušas spēju efektīvi uztvert lielu skaitu mazu metabolītu ribosomu struktūrā, lai kompensētu rRNS un olbaltumvielu līmeņa pazemināšanos. To darot, tās ir attīstījušas unikālu spēju saistīties ar nukleotīdiem ārpus ribosomas, kas parāda, ka parazītiskās molekulārās struktūras kompensē, uztverot bagātīgo mazo metabolītu daudzumu un izmantojot tos kā degradētu RNS un olbaltumvielu fragmentu strukturālus imitatorus.
Trešā neimulētā mūsu krio-EM kartes daļa, kas atrasta lielajā ribosomu apakšvienībā. Mūsu kartes relatīvi augstā izšķirtspēja (2,6 Å) liecina, ka šis blīvums pieder olbaltumvielām ar unikālām lielu sānu ķēžu atlikumu kombinācijām, kas ļāva mums identificēt šo blīvumu kā iepriekš nezināmu ribosomu proteīnu, ko mēs identificējām kā. Tas tika nosaukts par msL2 (Microsporidia-specifisks proteīns L2) (metodes, 6. attēls). Mūsu homoloģijas meklēšana parādīja, ka msL2 ir saglabājies Encephaliter un Orosporidium ģints Microsporidia kladē, bet nav sastopams citās sugās, tostarp citās Microsporidia. Ribosomu struktūrā msL2 aizpilda spraugu, kas izveidojusies, zaudējot pagarināto ES31L rRNS. Šajā tukšumā msL2 palīdz stabilizēt rRNS locīšanos un var kompensēt ES31L zudumu (6. attēls).
a Microsporidia specifiskā ribosomālā proteīna msL2 elektronu blīvums un modelis, kas atrodams E. cuniculi ribosomās. b Vairumam eikariotu ribosomu, tostarp Saccharomyces cerevisiae 80S ribosomā, ES19L rRNS amplifikācija ir zudusi vairumā Microsporidian sugu. Iepriekš noteiktā V. necatrix microsporidia ribosomas struktūra liecina, ka ES19L zudumu šajos parazītos kompensē jaunā msL1 ribosomālā proteīna evolūcija. Šajā pētījumā mēs atklājām, ka E. cuniculi ribosoma attīstīja arī papildu ribosomālu RNS imitējošu proteīnu kā acīmredzamu kompensāciju par ES19L zudumu. Tomēr msL2 (pašlaik anotēts kā hipotētiskais ECU06_1135 proteīns) un msL1 ir atšķirīga strukturālā un evolūcijas izcelsme. c Šis atklājums par evolucionāri nesaistītu msL1 un msL2 ribosomālo proteīnu ģenerēšanu liecina, ka, ja ribosomas uzkrāj kaitīgas mutācijas savā rRNS, tās var sasniegt vēl nebijušu kompozicionālās daudzveidības līmeni pat nelielā cieši saistītu sugu apakškopā. Šis atklājums varētu palīdzēt noskaidrot mitohondriju ribosomas izcelsmi un evolūciju, kas ir pazīstama ar ļoti samazinātu rRNS un patoloģisku olbaltumvielu sastāva mainīgumu dažādās sugās.
Pēc tam mēs salīdzinājām msL2 proteīnu ar iepriekš aprakstīto msL1 proteīnu, vienīgo zināmo mikrosporīdijām specifisko ribosomu proteīnu, kas atrodams V. necatrix ribosomā. Mēs vēlējāmies pārbaudīt, vai msL1 un msL2 ir evolucionāri saistīti. Mūsu analīze parādīja, ka msL1 un msL2 ribosomu struktūrā aizņem vienu un to pašu dobumu, bet tiem ir atšķirīgas primārās un terciārās struktūras, kas norāda uz to neatkarīgo evolucionāro izcelsmi (6. att.). Tādējādi mūsu msL2 atklājums sniedz pierādījumus tam, ka kompaktu eikariotu sugu grupas var neatkarīgi attīstīt strukturāli atšķirīgus ribosomu proteīnus, lai kompensētu rRNS fragmentu zudumu. Šis atklājums ir ievērojams ar to, ka lielākā daļa citoplazmatisko eikariotu ribosomu satur invariantu proteīnu, tostarp to pašu 81 ribosomu proteīna saimi. msL1 un msL2 parādīšanās dažādās mikrosporīdiju kladēs, reaģējot uz pagarinātu rRNS segmentu zudumu, liecina, ka parazīta molekulārās arhitektūras degradācija liek parazītiem meklēt kompensējošas mutācijas, kas galu galā var novest pie to iegūšanas dažādās parazītu populācijās.
Visbeidzot, kad mūsu modelis bija pabeigts, mēs salīdzinājām E. cuniculi ribosomas sastāvu ar to, kas tika prognozēts no genoma secības. Iepriekš tika uzskatīts, ka vairāki ribosomu proteīni, tostarp eL14, eL38, eL41 un eS30, trūkst E. cuniculi genomā, jo acīmredzami nav to homologu E. cuniculi genomā. Daudzu ribosomu proteīnu zudums tiek prognozēts arī lielākajā daļā citu ļoti reducētu intracelulāro parazītu un endosimbiontu. Piemēram, lai gan lielākā daļa brīvi dzīvojošu baktēriju satur vienu un to pašu 54 ribosomu proteīnu saimi, tikai 11 no šīm proteīnu saimēm ir nosakāmi homologi katrā analizētajā saimniekorganisma ierobežotu baktēriju genomā. Lai apstiprinātu šo priekšstatu, ribosomu proteīnu zudums ir eksperimentāli novērots V. necatrix un P. locustae mikrosporīdijās, kurām trūkst eL38 un eL4131,32 proteīnu.
Tomēr mūsu struktūras rāda, ka E. cuniculi ribosomā faktiski ir zuduši tikai eL38, eL41 un eS30. eL14 proteīns bija saglabājies, un mūsu struktūra parādīja, kāpēc šo proteīnu nevarēja atrast homoloģijas meklējumos (7. att.). E. cuniculi ribosomās lielākā daļa eL14 saistīšanās vietas ir zudusi rRNS amplificētā ES39L degradācijas dēļ. Bez ES39L eL14 zaudēja lielāko daļu savas sekundārās struktūras, un tikai 18% no eL14 secības bija identiska E. cuniculi un S. cerevisiae. Šī sliktā secības saglabāšanās ir ievērojama, jo pat Saccharomyces cerevisiae un Homo sapiens — organismiem, kas attīstījās 1,5 miljardu gadu laikā, — ir vairāk nekā 51% no vienādiem atlikumiem eL14. Šis anomālais saglabāšanās zudums izskaidro, kāpēc E. cuniculi eL14 pašlaik ir anotēts kā iespējamais M970_061160 proteīns, nevis kā eL1427 ribosomu proteīns.
un Microsporidia ribosoma zaudēja ES39L rRNS pagarinājumu, kas daļēji likvidēja eL14 ribosomu olbaltumvielu saistīšanās vietu. ES39L neesamības gadījumā eL14 mikrosporu proteīns piedzīvo sekundārās struktūras zudumu, kurā bijusī rRNS saistošā α-spirāle deģenerējas minimāla garuma cilpā. b Vairāku secību izlīdzināšana parāda, ka eL14 proteīns ir ļoti konservēts eikariotu sugās (57% secības identitāte starp rauga un cilvēka homologiem), bet vāji konservēts un atšķirīgs mikrosporīdijās (kurās ne vairāk kā 24% atlikumu ir identiski eL14 homologam). no S. cerevisiae vai H. sapiens). Šī sliktā secības saglabāšanās un sekundārās struktūras mainība izskaidro, kāpēc eL14 homologs nekad nav atrasts E. cuniculi un kāpēc tiek uzskatīts, ka šis proteīns ir zudis E. cuniculi. Turpretī E. cuniculi eL14 iepriekš tika anotēts kā iespējamais M970_061160 proteīns. Šis novērojums liek domāt, ka mikrosporīdiju genoma daudzveidība pašlaik ir pārvērtēta: daži gēni, kas pašlaik tiek uzskatīti par mikrosporīdijās zudušiem, patiesībā ir saglabājušies, lai gan ļoti diferencētās formās; tā vietā tiek uzskatīts, ka daži kodē mikrosporīdiju gēnus tārpiem raksturīgajiem proteīniem (piemēram, hipotētiskais proteīns M970_061160 faktiski kodē ļoti daudzveidīgos proteīnus, kas atrodami citos eikariotos.
Šis atklājums liek domāt, ka rRNS denaturācija var izraisīt ievērojamu secības saglabāšanās zudumu blakus esošajos ribosomu proteīnos, padarot šos proteīnus neatklājamus homoloģijas meklējumiem. Tādējādi mēs varam pārvērtēt faktisko molekulārās degradācijas pakāpi mazos genoma organismos, jo daži proteīni, kas tiek uzskatīti par zaudētiem, patiesībā saglabājas, lai gan ļoti izmainītās formās.
Kā parazīti var saglabāt savu molekulāro mašīnu funkcijas ekstremālas genoma redukcijas apstākļos? Mūsu pētījums atbild uz šo jautājumu, aprakstot E. cuniculi, organisma ar vienu no mazākajiem eikariotu genomiem, sarežģīto molekulāro struktūru (ribosomu).
Gandrīz divas desmitgades ir zināms, ka mikrobiālo parazītu olbaltumvielu un RNS molekulas bieži atšķiras no to homologajām molekulām brīvi dzīvojošās sugās, jo tām trūkst kvalitātes kontroles centru, brīvi dzīvojošos mikrobos to izmērs ir samazināts līdz 50% no to lieluma utt., ir daudz novājinošu mutāciju, kas pasliktina locīšanos un funkciju. Piemēram, mazu genoma organismu, tostarp daudzu intracelulāru parazītu un endosimbiontu, ribosomām, domājams, trūks vairāku ribosomu olbaltumvielu un līdz pat vienai trešdaļai rRNS nukleotīdu, salīdzinot ar brīvi dzīvojošām sugām [27, 29, 30, 49]. Tomēr tas, kā šīs molekulas darbojas parazītos, joprojām lielā mērā ir noslēpums, kas galvenokārt tiek pētīts, izmantojot salīdzinošo genomiku.
Mūsu pētījums rāda, ka makromolekulu struktūra var atklāt daudzus evolūcijas aspektus, kurus ir grūti iegūt no tradicionālajiem salīdzinošajiem genomikas pētījumiem par intracelulāriem parazītiem un citiem saimniekorganismiem ierobežotiem organismiem (7. papildattēls). Piemēram, eL14 proteīna piemērs parāda, ka mēs varam pārvērtēt faktisko molekulārā aparāta degradācijas pakāpi parazītisko sugu organismā. Tagad tiek uzskatīts, ka encefalītiskajiem parazītiem ir simtiem mikrosporīdijām specifisku gēnu. Tomēr mūsu rezultāti liecina, ka daži no šiem šķietami specifiskajiem gēniem patiesībā ir tikai ļoti atšķirīgi gēnu varianti, kas ir izplatīti citos eikariotos. Turklāt msL2 proteīna piemērs parāda, kā mēs nepamanām jaunus ribosomu proteīnus un nenovērtējam parazītisko molekulāro mašīnu saturu. Mazo molekulu piemērs parāda, kā mēs varam nepamanīt visģeniālākos parazītisko molekulāro struktūru jauninājumus, kas var tām piešķirt jaunu bioloģisko aktivitāti.
Kopumā šie rezultāti uzlabo mūsu izpratni par atšķirībām starp saimniekorganismu ierobežotu organismu un to ekvivalentu brīvi dzīvojošo organismu molekulārajām struktūrām. Mēs parādām, ka molekulārajām mašīnām, kuras ilgi tika uzskatītas par reducētām, deģenerētām un pakļautām dažādām novājinošām mutācijām, tā vietā ir sistemātiski ignorētu neparastu strukturālu iezīmju kopums.
No otras puses, nelielie rRNS fragmenti un sapludinātie fragmenti, ko atradām E. cuniculi ribosomās, liecina, ka genoma reducēšana var mainīt pat tās pamata molekulārā mehānisma daļas, kas ir saglabājušās trijās dzīvības jomās – pēc gandrīz 3,5 miljardiem gadu ilgas neatkarīgas sugu evolūcijas.
Ņemot vērā iepriekšējos pētījumus par RNS molekulām endosimbiotiskās baktērijās, īpaši interesanti ir E. cuniculi ribosomu rRNS fragmenti bez izspiedumiem un sapludinātie. Piemēram, laputu endosimbiontā Buchnera aphidicola ir pierādīts, ka rRNS un tRNS molekulām ir temperatūras jutīgas struktūras A+T sastāva novirzes un lielas nekanonisko bāzes pāru proporcijas dēļ20,50. Tagad tiek uzskatīts, ka šīs RNS izmaiņas, kā arī izmaiņas olbaltumvielu molekulās ir atbildīgas par endosimbiontu pārmērīgo atkarību no partneriem un endosimbiontu nespēju pārnest siltumu21, 23. Lai gan parazītiskajai mikrosporīdiju rRNS ir strukturāli atšķirīgas izmaiņas, šo izmaiņu raksturs liecina, ka samazināta termiskā stabilitāte un lielāka atkarība no šaperona proteīniem var būt RNS molekulu kopīgas iezīmes organismos ar reducētiem genomiem.
No otras puses, mūsu struktūras liecina, ka parazītu mikrosporīdijas ir attīstījušas unikālu spēju pretoties plaši konservētiem rRNS un olbaltumvielu fragmentiem, attīstot spēju izmantot bagātīgus un viegli pieejamus mazos metabolītus kā deģenerētu rRNS un olbaltumvielu fragmentu strukturālus imitatorus. Molekulārās struktūras degradācija. Šo viedokli apstiprina fakts, ka mazās molekulas, kas kompensē olbaltumvielu fragmentu zudumu E. cuniculi rRNS un ribosomās, saistās ar mikrosporīdijām specifiskiem atlikumiem uL15 un eL30 proteīnos. Tas liecina, ka mazo molekulu saistīšanās ar ribosomām var būt pozitīvas selekcijas produkts, kurā mikrosporīdijām specifiskas mutācijas ribosomu proteīnos ir atlasītas to spējas dēļ palielināt ribosomu afinitāti pret mazām molekulām, kas var novest pie efektīvākiem ribosomāliem organismiem. Atklājums atklāj viedu inovāciju mikrobu parazītu molekulārajā struktūrā un sniedz mums labāku izpratni par to, kā parazītu molekulārās struktūras saglabā savu funkciju, neskatoties uz reduktīvo evolūciju.
Pašlaik šo mazo molekulu identifikācija joprojām nav skaidra. Nav skaidrs, kāpēc šo mazo molekulu izskats ribosomu struktūrā atšķiras starp mikrosporīdiju sugām. Jo īpaši nav skaidrs, kāpēc nukleotīdu saistīšanās ir novērota E. cuniculi un P. locustae ribosomās, bet ne V. necatrix ribosomās, neskatoties uz F170 atlikuma klātbūtni V. necatrix eL20 un K172 proteīnos. Šo delēciju var izraisīt 43. atlikums uL6 (kas atrodas blakus nukleotīdu saistīšanās kabatai), kas V. necatrix ir tirozīns, nevis E. cuniculi un P. locustae treonīns. Tyr43 apjomīgā aromātiskā sānu ķēde var traucēt nukleotīdu saistīšanos steriskās pārklāšanās dēļ. Alternatīvi, šķietamā nukleotīdu delēcija var būt saistīta ar krio-EM attēlveidošanas zemo izšķirtspēju, kas kavē V. necatrix ribosomu fragmentu modelēšanu.
No otras puses, mūsu darbs liecina, ka genoma sabrukšanas process varētu būt izgudrojuma spēks. Jo īpaši E. cuniculi ribosomas struktūra liek domāt, ka rRNS un olbaltumvielu fragmentu zudums mikrosporīdiju ribosomā rada evolūcijas spiedienu, kas veicina izmaiņas ribosomu struktūrā. Šie varianti rodas tālu no ribosomas aktīvās vietas un, šķiet, palīdz uzturēt (vai atjaunot) optimālu ribosomu montāžu, ko citādi traucētu reducētā rRNS. Tas liecina, ka būtiska mikrosporīdiju ribosomas inovācija, šķiet, ir attīstījusies par nepieciešamību buferēt gēnu dreifu.
Iespējams, to vislabāk ilustrē nukleotīdu saistīšanās, kas līdz šim nekad nav novērota citos organismos. Fakts, ka nukleotīdus saistošie atlikumi ir sastopami tipiskās mikrosporīdijās, bet ne citos eikariotos, liecina, ka nukleotīdu saistīšanās vietas nav tikai relikti, kas gaida izzušanu, vai galīgā vieta, kur rRNS tiek atjaunota atsevišķu nukleotīdu formā. Tā vietā šī vieta šķiet noderīga funkcija, kas varētu būt attīstījusies vairāku pozitīvas atlases raundu laikā. Nukleotīdu saistīšanās vietas varētu būt dabiskās atlases blakusprodukts: kad ES39L ir noārdīts, mikrosporīdijas ir spiestas meklēt kompensāciju, lai atjaunotu optimālu ribosomu bioģenēzi bez ES39L. Tā kā šis nukleotīds var atdarināt A3186 nukleotīda molekulāros kontaktus ES39L, nukleotīdu molekula kļūst par ribosomas celtniecības bloku, kura saistīšanos vēl vairāk uzlabo eL30 secības mutācija.
Attiecībā uz intracelulāro parazītu molekulāro evolūciju mūsu pētījums parāda, ka Darvina dabiskās atlases spēki un genoma sabrukšanas ģenētiskā novirze nedarbojas paralēli, bet gan svārstās. Pirmkārt, ģenētiskā novirze iznīcina svarīgas biomolekulu iezīmes, padarot kompensāciju ļoti nepieciešamu. Tikai tad, kad parazīti apmierinās šo vajadzību, izmantojot Darvina dabisko atlasi, to makromolekulām būs iespēja attīstīt savas iespaidīgākās un novatoriskākās iezīmes. Svarīgi ir tas, ka nukleotīdu saistīšanās vietu evolūcija E. cuniculi ribosomā liecina, ka šis molekulārās evolūcijas modelis no zaudējumiem uz ieguvumiem ne tikai amortizē kaitīgās mutācijas, bet dažreiz piešķir parazītu makromolekulām pilnīgi jaunas funkcijas.
Šī ideja saskan ar Sevela Raita kustīgā līdzsvara teoriju, kas apgalvo, ka stingra dabiskās atlases sistēma ierobežo organismu spēju ieviest jauninājumus51,52,53. Tomēr, ja ģenētiskā novirze izjauc dabisko atlasi, šīs novirzes var radīt izmaiņas, kas pašas par sevi nav adaptīvas (vai pat kaitīgas), bet gan noved pie turpmākām izmaiņām, kas nodrošina augstāku piemērotību vai jaunu bioloģisko aktivitāti. Mūsu ietvars atbalsta šo ideju, ilustrējot, ka tāda paša veida mutācija, kas samazina biomolekulas locījumu un funkciju, šķiet, ir galvenais tās uzlabošanas ierosinātājs. Saskaņā ar abpusēji izdevīgo evolūcijas modeli mūsu pētījums parāda, ka genoma sabrukšana, kas tradicionāli tiek uzskatīta par deģeneratīvu procesu, ir arī galvenais inovāciju virzītājspēks, dažreiz un varbūt pat bieži ļaujot makromolekulām iegūt jaunas parazitāras aktivitātes.