Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). यादरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय प्रस्तुत करू.
सूक्ष्मजंतू परजीवींच्या उत्क्रांतीमध्ये नैसर्गिक निवड, ज्यामुळे परजीवी सुधारतात, आणि जनुकीय अपसरण, ज्यामुळे परजीवी जनुके गमावतात आणि हानिकारक उत्परिवर्तने जमा करतात, यांच्यात एक प्रतिरोधात्मक क्रिया घडते. येथे, एकाच महाअणूच्या (macromolecule) पातळीवर हा प्रतिरोधात्मक क्रिया कशी घडते हे समजून घेण्यासाठी, आम्ही एन्सेफॅलिटोझून क्युनिकुली (Encephalitozoon cuniculi) या सजीवाच्या रायबोसोमच्या क्रायो-ईएम (cryo-EM) संरचनेचे वर्णन करतो. हा एक युकेरियोटिक जीव असून निसर्गातील सर्वात लहान जीनोमपैकी एक असलेला जीव आहे. ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोममधील आरएनएच्या (rRNA) अत्यंत घटीसोबत अभूतपूर्व संरचनात्मक बदल घडतात, जसे की पूर्वी अज्ञात असलेल्या जोडलेल्या आरएनए लिंकर्सची (fused rRNA linkers) आणि फुगवटा नसलेल्या आरएनएची (rRNA without bulges) उत्क्रांती. याव्यतिरिक्त, ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोमने आरएनएचे तुकडे आणि प्रथिने गमावल्यानंतरही, विघटित झालेल्या आरएनएच्या तुकड्यांची आणि प्रथिनांची संरचनात्मक प्रतिकृती म्हणून लहान रेणू वापरण्याची क्षमता विकसित करून आपले अस्तित्व टिकवले. एकंदरीत, आम्ही हे दाखवून देतो की ज्या आण्विक संरचनांना पूर्वी कमी झालेल्या, क्षीण झालेल्या आणि दुर्बळ करणाऱ्या उत्परिवर्तनांच्या अधीन मानले जात होते, त्यांच्यामध्ये अनेक भरपाई करणाऱ्या यंत्रणा असतात, ज्या अत्यंत आण्विक आकुंचनानंतरही त्यांना सक्रिय ठेवतात.
बहुतेक सूक्ष्मजंतू परजीवी गटांकडे त्यांच्या यजमानांचा गैरफायदा घेण्यासाठी अद्वितीय आण्विक साधने असल्यामुळे, आपल्याला अनेकदा परजीवींच्या वेगवेगळ्या गटांसाठी वेगवेगळे उपचार विकसित करावे लागतात¹,². तथापि, नवीन पुरावे असे सूचित करतात की परजीवी उत्क्रांतीचे काही पैलू अभिसारी आणि मोठ्या प्रमाणात अंदाज करण्यायोग्य आहेत, जे सूक्ष्मजंतू परजीवींमध्ये व्यापक उपचारात्मक हस्तक्षेपांसाठी संभाव्य आधार दर्शवतात³,⁴,⁵,⁶,⁷,⁸,⁹.
पूर्वीच्या संशोधनातून सूक्ष्मजैविक परजीवींमध्ये एक सामान्य उत्क्रांतीचा कल आढळून आला आहे, ज्याला जीनोम ऱ्हास किंवा जीनोम क्षय म्हणतात¹⁰,¹¹,¹²,¹³. सध्याचे संशोधन दर्शवते की जेव्हा सूक्ष्मजीव त्यांची मुक्त-जीवनाची जीवनशैली सोडून आंतरपेशीय परजीवी (किंवा एंडोसिम्बायोट्स) बनतात, तेव्हा त्यांच्या जीनोममध्ये लाखो वर्षांमध्ये हळूहळू पण आश्चर्यकारक कायापालट होतो⁹,¹¹. जीनोम क्षय म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या प्रक्रियेत, सूक्ष्मजैविक परजीवी हानिकारक उत्परिवर्तने जमा करतात, ज्यामुळे पूर्वीची अनेक महत्त्वाची जनुके स्यूडोजीन्समध्ये बदलतात, आणि यामुळे हळूहळू जनुकांचा ऱ्हास आणि उत्परिवर्तनात्मक संकुचन होते¹⁴,¹⁵. जवळच्या संबंधित मुक्त-जीवन जगणाऱ्या प्रजातींच्या तुलनेत, हे संकुचन सर्वात जुन्या आंतरपेशीय जीवांमध्ये ९५% पर्यंत जनुके नष्ट करू शकते. अशाप्रकारे, आंतरपेशीय परजीवींची उत्क्रांती ही दोन विरोधी शक्तींमधील रस्सीखेच आहे: डार्विनियन नैसर्गिक निवड, ज्यामुळे परजीवींमध्ये सुधारणा होते, आणि जीनोमचे संकुचन, जे परजीवींना विस्मृतीत ढकलते. या रस्सीखेचीतून परजीवी कसा बाहेर पडला आणि त्याने आपल्या आण्विक संरचनेची क्रियाशीलता कशी टिकवून ठेवली, हे अद्याप अस्पष्ट आहे.
जरी जीनोम ऱ्हासाची यंत्रणा पूर्णपणे समजलेली नसली तरी, ती प्रामुख्याने वारंवार होणाऱ्या जनुकीय अपवहनामुळे (genetic drift) घडते असे दिसते. परजीवी लहान, अलैंगिक आणि जनुकीयदृष्ट्या मर्यादित समूहांमध्ये राहत असल्यामुळे, डीएनए प्रतिकृतीकरणादरम्यान कधीकधी होणारी हानिकारक उत्परिवर्तने ते प्रभावीपणे नाहीशी करू शकत नाहीत. यामुळे हानिकारक उत्परिवर्तनांचा अपरिवर्तनीय संचय होतो आणि परजीवीच्या जीनोममध्ये घट होते. परिणामी, परजीवी केवळ पेशीअंतर्गत वातावरणात जगण्यासाठी अनावश्यक असलेली जनुकेच गमावत नाही. परजीवी समूहांची अधूनमधून होणारी हानिकारक उत्परिवर्तने प्रभावीपणे नाहीशी करण्याची असमर्थताच, त्यांच्या सर्वात महत्त्वाच्या जनुकांसहित संपूर्ण जीनोममध्ये या उत्परिवर्तनांचा संचय होण्यास कारणीभूत ठरते.
जीनोम ऱ्हासाबद्दलची आपली सध्याची बरीचशी समज केवळ जीनोम अनुक्रमांच्या तुलनेवर आधारित आहे, आणि घरातील मूलभूत कार्ये करणाऱ्या व संभाव्य औषध लक्ष्य म्हणून काम करणाऱ्या प्रत्यक्ष रेणूंमधील बदलांकडे कमी लक्ष दिले जाते. तुलनात्मक अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की, हानिकारक आंतरपेशीय सूक्ष्मजैविक उत्परिवर्तनांचा भार प्रथिने आणि न्यूक्लिक आम्लांना चुकीच्या पद्धतीने वळण्यास (misfold) आणि एकत्र येण्यास (aggregate) प्रवृत्त करतो, ज्यामुळे ते अधिक चॅपेरॉन-अवलंबित (chaperone dependent) आणि उष्णतेसाठी अतिसंवेदनशील बनतात¹⁹,²⁰,²¹,²²,²³. याव्यतिरिक्त, विविध परजीवींनी—ज्यांची स्वतंत्र उत्क्रांती कधीकधी २.५ अब्ज वर्षांपर्यंतच्या अंतराने झाली आहे—त्यांच्या प्रथिने संश्लेषण⁵,⁶ आणि डीएनए दुरुस्ती यंत्रणांमध्ये²⁴ गुणवत्ता नियंत्रण केंद्रांचे असेच नुकसान अनुभवले आहे. तथापि, हानिकारक उत्परिवर्तनांच्या वाढत्या भाराशी जुळवून घेण्याच्या आण्विक अनुकूलनासह, पेशीय बृहदरेणूंच्या (cellular macromolecules) इतर सर्व गुणधर्मांवर आंतरपेशीय जीवनशैलीचा काय परिणाम होतो, याबद्दल फार कमी माहिती आहे.
या अभ्यासात, आंतरपेशीय सूक्ष्मजीवांच्या प्रथिने आणि न्यूक्लिक आम्लांच्या उत्क्रांतीला अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, आम्ही आंतरपेशीय परजीवी एन्सेफॅलिटोझून क्युनिकुलीच्या रायबोसोमची रचना निश्चित केली. ई. क्युनिकुली हा एक बुरशीसारखा जीव आहे जो परजीवी मायक्रोस्पोरिडियाच्या गटाशी संबंधित आहे, ज्यांचे युकेरियोटिक जीनोम असामान्यपणे लहान असतात आणि म्हणूनच जीनोम ऱ्हासाचा अभ्यास करण्यासाठी मॉडेल जीव म्हणून त्यांचा वापर केला जातो25,26,27,28,29,30. अलीकडेच, मायक्रोस्पोरिडिया, पॅरानोसेमा लोकुस्टी आणि वैरिमॉर्फा नेकाट्रिक्स31,32 (~3.2 Mb जीनोम) यांच्या मध्यम प्रमाणात कमी झालेल्या जीनोमसाठी क्रायो-ईएम रायबोसोम रचना निश्चित करण्यात आली. या रचना सूचित करतात की आरएनए प्रवर्धनातील काही घट शेजारील रायबोसोमल प्रथिनांमध्ये नवीन संपर्क विकसित करून किंवा नवीन msL131,32 रायबोसोमल प्रथिने मिळवून भरून काढली जाते. एन्सेफॅलिटोझून प्रजाती (जीनोम ~२.५ दशलक्ष bp), त्यांच्या सर्वात जवळच्या नातेवाईक ऑर्डोस्पोरासह, युकेरियोट्समधील जीनोम ऱ्हासाची अंतिम पातळी दर्शवतात – त्यांच्यामध्ये २००० पेक्षा कमी प्रथिने-संकेत देणारे जनुके आहेत, आणि अशी अपेक्षा आहे की त्यांचे रायबोसोम्स केवळ rRNA विस्तार खंडांपासून (rRNA खंड जे युकेरियोटिक रायबोसोम्सना बॅक्टेरियल रायबोसोम्सपासून वेगळे करतात) विरहित नाहीत, तर E. cuniculi जीनोममध्ये त्यांच्या समजातांच्या अभावामुळे त्यांच्यामध्ये चार रायबोसोमल प्रथिने देखील आहेत२६,२७,२८. म्हणून, आम्ही असा निष्कर्ष काढला की E. cuniculi रायबोसोम जीनोम ऱ्हासाशी जुळवून घेण्यासाठी आण्विक अनुकूलनाच्या पूर्वी अज्ञात असलेल्या धोरणांना उघड करू शकतो.
आमची क्रायो-ईएम रचना ही आतापर्यंत अभ्यासलेल्या सर्वात लहान युकेरियोटिक सायटोप्लाज्मिक रायबोसोमचे प्रतिनिधित्व करते आणि जीनोमच्या अंतिम संक्षेपाचा पेशीसाठी अविभाज्य असलेल्या आण्विक यंत्रणेच्या रचना, जुळणी आणि उत्क्रांतीवर कसा परिणाम होतो, यावर प्रकाश टाकते. आम्हाला आढळले की ई. क्युनिकुली रायबोसोम आरएनए फोल्डिंग आणि रायबोसोम जुळणीच्या अनेक व्यापकपणे संरक्षित तत्त्वांचे उल्लंघन करतो, आणि आम्ही एका नवीन, पूर्वी अज्ञात असलेल्या रायबोसोमल प्रथिनाचा शोध लावला. अगदी अनपेक्षितपणे, आम्ही दाखवून देतो की मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोम्सनी लहान रेणूंना बांधण्याची क्षमता विकसित केली आहे, आणि असा सिद्धांत मांडतो की आरएनए आणि प्रथिनांमधील खंडन उत्क्रांतीमधील नवनवीन शोधांना चालना देते, जे अखेरीस रायबोसोमला उपयुक्त गुणधर्म प्रदान करू शकतात.
पेशीअंतर्गत जीवांमध्ये प्रथिने आणि न्यूक्लिक आम्लांच्या उत्क्रांतीबद्दलची आमची समज सुधारण्यासाठी, आम्ही संक्रमित सस्तन प्राण्यांच्या पेशींच्या कल्चरमधून ई. क्युनिकुलीचे बीजाणू वेगळे करण्याचे ठरवले, जेणेकरून त्यांचे रायबोसोम्स शुद्ध करता येतील आणि या रायबोसोम्सची रचना निश्चित करता येईल. मोठ्या संख्येने परजीवी मायक्रोस्पोरिडिया मिळवणे कठीण आहे, कारण मायक्रोस्पोरिडिया पोषक माध्यमात वाढवता येत नाहीत. त्याऐवजी, ते फक्त यजमान पेशीच्या आतच वाढतात आणि पुनरुत्पादन करतात. म्हणून, रायबोसोम शुद्धीकरणासाठी ई. क्युनिकुलीचा बायोमास मिळवण्यासाठी, आम्ही सस्तन प्राण्यांच्या मूत्रपिंडाच्या RK13 पेशीसमूहाला ई. क्युनिकुलीच्या बीजाणूंनी संक्रमित केले आणि ई. क्युनिकुलीला वाढू व गुणाकार करू देण्यासाठी या संक्रमित पेशींना अनेक आठवडे कल्चर केले. सुमारे अर्धा चौरस मीटरच्या संक्रमित पेशींच्या मोनोलेयरचा वापर करून, आम्ही सुमारे ३०० मिग्रॅ मायक्रोस्पोरिडिया बीजाणू शुद्ध करू शकलो आणि त्यांचा उपयोग रायबोसोम्स वेगळे करण्यासाठी केला. त्यानंतर आम्ही काचेच्या मण्यांच्या साहाय्याने शुद्ध केलेल्या बीजाणूंचे विघटन केले आणि लायसेटचे टप्प्याटप्प्याने पॉलीएथिलीन ग्लायकॉल फ्रॅक्शनेशन वापरून अशुद्ध रायबोझोम्स वेगळे केले. यामुळे आम्हाला संरचनात्मक विश्लेषणासाठी अंदाजे ३०० µg कच्चे ई. क्युनिकुली रायबोझोम्स मिळवता आले.
त्यानंतर आम्ही परिणामी रायबोसोम नमुन्यांचा वापर करून क्रायो-ईएम प्रतिमा गोळा केल्या आणि मोठ्या रायबोसोमल सबयुनिट, लहान सबयुनिट हेड आणि लहान सबयुनिटशी संबंधित मास्क वापरून या प्रतिमांवर प्रक्रिया केली. या प्रक्रियेदरम्यान, आम्ही सुमारे १०८,००० रायबोसोमल कणांच्या प्रतिमा गोळा केल्या आणि २.७ Å रिझोल्यूशनसह क्रायो-ईएम प्रतिमांची गणना केली (पूरक आकृत्या १-३). त्यानंतर आम्ही ई. क्युनिकुली रायबोसोमशी संबंधित आरएनए, रायबोसोमल प्रथिने आणि हायबरनेशन फॅक्टर एमडीएफ१ यांचे मॉडेल तयार करण्यासाठी क्रायो-ईएम प्रतिमा वापरल्या (आकृती १अ, ब).
a हायबरनेशन फॅक्टर Mdf1 (pdb id 7QEP) सह कॉम्प्लेक्समधील E. cuniculi रायबोसोमची रचना. b E. cuniculi रायबोसोमशी संबंधित हायबरनेशन फॅक्टर Mdf1 चा नकाशा. c मायक्रोस्पोरिडियन प्रजातींमध्ये प्राप्त झालेल्या rRNA ची ज्ञात रायबोसोमल रचनांशी तुलना करणारा दुय्यम रचना नकाशा. हे पॅनेल वर्धित rRNA तुकड्यांचे (ES) आणि रायबोसोम सक्रिय स्थळांचे स्थान दर्शवतात, ज्यात डीकोडिंग साइट (DC), सार्सिनिसिन लूप (SRL), आणि पेप्टिडिल ट्रान्सफरेज सेंटर (PTC) यांचा समावेश आहे. d E. cuniculi रायबोसोमच्या पेप्टिडिल ट्रान्सफरेज सेंटरशी संबंधित इलेक्ट्रॉन घनता सूचित करते की या उत्प्रेरक स्थळाची रचना E. cuniculi परजीवी आणि H. sapiens सह त्याच्या यजमानांमध्ये सारखीच आहे. e, f डीकोडिंग केंद्राची संबंधित इलेक्ट्रॉन घनता (e) आणि डीकोडिंग केंद्राची योजनाबद्ध रचना (f) हे दर्शवतात की, इतर अनेक युकेरियोट्समध्ये असलेल्या A1491 (ई. कोलायच्या क्रमांकानुसार) ऐवजी ई. क्युनिकुलीमध्ये U1491 हे अवशेष आहेत. या बदलावरून असे सूचित होते की, ई. क्युनिकुली या सक्रिय स्थळाला लक्ष्य करणाऱ्या प्रतिजैविकांप्रति संवेदनशील असू शकते.
V. necatrix आणि P. locustae रायबोजोम्सच्या पूर्वी स्थापित केलेल्या संरचनांच्या विपरीत (दोन्ही संरचना नोसेमॅटिडी (Nosematidae) या एकाच मायक्रोस्पोरिडिया कुटुंबाचे प्रतिनिधित्व करतात आणि एकमेकांशी खूप साम्य साधतात), 31,32 E. cuniculi रायबोजोम्समध्ये rRNA आणि प्रथिनांच्या विखंडनाच्या असंख्य प्रक्रिया होतात. पुढे विकृतीकरण (पूरक आकृत्या 4-6). rRNA मध्ये, सर्वात लक्षणीय बदलांमध्ये वर्धित 25S rRNA खंड ES12L चा संपूर्ण लोप आणि h39, h41, आणि H18 हेलिक्सचा आंशिक ऱ्हास यांचा समावेश होता (आकृती 1c, पूरक आकृती 4). रायबोजोमल प्रथिनांमध्ये, सर्वात लक्षणीय बदलांमध्ये eS30 प्रथिनाचा संपूर्ण लोप आणि eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, आणि eS7 प्रथिनांचे लहान होणे यांचा समावेश होता (पूरक आकृत्या 4, 5).
अशाप्रकारे, एन्सेफॅलोटोझून/ऑर्डोस्पोरा प्रजातींच्या जीनोममधील अत्यंत घट त्यांच्या रायबोसोमच्या संरचनेत दिसून येते: संरचनात्मक वैशिष्ट्यीकरण केलेल्या युकेरियोटिक सायटोप्लाज्मिक रायबोसोममध्ये, ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोममध्ये प्रथिनांच्या प्रमाणात सर्वात लक्षणीय घट होते, आणि त्यांच्यामध्ये ते आरएनए (rRNA) आणि प्रथिनांचे तुकडे देखील नसतात जे केवळ युकेरियोट्समध्येच नव्हे, तर जीवनाच्या तिन्ही डोमेनमध्ये मोठ्या प्रमाणावर संरक्षित आहेत. ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोमची संरचना या बदलांसाठी पहिले आण्विक मॉडेल प्रदान करते आणि अशा उत्क्रांतीच्या घटना उघड करते ज्या तुलनात्मक जीनोमिक्स आणि आंतरपेशीय जैवआण्विक संरचनेच्या अभ्यासाद्वारे दुर्लक्षित केल्या गेल्या होत्या (पूरक आकृती ७). खाली, आम्ही या प्रत्येक घटनेचे, त्यांच्या संभाव्य उत्क्रांतीच्या उगमासह आणि रायबोसोमच्या कार्यावरील त्यांच्या संभाव्य परिणामासह वर्णन केले आहे.
नंतर आम्हाला असे आढळले की, मोठ्या rRNA ट्रंकेशन व्यतिरिक्त, ई. क्युनिकुली रायबोसोम्समध्ये त्यांच्या एका सक्रिय साइटवर rRNA भिन्नता असते. जरी ई. क्युनिकुली रायबोसोमच्या पेप्टिडिल ट्रान्सफरेज केंद्राची रचना इतर युकेरियोटिक रायबोसोम्ससारखीच असली तरी (आकृती 1d), न्यूक्लिओटाइड 1491 वरील अनुक्रम भिन्नतेमुळे डीकोडिंग केंद्र वेगळे असते (ई. कोलायचे क्रमांक, आकृती 1e, f). हे निरीक्षण महत्त्वाचे आहे कारण जिवाणू-प्रकारच्या अवशेषांच्या तुलनेत युकेरियोटिक रायबोसोम्सच्या डीकोडिंग साइटमध्ये सामान्यतः G1408 आणि A1491 हे अवशेष असतात. ही भिन्नता जिवाणू आणि युकेरियोटिक रायबोसोम्सच्या अमिनोग्लायकोसाइड कुटुंबातील रायबोसोमल प्रतिजैविके आणि डीकोडिंग साइटला लक्ष्य करणाऱ्या इतर लहान रेणूंप्रति असलेल्या भिन्न संवेदनशीलतेमागे आहे. ई. क्युनिकुली रायबोसोमच्या डीकोडिंग साइटवर, A1491 या अवशेषाची जागा U1491 ने घेतली, ज्यामुळे या सक्रिय साइटला लक्ष्य करणाऱ्या लहान रेणूंसाठी एक अद्वितीय बंधन इंटरफेस तयार होण्याची शक्यता आहे. हाच A14901 प्रकार पी. लोकुस्टी आणि व्ही. नेकाट्रिक्स सारख्या इतर मायक्रोस्पोरिडियामध्ये देखील आढळतो, जे सूचित करते की तो मायक्रोस्पोरिडिया प्रजातींमध्ये व्यापक आहे (आकृती 1f).
आमचे ई. क्युनिकुली रायबोसोमचे नमुने चयापचयदृष्ट्या निष्क्रिय बीजाणूंमधून वेगळे केले असल्यामुळे, आम्ही तणाव किंवा उपासमारीच्या परिस्थितीत पूर्वी वर्णन केलेल्या रायबोसोम बंधनासाठी ई. क्युनिकुलीच्या क्रायो-ईएम नकाशाची चाचणी केली. शीतनिद्रा घटक ३१, ३२, ३६, ३७, ३८. आम्ही शीतनिद्रा घेणाऱ्या रायबोसोमची पूर्वी स्थापित केलेली रचना ई. क्युनिकुली रायबोसोमच्या क्रायो-ईएम नकाशाशी जुळवली. डॉकिंगसाठी, एस. सेरेविसियाचे रायबोसोम शीतनिद्रा घटक Stm138 सह कॉम्प्लेक्समध्ये, टोळ रायबोसोम Lso232 घटकासह कॉम्प्लेक्समध्ये आणि व्ही. नेकाट्रिक्सचे रायबोसोम Mdf1 आणि Mdf231 घटकांसह कॉम्प्लेक्समध्ये वापरले गेले. त्याच वेळी, आम्ही विश्रांती घटक Mdf1 शी संबंधित क्रायो-ईएम घनता शोधली. ज्याप्रमाणे Mdf1 हे V. necatrix रायबोसोमला बांधले जाते, त्याचप्रमाणे ते E. cuniculi रायबोसोमला देखील बांधले जाते, जिथे ते रायबोसोमची E साईट अवरोधित करते, ज्यामुळे शरीराच्या निष्क्रियीकरणानंतर परजीवी बीजाणू चयापचयदृष्ट्या निष्क्रिय झाल्यावर रायबोसोम उपलब्ध होण्यास मदत होऊ शकते (आकृती २).
Mdf1 रायबोसोमच्या E साइटला अवरोधित करते, ज्यामुळे परजीवी बीजाणू चयापचयदृष्ट्या निष्क्रिय झाल्यावर रायबोसोमला निष्क्रिय करण्यास मदत होते असे दिसते. E. cuniculi रायबोसोमच्या संरचनेत, आम्हाला आढळले की Mdf1 हा L1 रायबोसोम स्टेमशी एक पूर्वी अज्ञात संपर्क साधतो; हा रायबोसोमचा तो भाग आहे जो प्रथिन संश्लेषणादरम्यान डीअ‍ॅसिटिलेटेड tRNA ला रायबोसोममधून बाहेर सोडण्यास मदत करतो. हे संपर्क सूचित करतात की Mdf1 हा डीअ‍ॅसिटिलेटेड tRNA प्रमाणेच त्याच यंत्रणेचा वापर करून रायबोसोमपासून वेगळा होतो, ज्यामुळे प्रथिन संश्लेषण पुन्हा सक्रिय करण्यासाठी रायबोसोम Mdf1 ला कसे काढून टाकतो याचे एक संभाव्य स्पष्टीकरण मिळते.
तथापि, आमच्या रचनेमुळे Mdf1 आणि L1 रायबोसोम लेग (रायबोसोमचा तो भाग जो प्रथिने संश्लेषणादरम्यान डीअ‍ॅसिलेटेड tRNA ला रायबोसोमपासून वेगळे करण्यास मदत करतो) यांच्यातील एक अज्ञात संपर्क उघड झाला. विशेषतः, Mdf1 डीअ‍ॅसिलेटेड tRNA रेणूच्या एल्बो सेगमेंटप्रमाणेच त्याच संपर्कांचा वापर करतो (आकृती २). या पूर्वी अज्ञात असलेल्या आण्विक मॉडेलिंगने दाखवून दिले की Mdf1 डीअ‍ॅसिटिलेटेड tRNA प्रमाणेच त्याच यंत्रणेचा वापर करून रायबोसोमपासून वेगळा होतो, ज्यामुळे प्रथिने संश्लेषण पुन्हा सक्रिय करण्यासाठी रायबोसोम हा हायबरनेशन फॅक्टर कसा काढून टाकतो हे स्पष्ट होते.
आरआरएनए मॉडेल तयार करताना, आम्हाला आढळले की ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये असामान्यपणे वळलेले आरआरएनएचे तुकडे आहेत, ज्यांना आम्ही फ्यूज्ड आरआरएनए (आकृती ३) म्हटले. जीवनाच्या तीनही डोमेनमध्ये आढळणाऱ्या रायबोसोममध्ये, आरआरएनए अशा संरचनांमध्ये वळते ज्यात बहुतेक आरआरएनए बेस एकतर एकमेकांशी बेस पेअर करून वळतात किंवा रायबोसोमल प्रथिनांशी संवाद साधतात38,39,40. तथापि, ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोममध्ये, आरआरएनए त्यांच्या काही हेलिक्सचे न वळलेल्या आरआरएनए भागांमध्ये रूपांतर करून या वळण्याच्या तत्त्वाचे उल्लंघन करत असल्याचे दिसते.
एस. सेरेव्हिसिया, व्ही. नेकाट्रिक्स आणि ई. क्युनिकुली मधील H18 25S rRNA हेलिक्सची रचना. सामान्यतः, जीवनाच्या तीनही डोमेनमध्ये पसरलेल्या रायबोसोम्समध्ये, हा लिंकर गुंडाळून एक RNA हेलिक्स तयार होतो, ज्यामध्ये २४ ते ३४ अवशेष असतात. याउलट, मायक्रोस्पोरिडियामध्ये, हा rRNA लिंकर हळूहळू कमी होऊन केवळ १२ अवशेष असलेल्या दोन एकेरी-धाग्याच्या युरिडिन-समृद्ध लिंकर्समध्ये रूपांतरित होतो. यापैकी बहुतेक अवशेष द्रावकांच्या संपर्कात असतात. आकृती दर्शवते की परजीवी मायक्रोस्पोरिडिया rRNA फोल्डिंगच्या सामान्य तत्त्वांचे उल्लंघन करताना दिसतात, जिथे rRNA बेस सामान्यतः इतर बेसशी जोडलेले असतात किंवा rRNA-प्रथिन आंतरक्रियांमध्ये सामील असतात. मायक्रोस्पोरिडियामध्ये, काही rRNA तुकडे एक प्रतिकूल फोल्ड धारण करतात, ज्यामध्ये पूर्वीचा rRNA हेलिक्स जवळजवळ सरळ रेषेत लांबलेला एकेरी-धाग्याचा तुकडा बनतो. या असामान्य भागांच्या उपस्थितीमुळे मायक्रोस्पोरिडिया rRNA ला कमीतकमी RNA बेस वापरून दूरच्या rRNA तुकड्यांशी जोडले जाणे शक्य होते.
या उत्क्रांती संक्रमणाचे सर्वात लक्षणीय उदाहरण H18 25S rRNA हेलिक्समध्ये (आकृती ३) पाहता येते. ई. कोलायपासून मानवापर्यंतच्या प्रजातींमध्ये, या rRNA हेलिक्सच्या बेसमध्ये २४-३२ न्यूक्लिओटाइड्स असतात, ज्यामुळे एक किंचित अनियमित हेलिक्स तयार होतो. व्ही. नेकाट्रिक्स आणि पी. लोकुस्टेमधील पूर्वी ओळखल्या गेलेल्या रायबोसोमल संरचनांमध्ये,३१,३२ H18 हेलिक्सचे बेस अंशतः उलगडलेले असतात, परंतु न्यूक्लिओटाइड बेस पेअरिंग टिकून राहते. तथापि, ई. क्युनिकुलीमध्ये हा rRNA तुकडा सर्वात लहान लिंकर्स २२८UUUGU२३२ आणि ३०१UUUUUUUUU३०७ बनतो. सामान्य rRNA तुकड्यांच्या विपरीत, हे युरिडिन-समृद्ध लिंकर्स गुंडाळले जात नाहीत किंवा रायबोसोमल प्रथिनांशी विस्तृत संपर्क साधत नाहीत. त्याऐवजी, ते सॉल्व्हेंट-ओपन आणि पूर्णपणे उलगडलेल्या संरचना धारण करतात, ज्यामध्ये rRNA स्ट्रँड्स जवळजवळ सरळ पसरलेले असतात. या ताणलेल्या संरचनेमुळे हे स्पष्ट होते की ई. क्युनिकुली H16 आणि H18 rRNA हेलिक्समधील 33 Å अंतर भरण्यासाठी फक्त 12 RNA बेस वापरते, तर इतर प्रजातींना हे अंतर भरण्यासाठी किमान दुप्पट rRNA बेसची आवश्यकता असते.
अशाप्रकारे, आपण हे दाखवून देऊ शकतो की, ऊर्जादृष्ट्या प्रतिकूल घडी घालण्याच्या प्रक्रियेद्वारे, परजीवी मायक्रोस्पोरिडियाने जीवनाच्या तीनही डोमेनमधील प्रजातींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर संरक्षित राहिलेल्या rRNA च्या खंडांनाही आकुंचित करण्याची एक रणनीती विकसित केली आहे. असे दिसते की, rRNA हेलिक्सचे लहान पॉली-यू लिंकर्समध्ये रूपांतर करणाऱ्या उत्परिवर्तनांचा संचय करून, ई. क्युनिकुली दूरस्थ rRNA खंडांच्या जोडणीसाठी शक्य तितके कमी न्यूक्लिओटाइड्स असलेले असामान्य rRNA खंड तयार करू शकते. यामुळे हे स्पष्ट होण्यास मदत होते की, मायक्रोस्पोरिडियाने आपली संरचनात्मक आणि कार्यात्मक अखंडता न गमावता आपल्या मूलभूत आण्विक संरचनेत लक्षणीय घट कशी साधली.
ई. क्युनिकुली आरएनएचे आणखी एक असामान्य वैशिष्ट्य म्हणजे जाडसरपणाशिवाय आरएनएचे दिसणे (आकृती ४). फुगवटे हे बेस पेअर्स नसलेले न्यूक्लिओटाइड्स आहेत जे आरएनए हेलिक्समध्ये लपण्याऐवजी त्यातून बाहेर वळलेले असतात. बहुतेक आरएनएचे उंचवटे आण्विक चिकट पदार्थांप्रमाणे कार्य करतात, जे शेजारील रायबोसोमल प्रथिने किंवा इतर आरएनए तुकड्यांना जोडण्यास मदत करतात. काही फुगवटे बिजागऱ्यांप्रमाणे कार्य करतात, ज्यामुळे उत्पादक प्रथिने संश्लेषणासाठी आरएनए हेलिक्सला उत्तम प्रकारे वाकण्याची आणि वळण्याची परवानगी मिळते ४१.
ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोम संरचनेत आरएनएचा उंचवटा (एस. सेरेव्हिसिया क्रमांकानुसार) नसतो, परंतु तो इतर बहुतेक युकेरियोट्समध्ये असतो. ई. कोलाय, एस. सेरेव्हिसिया, एच. सेपियन्स आणि ई. क्युनिकुलीच्या अंतर्गत रायबोसोम्समध्ये अनेक प्राचीन, अत्यंत संरक्षित आरएनए फुगवटे नसतात. हे जाडसर भाग रायबोसोमच्या संरचनेला स्थिरता देतात; म्हणून, मायक्रोस्पोरिडियामध्ये त्यांची अनुपस्थिती हे दर्शवते की मायक्रोस्पोरिडिया परजीवींमध्ये आरएनएच्या घडीची स्थिरता कमी झाली आहे. पी स्टेम्सशी (बॅक्टेरियामधील एल७/एल१२ स्टेम्स) तुलना केल्यास असे दिसून येते की आरएनए फुगवट्यांचा लोप होणे हे कधीकधी लोप पावलेल्या फुगवट्यांच्या शेजारी नवीन फुगवटे दिसण्याशी जुळते. २३एस/२८एस आरएनए मधील एच४२ हेलिक्समध्ये एक प्राचीन फुगवटा (सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसियामधील यू१२०६) आहे, जो जीवनाच्या तीन डोमेनमध्ये संरक्षित असल्यामुळे किमान ३.५ अब्ज वर्षे जुना असल्याचा अंदाज आहे. मायक्रोस्पोरिडियामध्ये, हा फुगवटा नाहीसा होतो. तथापि, नाहीशा झालेल्या फुगवट्याच्या शेजारी एक नवीन फुगवटा दिसला (ई. क्युनिकुलीमध्ये A1306).
आश्चर्यकारकपणे, आम्हाला आढळले की ई. क्युनिकुली रायबोसोम्समध्ये इतर प्रजातींमध्ये आढळणारे बहुतेक आरएनए फुगवटे नसतात, ज्यात इतर युकेरियोट्समध्ये संरक्षित असलेल्या ३० हून अधिक फुगवट्यांचा समावेश आहे (आकृती ४अ). या अभावामुळे रायबोसोमल सबयुनिट्स आणि लगतच्या आरएनए हेलिक्समधील अनेक संपर्क नाहीसे होतात, ज्यामुळे कधीकधी रायबोसोममध्ये मोठ्या पोकळ जागा तयार होतात, आणि यामुळे ई. क्युनिकुलीचा रायबोसोम अधिक पारंपरिक रायबोसोम्सच्या तुलनेत अधिक सच्छिद्र बनतो (आकृती ४ब). विशेष म्हणजे, आम्हाला आढळले की यापैकी बहुतेक फुगवटे पूर्वी ओळखल्या गेलेल्या व्ही. नेकाट्रिक्स आणि पी. लोकुस्टे यांच्या रायबोसोम संरचनांमध्ये देखील नाहीसे झाले होते, ज्याकडे पूर्वीच्या संरचनात्मक विश्लेषणांमध्ये दुर्लक्ष झाले होते³¹,³².
काहीवेळा rRNA बल्जेसच्या (फुगवट्यांच्या) लोपासोबत, नाहीशा झालेल्या बल्जच्या शेजारी नवीन बल्जेसची निर्मिती होते. उदाहरणार्थ, रायबोसोमल पी-स्टेममध्ये (सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसियामध्ये) एक U1208 बल्ज असतो, जो ई. कोलायपासून मानवापर्यंत टिकून राहिला आहे आणि म्हणूनच तो ३.५ अब्ज वर्षे जुना असल्याचा अंदाज आहे. प्रथिन संश्लेषणादरम्यान, हा बल्ज पी-स्टेमला उघड्या आणि बंद स्थितींमध्ये हालचाल करण्यास मदत करतो, जेणेकरून रायबोसोम ट्रान्सलेशन फॅक्टर्सना (अनुवाद घटकांना) आकर्षित करून त्यांना ॲक्टिव्ह साईटपर्यंत (सक्रिय स्थळापर्यंत) पोहोचवू शकेल. ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोम्समध्ये, ही जाडसर रचना अनुपस्थित असते; तथापि, केवळ तीन बेस पेअर्समध्ये असलेली एक नवीन जाडसर रचना (G883) पी-स्टेमची इष्टतम लवचिकता पुनर्संचयित करण्यास हातभार लावू शकते (आकृती ४क).
फुगवटा नसलेल्या rRNA वरील आमच्या माहितीवरून असे सूचित होते की, rRNA चे अल्पीकरण हे केवळ रायबोसोमच्या पृष्ठभागावरील rRNA घटकांच्या नुकसानीपुरते मर्यादित नाही, तर त्यात रायबोसोमच्या केंद्रकाचाही समावेश असू शकतो, ज्यामुळे एक परजीवी-विशिष्ट आण्विक दोष निर्माण होतो, ज्याचे वर्णन मुक्त-जीवित पेशींमध्ये केलेले नाही. सजीव प्रजातींमध्ये हे आढळून आले आहे.
कॅनोनिकल रायबोसोमल प्रथिने आणि rRNA यांचे मॉडेलिंग केल्यानंतर, आम्हाला आढळले की पारंपारिक रायबोसोमल घटक क्रायो-ईएम प्रतिमेच्या तीन भागांचे स्पष्टीकरण देऊ शकत नाहीत. यापैकी दोन तुकडे लहान रेणूंच्या आकाराचे आहेत (आकृती ५, पूरक आकृती ८). पहिला खंड रायबोसोमल प्रथिने uL15 आणि eL18 यांच्यामध्ये अशा स्थितीत आहे, जिथे सामान्यतः eL18 चा C-टर्मिनस असतो, जो E. cuniculi मध्ये लहान झालेला असतो. जरी आम्ही या रेणूची ओळख निश्चित करू शकत नसलो तरी, या डेन्सिटी आयलँडचा आकार आणि स्वरूप स्पर्मिडिन रेणूंच्या उपस्थितीमुळे चांगल्या प्रकारे स्पष्ट होते. रायबोसोमशी त्याचे बंधन uL15 प्रथिनांमधील मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट उत्परिवर्तनांमुळे (Asp51 आणि Arg56) स्थिर होते, ज्यामुळे या लहान रेणूसाठी रायबोसोमची आसक्ती वाढते असे दिसते, कारण ते uL15 ला लहान रेणूला रायबोसोमल संरचनेत गुंडाळण्याची परवानगी देतात. (पूरक आकृती २). ८, अतिरिक्त डेटा १, २).
क्रायो-ईएम इमेजिंगमध्ये ई. क्युनिकुली रायबोसोमला जोडलेल्या रायबोजच्या बाहेर न्यूक्लिओटाइड्सची उपस्थिती दिसून येते. ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये, हा न्यूक्लिओटाइड बहुतेक इतर युकेरियोटिक रायबोसोम्समधील 25S rRNA A3186 न्यूक्लिओटाइडच्या (सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया क्रमांकानुसार) जागी असतो. b ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोमल संरचनेत, हा न्यूक्लिओटाइड रायबोसोमल प्रथिने uL9 आणि eL20 यांच्यामध्ये स्थित असतो, ज्यामुळे दोन्ही प्रथिनांमधील संपर्क स्थिर होतो. cd मायक्रोस्पोरिडिया प्रजातींमधील eL20 अनुक्रम संवर्धन विश्लेषण. मायक्रोस्पोरिडिया प्रजातींचे फायलोजेनेटिक वृक्ष (c) आणि eL20 प्रथिनाचे मल्टिपल सिक्वेन्स अलाइनमेंट (d) दर्शवतात की न्यूक्लिओटाइड-बाइंडिंग अवशेष F170 आणि K172 हे बहुतेक सामान्य मायक्रोस्पोरिडियामध्ये संवर्धित आहेत, एस. लोफी वगळता, ज्यामध्ये सुरुवातीच्या काळात शाखा फुटलेल्या मायक्रोस्पोरिडियाने ES39L rRNA विस्तार टिकवून ठेवला होता. ही आकृती दर्शवते की न्यूक्लिओटाइड-बाइंडिंग रेसिड्यूज F170 आणि K172 हे अत्यंत संकुचित मायक्रोस्पोरिडिया जीनोमच्या केवळ eL20 मध्ये उपस्थित आहेत, परंतु इतर युकेरियोट्समध्ये नाहीत. एकंदरीत, ही माहिती सूचित करते की मायक्रोस्पोरिडियन रायबोसोम्सनी एक न्यूक्लिओटाइड बाइंडिंग साईट विकसित केली आहे, जी एएमपी (AMP) रेणूंना बांधते आणि रायबोसोमल संरचनेतील प्रथिन-प्रथिन आंतरक्रिया स्थिर करण्यासाठी त्यांचा वापर करते. मायक्रोस्पोरिडियामध्ये या बाइंडिंग साईटचे उच्च संवर्धन आणि इतर युकेरियोट्समध्ये तिची अनुपस्थिती हे सूचित करते की ही साईट मायक्रोस्पोरिडियासाठी निवडक जगण्याचा फायदा देऊ शकते. अशाप्रकारे, मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोममधील न्यूक्लिओटाइड-बाइंडिंग पॉकेट हे पूर्वी वर्णन केल्याप्रमाणे rRNA ऱ्हासाचे एक अवनत वैशिष्ट्य किंवा अंतिम स्वरूप असल्याचे दिसत नाही, तर एक उपयुक्त उत्क्रांतीवादी नवकल्पना आहे जी मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोमला लहान रेणूंना थेट बांधण्याची आणि त्यांना रायबोसोमसाठी आण्विक रचनात्मक घटक म्हणून वापरण्याची परवानगी देते. या शोधामुळे मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोम हा एकमेव ज्ञात रायबोसोम ठरतो जो एकल न्यूक्लिओटाइडचा त्याच्या संरचनात्मक रचनात्मक घटक म्हणून वापर करतो. f न्यूक्लिओटाइड बंधनातून निर्माण झालेला काल्पनिक उत्क्रांती मार्ग.
दुसरी कमी आण्विक वजनाची घनता रायबोसोमल प्रथिने uL9 आणि eL30 यांच्यामधील इंटरफेसवर स्थित आहे (आकृती 5a). या इंटरफेसचे वर्णन पूर्वी सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया रायबोसोमच्या संरचनेत rRNA A3186 (ES39L rRNA विस्ताराचा भाग)38 च्या 25S न्यूक्लिओटाइडसाठी बंधन स्थळ म्हणून केले गेले होते. असे दिसून आले आहे की डिजनरेट पी. लोकुस्टी ES39L रायबोसोममध्ये, हा इंटरफेस एका अज्ञात एकल न्यूक्लिओटाइड 31 ला बांधतो, आणि असे मानले जाते की हा न्यूक्लिओटाइड rRNA चे एक कमी केलेले अंतिम स्वरूप आहे, ज्यामध्ये rRNA ची लांबी ~130-230 बेस असते. ES39L एकाच न्यूक्लिओटाइड 3243 मध्ये कमी होते. आमच्या क्रायो-ईएम प्रतिमा या कल्पनेला समर्थन देतात की घनतेचे स्पष्टीकरण न्यूक्लिओटाइडद्वारे दिले जाऊ शकते. तथापि, आमच्या संरचनेच्या उच्च रिझोल्यूशनने दाखवले की हा न्यूक्लिओटाइड एक एक्स्ट्रा-रायबोसोमल रेणू आहे, शक्यतो AMP (आकृती 5a, b).
त्यानंतर आम्ही विचारले की न्यूक्लिओटाइड बंधन स्थळ ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये दिसून आले की ते पूर्वीपासून अस्तित्वात होते. eL30 रायबोसोमल प्रथिनामध्ये न्यूक्लिओटाइड बंधन मुख्यत्वे Phe170 आणि Lys172 अवशेषांद्वारे होत असल्यामुळे, आम्ही 4396 प्रातिनिधिक युकेरियोट्समध्ये या अवशेषांच्या संरक्षणाचे मूल्यांकन केले. वरील uL15 च्या बाबतीत जसे, आम्हाला आढळले की Phe170 आणि Lys172 अवशेष केवळ ठराविक मायक्रोस्पोरिडियामध्ये अत्यंत संरक्षित आहेत, परंतु इतर युकेरियोट्समध्ये अनुपस्थित आहेत, ज्यात असामान्य मायक्रोस्पोरिडिया मायटोस्पोरिडियम आणि ॲम्फिॲम्ब्लीस यांचा समावेश आहे, ज्यामध्ये ES39L rRNA खंड कमी होत नाही 44, 45, 46 (आकृती 5c). -e).
एकत्रितपणे पाहता, ही माहिती या कल्पनेला पुष्टी देते की, ई. क्युनिकुली आणि शक्यतो इतर प्रमाणित मायक्रोस्पोरिडिया यांनी आरएनए (rRNA) आणि प्रथिनांच्या पातळीतील घटीची भरपाई करण्यासाठी रायबोसोमच्या संरचनेत मोठ्या संख्येने लहान मेटाबोलाइट्स कार्यक्षमतेने पकडण्याची क्षमता विकसित केली आहे. असे करताना, त्यांनी रायबोसोमच्या बाहेर न्यूक्लिओटाइड्सना बांधण्याची एक अद्वितीय क्षमता विकसित केली आहे, जे दर्शवते की परजीवी आण्विक संरचना मुबलक प्रमाणात असलेल्या लहान मेटाबोलाइट्सना पकडून आणि त्यांचा वापर विघटित आरएनए (RNA) व प्रथिनांच्या तुकड्यांच्या संरचनात्मक प्रतिकृती म्हणून करून भरपाई करतात.
आमच्या क्रायो-ईएम नकाशाचा तिसरा अनसिम्युलेटेड भाग, जो मोठ्या रायबोसोमल सबयुनिटमध्ये आढळला. आमच्या नकाशाचे तुलनेने उच्च रिझोल्यूशन (२.६ Å) असे सूचित करते की ही घनता मोठ्या साइड चेन रेसिड्यूजच्या अद्वितीय संयोजनांसह असलेल्या प्रथिनांची आहे, ज्यामुळे आम्हाला ही घनता पूर्वी अज्ञात असलेल्या रायबोसोमल प्रथिन म्हणून ओळखता आली, ज्याला आम्ही msL2 (मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट प्रथिन L2) असे नाव दिले (पद्धती, आकृती ६). आमच्या होमोलॉजी शोधातून असे दिसून आले की msL2 हे एन्सेफॅलिटर आणि ओरोस्पोरिडियम प्रजातींच्या मायक्रोस्पोरिडिया क्लेडमध्ये संरक्षित आहे, परंतु इतर मायक्रोस्पोरिडियासह इतर प्रजातींमध्ये अनुपस्थित आहे. रायबोसोमल संरचनेत, msL2 विस्तारित ES31L rRNA च्या नुकसानीमुळे तयार झालेली पोकळी व्यापते. या पोकळीत, msL2 rRNA फोल्डिंग स्थिर करण्यास मदत करते आणि ES31L च्या नुकसानीची भरपाई करू शकते (आकृती ६).
a ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये आढळणाऱ्या मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट रायबोसोमल प्रथिन msL2 ची इलेक्ट्रॉन घनता आणि मॉडेल. b सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसियाच्या 80S रायबोसोमसह बहुतेक युकेरियोटिक रायबोसोममध्ये ES19L rRNA प्रवर्धन असते, जे बहुतेक मायक्रोस्पोरिडियन प्रजातींमध्ये नष्ट होते. व्ही. नेकाट्रिक्स मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोमची पूर्वी स्थापित केलेली रचना सूचित करते की या परजीवींमध्ये ES19L च्या कमतरतेची भरपाई नवीन msL1 रायबोसोमल प्रथिनाच्या उत्क्रांतीद्वारे केली जाते. या अभ्यासात, आम्हाला आढळले की ई. क्युनिकुली रायबोसोमने देखील ES19L च्या कमतरतेची स्पष्ट भरपाई म्हणून एक अतिरिक्त रायबोसोमल आरएनए मिमिक प्रथिन विकसित केले आहे. तथापि, msL2 (सध्या काल्पनिक ECU06_1135 प्रथिन म्हणून नोंदवलेले) आणि msL1 यांचे संरचनात्मक आणि उत्क्रांतीविषयक मूळ भिन्न आहे. उत्क्रांतीच्या दृष्टीने असंबंधित असलेल्या msL1 आणि msL2 रायबोसोमल प्रथिनांच्या निर्मितीच्या या शोधावरून असे सूचित होते की, जर रायबोसोम्सच्या rRNA मध्ये हानिकारक उत्परिवर्तने जमा झाली, तर ते अगदी जवळच्या संबंधित प्रजातींच्या एका लहान उपसंचामध्येही रचनेतील अभूतपूर्व विविधता प्राप्त करू शकतात. हा शोध मायटोकाँड्रियल रायबोसोमचा उगम आणि उत्क्रांती स्पष्ट करण्यास मदत करू शकतो, जो त्याच्या अत्यंत कमी झालेल्या rRNA आणि प्रजातींनुसार प्रथिनांच्या रचनेतील असामान्य विविधतेसाठी ओळखला जातो.
त्यानंतर आम्ही msL2 प्रथिनाची तुलना पूर्वी वर्णन केलेल्या msL1 प्रथिनाशी केली, जे V. necatrix रायबोसोममध्ये आढळणारे एकमेव ज्ञात मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट रायबोसोमल प्रथिन आहे. msL1 आणि msL2 उत्क्रांतीच्या दृष्टीने संबंधित आहेत की नाही हे आम्हाला तपासायचे होते. आमच्या विश्लेषणातून असे दिसून आले की msL1 आणि msL2 रायबोसोमल संरचनेतील एकाच पोकळीत असतात, परंतु त्यांची प्राथमिक आणि तृतीयक रचना भिन्न असते, जे त्यांच्या स्वतंत्र उत्क्रांतीच्या उगमाचे द्योतक आहे (आकृती ६). अशाप्रकारे, msL2 चा आमचा शोध हा पुरावा देतो की कॉम्पॅक्ट युकेरियोटिक प्रजातींचे गट rRNA तुकड्यांच्या नुकसानीची भरपाई करण्यासाठी स्वतंत्रपणे संरचनात्मकदृष्ट्या भिन्न रायबोसोमल प्रथिने विकसित करू शकतात. हा शोध उल्लेखनीय आहे कारण बहुतेक सायटोप्लाज्मिक युकेरियोटिक रायबोसोममध्ये एक अपरिवर्तनीय प्रथिन असते, ज्यात ८१ रायबोसोमल प्रथिनांच्या एकाच कुटुंबाचा समावेश आहे. विस्तारित rRNA खंडांच्या लोपामुळे मायक्रोस्पोरिडियाच्या विविध क्लेड्समध्ये msL1 आणि msL2 चा उदय हे सूचित करतो की परजीवीच्या आण्विक रचनेचा ऱ्हास झाल्यामुळे परजीवी भरपाईकारक उत्परिवर्तने शोधतात, ज्यामुळे अखेरीस वेगवेगळ्या परजीवी लोकसंख्येमध्ये त्यांची संरचना प्राप्त होऊ शकते.
शेवटी, जेव्हा आमचे मॉडेल पूर्ण झाले, तेव्हा आम्ही ई. क्युनिकुली रायबोसोमच्या रचनेची तुलना जीनोम अनुक्रमावरून भाकीत केलेल्या रचनेशी केली. ई. क्युनिकुली जीनोममध्ये त्यांच्या समजातीय प्रथिनांच्या स्पष्ट अनुपस्थितीमुळे, पूर्वी असे मानले जात होते की ई. क्युनिकुली जीनोममध्ये eL14, eL38, eL41 आणि eS30 यांसारखी अनेक रायबोसोमल प्रथिने अनुपस्थित आहेत. इतर बहुतेक अत्यंत संकुचित आंतरपेशीय परजीवी आणि अंतःसहजीवींमध्येही अनेक रायबोसोमल प्रथिनांची हानी होण्याचा अंदाज आहे. उदाहरणार्थ, जरी बहुतेक मुक्त-जीवित जीवाणूंमध्ये ५४ रायबोसोमल प्रथिनांचे समान कुटुंब असले तरी, यजमान-प्रतिबंधित जीवाणूंच्या प्रत्येक विश्लेषित जीनोममध्ये यापैकी केवळ ११ प्रथिन कुटुंबांचेच समजातीय प्रथिने आढळतात. या कल्पनेला पुष्टी देण्यासाठी, व्ही. नेकाट्रिक्स आणि पी. लोकुस्टे मायक्रोस्पोरिडियामध्ये रायबोसोमल प्रथिनांची हानी प्रायोगिकरित्या दिसून आली आहे, ज्यांच्यामध्ये eL38 आणि eL4131,32 प्रथिने नसतात.
तथापि, आमच्या संरचना दर्शवतात की ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये केवळ eL38, eL41, आणि eS30 हेच घटक प्रत्यक्षात नष्ट झाले आहेत. eL14 प्रथिन संरक्षित होते आणि आमच्या संरचनेने हे स्पष्ट केले की हे प्रथिन होमोलॉजी शोधात का सापडले नाही (आकृती ७). ई. क्युनिकुली रायबोसोममध्ये, rRNA-वर्धित ES39L च्या विघटनामुळे eL14 बंधन स्थळाचा बहुतेक भाग नष्ट होतो. ES39L च्या अनुपस्थितीत, eL14 ने आपली बहुतेक दुय्यम संरचना गमावली, आणि ई. क्युनिकुली व एस. सेरेव्हिसियामध्ये eL14 अनुक्रमाचा केवळ १८% भाग समान होता. अनुक्रमाचे हे कमी जतन उल्लेखनीय आहे कारण सॅकरोमायसेस सेरेव्हिसिया आणि होमो सेपियन्स—जे जीव १.५ अब्ज वर्षांच्या अंतराने उत्क्रांत झाले—त्यांच्यातही eL14 मधील ५१% पेक्षा जास्त समान अवशेष आढळतात. संरक्षणाचे हे असामान्य नुकसान स्पष्ट करते की E. cuniculi eL14 ला सध्या eL1427 रायबोसोमल प्रथिन म्हणून नव्हे, तर संभाव्य M970_061160 प्रथिन म्हणून का नोंदवले आहे.
आणि मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोमने ES39L rRNA एक्सटेंशन गमावले, ज्यामुळे eL14 रायबोसोमल प्रोटीन बंधन स्थळ अंशतः नाहीसे झाले. ES39L च्या अनुपस्थितीत, eL14 मायक्रोस्पोर प्रोटीनच्या दुय्यम संरचनेत घट होते, ज्यामध्ये पूर्वीचा rRNA-बंधन करणारा α-हेलिक्स कमीत कमी लांबीच्या लूपमध्ये रूपांतरित होतो. b एकाधिक अनुक्रम संरेखन दर्शवते की eL14 प्रोटीन युकेरियोटिक प्रजातींमध्ये अत्यंत संरक्षित आहे (यीस्ट आणि मानवी समजातांमध्ये 57% अनुक्रम समानता), परंतु मायक्रोस्पोरिडियामध्ये ते कमी संरक्षित आणि भिन्न आहे (ज्यामध्ये 24% पेक्षा जास्त अवशेष eL14 समजाताशी समान नाहीत). (S. cerevisiae किंवा H. sapiens पासून). हे कमी अनुक्रम संरक्षण आणि दुय्यम संरचनेतील परिवर्तनशीलता स्पष्ट करते की eL14 समजाता E. cuniculi मध्ये कधीही का आढळला नाही आणि हे प्रोटीन E. cuniculi मध्ये का नाहीसे झाले असे मानले जाते. याउलट, E. cuniculi eL14 ला पूर्वी एक संभाव्य M970_061160 प्रथिन म्हणून नोंदवले गेले होते. या निरीक्षणावरून असे सूचित होते की मायक्रोस्पोरिडियाच्या जनुकीय विविधतेचा सध्या अतिअंदाज लावला जातो: मायक्रोस्पोरिडियामध्ये नष्ट झाले आहेत असे सध्या मानले जाणारे काही जनुके, जरी अत्यंत भिन्न स्वरूपात असले तरी, प्रत्यक्षात जतन केलेले आहेत; याउलट, काही जनुके जी कृमी-विशिष्ट प्रथिनांसाठी मायक्रोस्पोरिडिया जनुके म्हणून मानली जातात (उदा., काल्पनिक प्रथिन M970_061160), ती प्रत्यक्षात इतर युकेरियोट्समध्ये आढळणाऱ्या अत्यंत विविध प्रथिनांसाठी कोड करतात.
या निष्कर्षावरून असे सूचित होते की, rRNA च्या विनाशीकरणामुळे लगतच्या रायबोसोमल प्रथिनांमधील अनुक्रम संरक्षणात लक्षणीय घट होऊ शकते, ज्यामुळे ही प्रथिने समरूपता शोधांसाठी शोधण्यायोग्य राहत नाहीत. त्यामुळे, लहान जीनोम असलेल्या जीवांमध्ये होणाऱ्या आण्विक ऱ्हासाच्या वास्तविक प्रमाणाचा आपण कदाचित जास्त अंदाज लावत असू, कारण काही प्रथिने नष्ट झाली असे मानले जात असले तरी, ती प्रत्यक्षात अत्यंत बदललेल्या स्वरूपात का होईना, टिकून राहतात.
अत्यंत जनुकीय संक्षेपाच्या परिस्थितीतही परजीवी त्यांच्या आण्विक यंत्रणांचे कार्य कसे टिकवून ठेवू शकतात? सर्वात लहान युकेरियोटिक जनुकीय संचांपैकी एक असलेल्या ई. क्युनिकुली या जीवाच्या जटिल आण्विक संरचनेचे (रायबोसोम) वर्णन करून आमचा अभ्यास या प्रश्नाचे उत्तर देतो.
जवळपास दोन दशकांपासून हे ज्ञात आहे की सूक्ष्मजीव परजीवींमधील प्रथिने आणि आरएनए रेणू हे मुक्त-जीवित प्रजातींमधील त्यांच्या समजात रेणूंपेक्षा अनेकदा वेगळे असतात, कारण त्यांच्यामध्ये गुणवत्ता नियंत्रण केंद्रांचा अभाव असतो, मुक्त-जीवित सूक्ष्मजीवांमध्ये त्यांचा आकार ५०% पर्यंत कमी झालेला असतो, इत्यादी. तसेच, अनेक दुर्बळ करणारे उत्परिवर्तन (mutations) असतात जे त्यांच्या घडी घालण्याच्या (folding) आणि कार्यामध्ये अडथळा आणतात. उदाहरणार्थ, अनेक आंतरपेशीय परजीवी आणि अंतःसहजीवींसह लहान जीनोम असलेल्या जीवांच्या रायबोसोम्समध्ये, मुक्त-जीवित प्रजातींच्या तुलनेत अनेक रायबोसोमल प्रथिने आणि एक तृतीयांश आरएनए न्यूक्लियोटाइड्सची कमतरता असण्याची अपेक्षा आहे २७, २९, ३०, ४९. तथापि, परजीवीमध्ये हे रेणू कसे कार्य करतात हे मोठ्या प्रमाणात एक रहस्यच राहिले आहे, ज्याचा अभ्यास प्रामुख्याने तुलनात्मक जीनोमिक्सद्वारे केला जातो.
आमच्या अभ्यासातून असे दिसून येते की, महाअणूंची (macromolecules) रचना उत्क्रांतीचे असे अनेक पैलू उघड करू शकते, जे आंतरपेशीय परजीवी आणि इतर यजमान-प्रतिबंधित जीवांच्या पारंपरिक तुलनात्मक जीनोमिक अभ्यासातून मिळवणे कठीण आहे (पूरक आकृती ७). उदाहरणार्थ, eL14 प्रथिनाचे उदाहरण दाखवते की, आपण परजीवी प्रजातींमधील आण्विक यंत्रणेच्या ऱ्हासाच्या वास्तविक प्रमाणाचा अतिरेकी अंदाज लावू शकतो. एन्सेफॅलिटिक परजीवींमध्ये शेकडो मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट जनुके असतात असे आता मानले जाते. तथापि, आमचे निष्कर्ष दाखवतात की यापैकी काही वरवर विशिष्ट वाटणारी जनुके ही प्रत्यक्षात इतर युकेरियोट्समध्ये सामान्य असलेल्या जनुकांचीच अत्यंत भिन्न रूपे आहेत. शिवाय, msL2 प्रथिनाचे उदाहरण दाखवते की आपण नवीन रायबोसोमल प्रथिनांकडे कसे दुर्लक्ष करतो आणि परजीवी आण्विक यंत्रांच्या रचनेला कसे कमी लेखतो. लहान रेणूंचे उदाहरण दाखवते की आपण परजीवी आण्विक रचनांमधील सर्वात कल्पक नवकल्पनांकडे कसे दुर्लक्ष करू शकतो, ज्या त्यांना नवीन जैविक क्रियाशीलता देऊ शकतात.
एकत्रितपणे पाहता, हे निष्कर्ष यजमानापुरते मर्यादित असलेल्या जीवांच्या आणि मुक्त-जीवित जीवांमधील त्यांच्या समकक्षांच्या आण्विक संरचनांमधील फरकांबद्दलची आपली समज सुधारतात. आम्ही दाखवून देतो की, आण्विक यंत्रे, जी दीर्घकाळापासून क्षीण, अवनत आणि विविध दुर्बळ करणाऱ्या उत्परिवर्तनांच्या अधीन असल्याचे मानले जात होते, त्यांच्यामध्ये त्याऐवजी पद्धतशीरपणे दुर्लक्षित केलेल्या असामान्य संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचा एक संच असतो.
दुसरीकडे, ई. क्युनिकुलीच्या रायबोसोम्समध्ये आम्हाला आढळलेले अवजड नसलेले rRNA तुकडे आणि जोडलेले तुकडे असे सूचित करतात की, जीनोम संकोचनामुळे मूलभूत आण्विक यंत्रणेचे ते भाग देखील बदलू शकतात जे जीवनाच्या तीन डोमेनमध्ये - प्रजातींच्या सुमारे ३.५ अब्ज वर्षांच्या स्वतंत्र उत्क्रांतीनंतर - जतन केलेले आहेत.
अंतःसहजीवी जीवाणूंमधील आरएनए रेणूंच्या पूर्वीच्या अभ्यासाच्या प्रकाशात, ई. क्युनिकुली रायबोसोम्समधील फुगवटा-मुक्त आणि जोडलेले आरएनए तुकडे विशेष महत्त्वाचे आहेत. उदाहरणार्थ, मावा कीटकातील अंतःसहजीवी बुक्नेरा ॲफिडिकोलामध्ये, ए+टी रचनेतील पक्षपात आणि गैर-प्रमाणित बेस जोड्यांच्या उच्च प्रमाणामुळे आरएनए आणि टीआरएनए रेणूंमध्ये तापमान-संवेदनशील संरचना असल्याचे दिसून आले आहे²⁰,⁵⁰. आरएनए मधील हे बदल, तसेच प्रथिन रेणूंमधील बदल, आता अंतःसहजीवींच्या भागीदारांवरील अति-अवलंबनासाठी आणि उष्णता हस्तांतरित करण्याच्या त्यांच्या असमर्थतेसाठी जबाबदार असल्याचे मानले जाते²¹,²³. जरी परजीवी मायक्रोस्पोरिडिया आरएनएमध्ये संरचनात्मकदृष्ट्या वेगळे बदल असले तरी, या बदलांचे स्वरूप असे सूचित करते की कमी झालेली औष्णिक स्थिरता आणि चॅपेरॉन प्रथिनांवरील अधिक अवलंबित्व ही कमी जीनोम असलेल्या जीवांच्या आरएनए रेणूंची सामान्य वैशिष्ट्ये असू शकतात.
दुसरीकडे, आमच्या संरचना दर्शवतात की परजीवी मायक्रोस्पोरिडियाने व्यापकपणे संरक्षित आरएनए (rRNA) आणि प्रथिनांच्या तुकड्यांना प्रतिकार करण्याची एक अद्वितीय क्षमता विकसित केली आहे. त्यांनी मुबलक आणि सहज उपलब्ध असलेल्या लहान मेटाबोलाइट्सचा वापर क्षीण झालेल्या आरएनए आणि प्रथिनांच्या तुकड्यांच्या आण्विक संरचनेच्या ऱ्हासाची संरचनात्मक नक्कल म्हणून करण्याची क्षमता विकसित केली आहे. या मताला या वस्तुस्थितीचा आधार मिळतो की, ई. क्युनिकुलीच्या आरएनए आणि रायबोसोम्समधील प्रथिनांच्या तुकड्यांच्या नुकसानीची भरपाई करणारे लहान रेणू, uL15 आणि eL30 प्रथिनांमधील मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट अवशेषांना जोडले जातात. यावरून असे सूचित होते की लहान रेणूंचे रायबोसोम्सशी जोडले जाणे हे सकारात्मक निवडीचे फलित असू शकते, ज्यामध्ये रायबोसोमल प्रथिनांमधील मायक्रोस्पोरिडिया-विशिष्ट उत्परिवर्तने लहान रेणूंसाठी रायबोसोम्सची आसक्ती वाढवण्याच्या क्षमतेसाठी निवडली गेली आहेत, ज्यामुळे अधिक कार्यक्षम रायबोसोमल जीव निर्माण होऊ शकतात. हा शोध सूक्ष्मजीव परजीवींच्या आण्विक संरचनेतील एक महत्त्वपूर्ण नावीन्य प्रकट करतो आणि क्षयकारी उत्क्रांती असूनही परजीवींच्या आण्विक संरचना त्यांचे कार्य कसे टिकवून ठेवतात, याची अधिक चांगली समज देतो.
सध्या, या लहान रेणूंची ओळख अस्पष्ट आहे. मायक्रोस्पोरिडिया प्रजातींमध्ये रायबोसोमल संरचनेत या लहान रेणूंचे स्वरूप भिन्न का असते, हे स्पष्ट नाही. विशेषतः, V. necatrix च्या eL20 आणि K172 प्रथिनांमध्ये F170 अवशेष उपस्थित असूनही, E. cuniculi आणि P. locustae च्या रायबोसोममध्ये न्यूक्लियोटाइड बंधन का दिसून येते आणि V. necatrix च्या रायबोसोममध्ये का नाही, हे स्पष्ट नाही. ही वगळण्याची क्रिया 43 uL6 अवशेषामुळे (जो न्यूक्लियोटाइड बंधन पॉकेटच्या जवळ स्थित आहे) होऊ शकते, जो V. necatrix मध्ये टायरोसिन आहे आणि E. cuniculi व P. locustae मध्ये थ्रिओनिन नाही. Tyr43 ची मोठी ॲरोमॅटिक साइड चेन स्टेरिकल ओव्हरलॅपमुळे न्यूक्लियोटाइड बंधनात अडथळा आणू शकते. दुसरा पर्याय म्हणून, ही दिसणारी न्यूक्लियोटाइड वगळण्याची क्रिया क्रायो-ईएम इमेजिंगच्या कमी रिझोल्यूशनमुळे असू शकते, ज्यामुळे V. necatrix च्या रायबोसोमल तुकड्यांचे मॉडेलिंग करणे कठीण होते.
दुसरीकडे, आमच्या संशोधनातून असे सूचित होते की जीनोम ऱ्हासाची प्रक्रिया ही एक नवनिर्मिती करणारी शक्ती असू शकते. विशेषतः, ई. क्युनिकुली रायबोसोमची रचना असे सूचित करते की मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोममधील आरएनए (rRNA) आणि प्रथिनांच्या तुकड्यांच्या नुकसानीमुळे उत्क्रांतीचा दबाव निर्माण होतो, जो रायबोसोमच्या रचनेत बदलांना चालना देतो. हे बदल रायबोसोमच्या सक्रिय स्थळापासून दूर आढळतात आणि ते रायबोसोमची इष्टतम जुळणी टिकवून ठेवण्यास (किंवा पुनर्संचयित करण्यास) मदत करतात, जी अन्यथा कमी झालेल्या आरएनएमुळे विस्कळीत झाली असती. यावरून असे सूचित होते की मायक्रोस्पोरिडिया रायबोसोममधील एक प्रमुख नवनिर्मिती ही जनुकीय अपवहनाला (gene drift) रोखण्याच्या गरजेतून विकसित झाली असावी.
कदाचित न्यूक्लिओटाइड बंधनाद्वारे हे उत्तम प्रकारे स्पष्ट होते, जे आतापर्यंत इतर जीवांमध्ये कधीही पाहिले गेले नाही. न्यूक्लिओटाइड-बंधन करणारे अवशेष सामान्य मायक्रोस्पोरिडियामध्ये आढळतात, परंतु इतर युकेरियोट्समध्ये आढळत नाहीत, या वस्तुस्थितीवरून असे सूचित होते की न्यूक्लिओटाइड-बंधन स्थळे ही केवळ लुप्त होण्याच्या प्रतीक्षेत असलेले अवशेष नाहीत, किंवा rRNA ला वैयक्तिक न्यूक्लिओटाइड्सच्या स्वरूपात पुनर्संचयित करण्याचे अंतिम स्थान नाहीत. त्याऐवजी, हे स्थान एक उपयुक्त वैशिष्ट्य असल्याचे दिसते, जे सकारात्मक निवडीच्या अनेक फेऱ्यांमधून विकसित झाले असावे. न्यूक्लिओटाइड बंधन स्थळे ही नैसर्गिक निवडीचे एक उप-उत्पादन असू शकतात: एकदा ES39L चे विघटन झाल्यावर, ES39L च्या अनुपस्थितीत इष्टतम रायबोसोम जीवोत्पत्ती पुनर्संचयित करण्यासाठी मायक्रोस्पोरिडियाला भरपाई शोधण्यास भाग पाडले जाते. हा न्यूक्लिओटाइड ES39L मधील A3186 न्यूक्लिओटाइडच्या आण्विक संपर्कांची नक्कल करू शकत असल्याने, न्यूक्लिओटाइड रेणू रायबोसोमचा एक मूलभूत घटक बनतो, ज्याचे बंधन eL30 अनुक्रमाच्या उत्परिवर्तनाने आणखी सुधारले जाते.
पेशीअंतर्गत परजीवींच्या आण्विक उत्क्रांतीच्या संदर्भात, आमचा अभ्यास दर्शवितो की डार्विनियन नैसर्गिक निवडीची शक्ती आणि जीनोम ऱ्हासाचा जनुकीय अपसरण (genetic drift) या शक्ती समांतरपणे कार्य करत नाहीत, तर त्या दोलायमान होतात. प्रथम, जनुकीय अपसरण जैवरेणूंची महत्त्वाची वैशिष्ट्ये नष्ट करते, ज्यामुळे भरपाईची नितांत गरज निर्माण होते. जेव्हा परजीवी डार्विनियन नैसर्गिक निवडीद्वारे ही गरज पूर्ण करतात, तेव्हाच त्यांच्या महारेणूंना (macromolecules) त्यांची सर्वात प्रभावी आणि नाविन्यपूर्ण वैशिष्ट्ये विकसित करण्याची संधी मिळते. महत्त्वाचे म्हणजे, ई. क्युनिकुली (E. cuniculi) रायबोसोममधील न्यूक्लिओटाइड बंधन स्थळांची (nucleotide binding sites) उत्क्रांती सूचित करते की आण्विक उत्क्रांतीचा हा 'नुकसान-ते-लाभ' नमुना केवळ हानिकारक उत्परिवर्तनांची भरपाई करत नाही, तर कधीकधी परजीवी महारेणूंना पूर्णपणे नवीन कार्ये देखील प्रदान करतो.
ही कल्पना सेवेल राईटच्या 'मूव्हिंग इक्विलिब्रियम' सिद्धांताशी सुसंगत आहे, जो सांगतो की नैसर्गिक निवडीची एक कठोर प्रणाली जीवांच्या नवनिर्मिती करण्याच्या क्षमतेला मर्यादित करते५१,५२,५३. तथापि, जर जनुकीय अपसरणाने (genetic drift) नैसर्गिक निवडीत व्यत्यय आणला, तर हे अपसरण असे बदल घडवू शकतात जे स्वतःहून अनुकूल नसतात (किंवा अगदी हानिकारकही असू शकतात), परंतु ते पुढील बदलांना कारणीभूत ठरतात जे उच्च योग्यता (fitness) किंवा नवीन जैविक क्रियाकलाप प्रदान करतात. आमची चौकट या कल्पनेला समर्थन देते, हे स्पष्ट करून की ज्या प्रकारचे उत्परिवर्तन एखाद्या जैवरेणूची (biomolecule) रचना आणि कार्य कमी करते, तेच त्याच्या सुधारणेसाठी मुख्य प्रेरक ठरते. 'विन-विन' उत्क्रांती मॉडेलच्या अनुषंगाने, आमचा अभ्यास दर्शवितो की जीनोमचा ऱ्हास, ज्याला पारंपारिकपणे एक अपक्षयी प्रक्रिया मानले जाते, तो देखील नवनिर्मितीचा एक प्रमुख चालक आहे, जो कधीकधी आणि कदाचित अनेकदा महा-रेणूंना (macromolecules) नवीन परजीवी क्रियाकलाप प्राप्त करण्यास अनुमती देतो.