Faleminderit që vizituat Nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar CSS. Për përvojën më të mirë, ne ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose të çaktivizoni Modalitetin e Përputhshmërisë në Internet Explorer). Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta paraqesim faqen pa stile dhe JavaScript.
Evolucioni i parazitëve mikrobikë përfshin një kundërveprim midis përzgjedhjes natyrore, e cila shkakton përmirësimin e parazitëve, dhe zhvendosjes gjenetike, e cila shkakton humbjen e gjeneve nga parazitët dhe grumbullimin e mutacioneve të dëmshme. Këtu, për të kuptuar se si ndodh ky kundërveprim në shkallën e një makromolekule të vetme, ne përshkruajmë strukturën krio-EM të ribozomës së Encephalitozoon cuniculi, një organizëm eukariotik me një nga gjenomet më të vogla në natyrë. Reduktimi ekstrem i rRNA-së në ribozomet e E. cuniculi shoqërohet me ndryshime strukturore të pashembullta, të tilla si evolucioni i lidhësve të shkrirë të rRNA-së të panjohur më parë dhe rRNA-së pa fryrje. Përveç kësaj, ribozomi i E. cuniculi i mbijetoi humbjes së fragmenteve dhe proteinave të rRNA-së duke zhvilluar aftësinë për të përdorur molekula të vogla si imitues strukturorë të fragmenteve dhe proteinave të degraduara të rRNA-së. Në përgjithësi, ne tregojmë se strukturat molekulare që mendoheshin prej kohësh të reduktuara, degjeneruese dhe të nënshtruara ndaj mutacioneve dobësuese kanë një numër mekanizmash kompensues që i mbajnë ato aktive pavarësisht tkurrjeve ekstreme molekulare.
Meqenëse shumica e grupeve të parazitëve mikrobikë kanë mjete unike molekulare për të shfrytëzuar strehuesit e tyre, shpesh na duhet të zhvillojmë terapi të ndryshme për grupe të ndryshme parazitësh1,2. Megjithatë, provat e reja sugjerojnë se disa aspekte të evolucionit të parazitëve janë konvergjente dhe kryesisht të parashikueshme, duke treguar një bazë të mundshme për ndërhyrje të gjera terapeutike në parazitët mikrobikë3,4,5,6,7,8,9.
Punimet e mëparshme kanë identifikuar një trend të përbashkët evolucionar tek parazitët mikrobikë të quajtur reduktim i gjenomit ose prishje e gjenomit10,11,12,13. Hulumtimet aktuale tregojnë se kur mikroorganizmat heqin dorë nga stili i tyre i jetesës së lirë dhe bëhen parazitë intraqelizorë (ose endosimbiontë), gjenomet e tyre pësojnë metamorfoza të ngadalta por të mahnitshme gjatë miliona viteve9,11. Në një proces të njohur si prishje e gjenomit, parazitët mikrobikë grumbullojnë mutacione të dëmshme që shndërrojnë shumë gjene më parë të rëndësishme në pseudogjene, duke çuar në humbje graduale të gjeneve dhe kolaps mutacional14,15. Ky kolaps mund të shkatërrojë deri në 95% të gjeneve në organizmat më të vjetër intraqelizorë krahasuar me speciet e lidhura ngushtë me jetën e lirë. Kështu, evolucioni i parazitëve intraqelizorë është një tërheqje litari midis dy forcave kundërshtare: përzgjedhjes natyrore darviniane, që çon në përmirësimin e parazitëve, dhe rënies së gjenomit, duke i hedhur parazitët në harresë. Se si paraziti arriti të dilte nga kjo tërheqje litari dhe të ruante aktivitetin e strukturës së tij molekulare mbetet e paqartë.
Edhe pse mekanizmi i prishjes së gjenomit nuk është kuptuar plotësisht, duket se ndodh kryesisht për shkak të zhvendosjes së shpeshtë gjenetike. Meqenëse parazitët jetojnë në popullata të vogla, aseksuale dhe gjenetikisht të kufizuara, ata nuk mund t'i eliminojnë në mënyrë efektive mutacionet e dëmshme që ndonjëherë ndodhin gjatë replikimit të ADN-së. Kjo çon në akumulim të pakthyeshëm të mutacioneve të dëmshme dhe zvogëlim të gjenomit të parazitit. Si rezultat, paraziti jo vetëm që humbet gjenet që nuk janë më të nevojshme për mbijetesën e tij në mjedisin intraqelizor. Është pamundësia e popullatave të parazitëve për të eliminuar në mënyrë efektive mutacionet sporadike të dëmshme që bën që këto mutacione të grumbullohen në të gjithë gjenomin, duke përfshirë gjenet e tyre më të rëndësishme.
Pjesa më e madhe e kuptimit tonë aktual të reduktimit të gjenomit bazohet vetëm në krahasimet e sekuencave të gjenomit, me më pak vëmendje ndaj ndryshimeve në molekulat aktuale që kryejnë funksione mirëmbajtjeje dhe shërbejnë si objektiva të mundshëm të ilaçeve. Studimet krahasuese kanë treguar se barra e mutacioneve mikrobike të dëmshme intraqelizore duket se i predispozon proteinat dhe acidet nukleike të palosen gabimisht dhe të grumbullohen, duke i bërë ato më të varura nga shoqërueset dhe hipersensitive ndaj nxehtësisë19,20,21,22,23. Përveç kësaj, parazitë të ndryshëm - evolucion i pavarur ndonjëherë i ndarë deri në 2.5 miliardë vjet - përjetuan një humbje të ngjashme të qendrave të kontrollit të cilësisë në sintezën e proteinave5,6 dhe mekanizmat e riparimit të ADN-së24. Megjithatë, pak dihet për ndikimin e stilit të jetesës intraqelizore në të gjitha vetitë e tjera të makromolekulave qelizore, duke përfshirë përshtatjen molekulare ndaj një barre në rritje të mutacioneve të dëmshme.
Në këtë punim, për të kuptuar më mirë evolucionin e proteinave dhe acideve nukleike të mikroorganizmave intraqelizorë, ne përcaktuam strukturën e ribozomeve të parazitit intraqelizor Encephalitozoon cuniculi. E. cuniculi është një organizëm i ngjashëm me kërpudhat që i përket një grupi mikrosporidish parazitare që kanë gjenome eukariote jashtëzakonisht të vogla dhe për këtë arsye përdoren si organizma model për të studiuar zbërthimin e gjenomit25,26,27,28,29,30. Kohët e fundit, struktura e ribozomës krio-EM u përcaktua për gjenome të reduktuara në mënyrë të moderuar të Microsporidia, Paranosema locustae dhe Vairimorpha necatrix31,32 (gjenome ~3.2 Mb). Këto struktura sugjerojnë që një humbje e amplifikimit të rRNA-së kompensohet nga zhvillimi i kontakteve të reja midis proteinave fqinje ribozomale ose përvetësimi i proteinave të reja ribozomale msL131,32. Speciet Encephalitozoon (gjenomi ~2.5 milion bp), së bashku me të afërmin e tyre më të afërt Ordospora, demonstrojnë shkallën përfundimtare të reduktimit të gjenomit tek eukariotët - ato kanë më pak se 2000 gjene që kodojnë proteinat, dhe pritet që ribozomet e tyre jo vetëm që nuk kanë fragmente zgjerimi të ARN-së r (fragmente të ARN-së r që dallojnë ribozomet eukariote nga ribozomet bakteriale), por gjithashtu kanë katër proteina ribozomale për shkak të mungesës së homologëve në gjenomën e E. cuniculi26,27,28. Prandaj, ne arritëm në përfundimin se ribozomi i E. cuniculi mund të zbulojë strategji të panjohura më parë për përshtatjen molekulare ndaj prishjes së gjenomit.
Struktura jonë krio-EM përfaqëson ribozomin më të vogël citoplazmatik eukariotik që është karakterizuar dhe ofron një pasqyrë se si shkalla përfundimtare e reduktimit të gjenomit ndikon në strukturën, montimin dhe evolucionin e makinerisë molekulare që është pjesë integrale e qelizës. Ne zbuluam se ribozomi E. cuniculi shkel shumë nga parimet e ruajtura gjerësisht të palosjes së ARN-së dhe montimit të ribozomit, dhe zbuluam një proteinë të re ribozomale, të panjohur më parë. Krejt papritur, ne tregojmë se ribozomet e mikrosporidiave kanë evoluar aftësinë për të lidhur molekula të vogla, dhe hipotetizojmë se shkurtimet në rRNA dhe proteinat shkaktojnë inovacione evolucionare që në fund të fundit mund t'i japin cilësi të dobishme ribozomit.
Për të përmirësuar kuptimin tonë mbi evolucionin e proteinave dhe acideve nukleike në organizmat intraqelizorë, vendosëm të izolojmë sporet e E. cuniculi nga kulturat e qelizave të infektuara të gjitarëve me qëllim pastrimin e ribozomeve të tyre dhe përcaktimin e strukturës së këtyre ribozomeve. Është e vështirë të merret një numër i madh i mikrosporideve parazitare sepse mikrosporidia nuk mund të kultivohet në një mjedis ushqyes. Në vend të kësaj, ato rriten dhe riprodhohen vetëm brenda qelizës pritëse. Prandaj, për të marrë biomasën e E. cuniculi për pastrimin e ribozomeve, ne infektuam linjën qelizore të veshkave të gjitarëve RK13 me spore të E. cuniculi dhe i kultivuam këto qeliza të infektuara për disa javë për të lejuar që E. cuniculi të rritet dhe të shumëzohet. Duke përdorur një shtresë monoqelizore të qelizave të infektuara prej rreth gjysmë metri katror, ​​ne ishim në gjendje të pastrojmë rreth 300 mg spore të Microsporidia dhe t'i përdorim ato për të izoluar ribozomet. Pastaj i copëtuam sporet e pastruara me sfera qelqi dhe i izoluam ribozomet e papërpunuara duke përdorur fraksionimin hap pas hapi të polietilen glikolit të lizateve. Kjo na lejoi të merrnim afërsisht 300 µg ribozome të papërpunuara të E. cuniculi për analizë strukturore.
Pastaj mblodhëm imazhe krio-EM duke përdorur mostrat e ribozomeve që rezultuan dhe i përpunuam këto imazhe duke përdorur maska ​​që korrespondojnë me nën-njësinë e madhe ribozomale, kokën e nën-njësisë së vogël dhe nën-njësinë e vogël. Gjatë këtij procesi, mblodhëm imazhe të rreth 108,000 grimcave ribozomale dhe llogaritëm imazhe krio-EM me një rezolucion prej 2.7 Å (Figurat plotësuese 1-3). Pastaj përdorëm imazhe krio-EM për të modeluar rRNA-në, proteinën ribozomale dhe faktorin e letargjisë Mdf1 të shoqëruar me ribozomet e E. cuniculi (Fig. 1a, b).
a Struktura e ribozomës E. cuniculi në kompleks me faktorin e letargjisë Mdf1 (pdb id 7QEP). b Harta e faktorit të letargjisë Mdf1 të lidhur me ribozomin E. cuniculi. c Harta e strukturës sekondare që krahason ARN-në r të rikuperuar në speciet mikrosporidiane me strukturat e njohura ribozomale. Panelet tregojnë vendndodhjen e fragmenteve të amplifikuara të ARN-së r (ES) dhe vendeve aktive të ribozomit, duke përfshirë vendin e dekodimit (DC), lakun e sarcinicinës (SRL) dhe qendrën e peptidil transferazës (PTC). d Dendësia e elektroneve që korrespondon me qendrën e peptidil transferazës së ribozomës E. cuniculi sugjeron që kjo vend katalitik ka të njëjtën strukturë në parazitin E. cuniculi dhe strehuesit e tij, duke përfshirë H. sapiens. e, f Dendësia përkatëse e elektroneve të qendrës së dekodimit (e) dhe struktura skematike e qendrës së dekodimit (f) tregojnë se E. cuniculi ka mbetje U1491 në vend të A1491 (numërimi i E. coli) në shumë eukariote të tjera. Ky ndryshim sugjeron që E. cuniculi mund të jetë i ndjeshëm ndaj antibiotikëve që synojnë këtë vend aktiv.
Në dallim nga strukturat e përcaktuara më parë të ribozomeve V. necatrix dhe P. locustae (të dyja strukturat përfaqësojnë të njëjtën familje mikrosporidiash Nosematidae dhe janë shumë të ngjashme me njëra-tjetrën), 31,32 ribozomet e E. cuniculi i nënshtrohen proceseve të shumta të fragmentimit të ARN-së r dhe proteinave. Denatyrim i mëtejshëm (Figurat plotësuese 4-6). Në ARN-në r, ndryshimet më të habitshme përfshinin humbjen e plotë të fragmentit të amplifikuar të ARN-së r 25S ES12L dhe degjenerimin e pjesshëm të helikave h39, h41 dhe H18 (Fig. 1c, Fig. plotësuese 4). Ndër proteinat ribozomale, ndryshimet më të habitshme përfshinin humbjen e plotë të proteinës eS30 dhe shkurtimin e proteinave eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 dhe eS7 (Figurat plotësuese 4, 5).
Kështu, reduktimi ekstrem i gjenomeve të specieve Encephalotozoon/Ordospora reflektohet në strukturën e tyre të ribozomeve: Ribozomet e E. cuniculi përjetojnë humbjen më dramatike të përmbajtjes së proteinave në ribozomet citoplazmatike eukariote që i nënshtrohen karakterizimit strukturor, dhe ato as nuk kanë ato ARNr dhe fragmente proteinash që janë të ruajtura gjerësisht jo vetëm në eukariote, por edhe në tre domenet e jetës. Struktura e ribozomës së E. cuniculi ofron modelin e parë molekular për këto ndryshime dhe zbulon ngjarje evolucionare që janë anashkaluar si nga gjenomika krahasuese ashtu edhe nga studimet e strukturës biomolekulare intraqelizore (Fig. Plotësuese 7). Më poshtë, ne përshkruajmë secilën prej këtyre ngjarjeve së bashku me origjinën e tyre të mundshme evolucionare dhe ndikimin e tyre të mundshëm në funksionin e ribozomeve.
Pastaj zbuluam se, përveç shkurtimeve të mëdha të rRNA-së, ribozomet e E. cuniculi kanë variacione të rRNA-së në njërën nga vendet e tyre aktive. Edhe pse qendra e peptidil transferazës së ribozomës E. cuniculi ka të njëjtën strukturë si ribozomet e tjera eukariotike (Fig. 1d), qendra e dekodimit ndryshon për shkak të variacionit të sekuencës në nukleotidin 1491 (numërimi i E. coli, Fig. 1e, f). Ky vëzhgim është i rëndësishëm sepse vendi i dekodimit të ribozomeve eukariotike zakonisht përmban mbetjet G1408 dhe A1491 krahasuar me mbetjet e tipit bakterial A1408 dhe G1491. Ky ndryshim qëndron në themel të ndjeshmërisë së ndryshme të ribozomeve bakteriale dhe eukariotike ndaj familjes aminoglikozide të antibiotikëve ribozomale dhe molekulave të tjera të vogla që synojnë vendin e dekodimit. Në vendin e dekodimit të ribozomës E. cuniculi, mbetja A1491 u zëvendësua me U1491, duke krijuar potencialisht një ndërfaqe unike lidhëse për molekulat e vogla që synojnë këtë vend aktiv. I njëjti variant A14901 është i pranishëm edhe në mikrosporidi të tjera si P. locustae dhe V. necatrix, duke sugjeruar se është i përhapur midis specieve të mikrosporidive (Fig. 1f).
Meqenëse mostrat tona të ribozomit të E. cuniculi u izoluan nga sporet metabolikisht joaktive, ne testuam hartën krio-EM të E. cuniculi për lidhjen e ribozomit të përshkruar më parë në kushte stresi ose urie. Faktorët e letargjisë 31,32,36,37, 38. Ne përputhëm strukturën e përcaktuar më parë të ribozomit në letargji me hartën krio-EM të ribozomit të E. cuniculi. Për bashkim, ribozomet e S. cerevisiae u përdorën në kompleks me faktorin e letargjisë Stm138, ribozomet e karkalecave në kompleks me faktorin Lso232 dhe ribozomet e V. necatrix në kompleks me faktorët Mdf1 dhe Mdf231. Në të njëjtën kohë, gjetëm dendësinë krio-EM që korrespondon me faktorin e pushimit Mdf1. Ngjashëm me lidhjen e Mdf1 me ribozomin V. necatrix, Mdf1 lidhet gjithashtu me ribozomin E. cuniculi, ku bllokon vendin E të ribozomës, ndoshta duke ndihmuar në bërjen e ribozomeve të disponueshme kur sporet e parazitëve bëhen metabolikisht joaktive pas inaktivizimit të trupit (Figura 2).
Mdf1 bllokon vendin E të ribozomës, i cili duket se ndihmon në inaktivizimin e ribozomës kur sporet e parazitëve bëhen metabolikisht joaktive. Në strukturën e ribozomës E. cuniculi, zbuluam se Mdf1 formon një kontakt të panjohur më parë me kërcellin e ribozomës L1, pjesën e ribozomës që lehtëson çlirimin e tRNA-së së deaciluar nga ribozomi gjatë sintezës së proteinave. Këto kontakte sugjerojnë që Mdf1 shkëputet nga ribozomi duke përdorur të njëjtin mekanizëm si tRNA-ja e deacetiluar, duke ofruar një shpjegim të mundshëm për mënyrën se si ribozomi largon Mdf1 për të riaktivizuar sintezën e proteinave.
Megjithatë, struktura jonë zbuloi një kontakt të panjohur midis Mdf1 dhe këmbës së ribozomës L1 (pjesa e ribozomës që ndihmon në çlirimin e ARN-së t të deaciluar nga ribozomi gjatë sintezës së proteinave). Në veçanti, Mdf1 përdor të njëjtat kontakte si segmenti i bërrylit të molekulës së ARN-së t të deaciluar (Fig. 2). Ky modelim molekular i panjohur më parë tregoi se Mdf1 shkëputet nga ribozomi duke përdorur të njëjtin mekanizëm si ARN-ja t e deacetiluar, gjë që shpjegon se si ribozomi largon këtë faktor letargjie për të riaktivizuar sintezën e proteinave.
Gjatë ndërtimit të modelit të ARN-së r, zbuluam se ribozomi i E. cuniculi ka fragmente të ARN-së r të palosura në mënyrë anormale, të cilat i quajtëm ARN- r të shkrirë (Fig. 3). Në ribozomet që përfshijnë tre domenet e jetës, ARN- r paloset në struktura në të cilat shumica e ARN-së r ose çiftëzohen dhe palosen me njëra-tjetrën ose bashkëveprojnë me proteinat ribozomale 38,39,40. Megjithatë, në ribozomet e E. cuniculi, ARN-të r duket se shkelin këtë parim palosjeje duke shndërruar disa nga helikat e tyre në rajone të ARN-së r të shpalosura.
Struktura e spiralës së ARN-së r H18 25S në S. cerevisiae, V. necatrix dhe E. cuniculi. Në mënyrë tipike, në ribozomet që përfshijnë tre domenet e jetës, ky lidhës mbështillet në një spirale ARN që përmban 24 deri në 34 mbetje. Në mikrosporidi, në të kundërt, ky lidhës i ARN-së r reduktohet gradualisht në dy lidhës të pasur me uridinë me një fije të vetme që përmbajnë vetëm 12 mbetje. Shumica e këtyre mbetjeve ekspozohen ndaj tretësve. Figura tregon se mikrosporidiet parazitare duket se shkelin parimet e përgjithshme të palosjes së ARN-së r, ku bazat e ARN-së r zakonisht bashkohen me baza të tjera ose përfshihen në ndërveprimet ARN-r-proteinë. Në mikrosporidi, disa fragmente të ARN-së r marrin një palosje të pafavorshme, në të cilën ish-spiralja e ARN-së r bëhet një fragment me një fije të vetme të zgjatur pothuajse në një vijë të drejtë. Prania e këtyre rajoneve të pazakonta lejon që ARN-ja r e mikrosporidieve të lidhet me fragmente të largëta të ARN-së r duke përdorur një numër minimal të bazave të ARN-së.
Shembulli më i habitshëm i këtij tranzicioni evolucionar mund të vërehet në spiralen e ARN-së r H18 25S (Fig. 3). Në speciet nga E. coli te njerëzit, bazat e kësaj spiraleje të ARN-së r përmbajnë 24-32 nukleotide, duke formuar një spirale paksa të çrregullt. Në strukturat ribozomale të identifikuara më parë nga V. necatrix dhe P. locustae,31,32 bazat e spirales H18 janë pjesërisht të pambështjellura, por çiftëzimi i bazave të nukleotideve ruhet. Megjithatë, në E. cuniculi ky fragment i ARN-së r bëhet lidhësit më të shkurtër 228UUUGU232 dhe 301UUUUUUUUU307. Ndryshe nga fragmentet tipike të ARN-së r, këta lidhës të pasur me uridinë nuk mbështillen ose nuk krijojnë kontakt të gjerë me proteinat ribozomale. Në vend të kësaj, ato miratojnë struktura të hapura për tretës dhe plotësisht të shpalosura në të cilat fijet e ARN-së r shtrihen pothuajse drejt. Ky konformacion i shtrirë shpjegon se si E. cuniculi përdor vetëm 12 baza ARN për të mbushur boshllëkun prej 33 Å midis helikave të ARN-së r H16 dhe H18, ndërsa speciet e tjera kërkojnë të paktën dyfishin e bazave të ARN-së r për të mbushur boshllëkun.
Kështu, ne mund të demonstrojmë se, nëpërmjet palosjes energjikisht të pafavorshme, mikrosporidiet parazitare kanë zhvilluar një strategji për të tkurrur edhe ato segmente të rRNA-së që mbeten gjerësisht të ruajtura në të gjitha speciet në të tre domenet e jetës. Me sa duket, duke grumbulluar mutacione që transformojnë helikat e rRNA-së në lidhës të shkurtër poli-U, E. cuniculi mund të formojë fragmente të pazakonta të rRNA-së që përmbajnë sa më pak nukleotide të jetë e mundur për lidhjen e fragmenteve distale të rRNA-së. Kjo ndihmon në shpjegimin se si mikrosporidiet arritën një reduktim dramatik në strukturën e tyre molekulare bazë pa humbur integritetin e tyre strukturor dhe funksional.
Një tjetër veçori e pazakontë e ARNr-së së E. cuniculi është shfaqja e ARNr-së pa trashje (Fig. 4). Fryrjet janë nukleotide pa çifte bazash që përdridhen nga spiralja e ARN-së në vend që të fshihen në të. Shumica e zgjatjeve të ARNr-së së r veprojnë si ngjitës molekularë, duke ndihmuar në lidhjen e proteinave ribozomale ngjitur ose fragmenteve të tjera të ARNr-së së r. Disa nga fryrjet veprojnë si mentesha, duke lejuar që spiralja e ARNr-së së r të përkulet dhe të paloset në mënyrë optimale për sintezën produktive të proteinave 41.
Një zgjatim i ARNr-së r (numërimi i S. cerevisiae) mungon në strukturën e ribozomit të E. cuniculi, por është i pranishëm në shumicën e eukariotëve të tjerë b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens dhe ribozomet e brendshme të E. cuniculi. Parazitëve u mungojnë shumë nga fryrjet e lashta, shumë të ruajtura të ARNr-së r. Këto trashje stabilizojnë strukturën e ribozomit; prandaj, mungesa e tyre në mikrosporidia tregon një stabilitet të reduktuar të palosjes së ARNr-së r në parazitët e mikrosporidiave. Krahasimi me kërcejtë P (kërcejjet L7/L12 në baktere) tregon se humbja e gungave të ARNr-së r nganjëherë përkon me shfaqjen e gungave të reja pranë gungave të humbura. Helika H42 në ARNr-në 23S/28S ka një fryrje të lashtë (U1206 në Saccharomyces cerevisiae) që vlerësohet të jetë të paktën 3.5 miliardë vjeç për shkak të mbrojtjes së saj në tre domene të jetës. Në mikrosporidia, kjo fryrje eliminohet. Megjithatë, një fryrje e re u shfaq pranë fryrjes së humbur (A1306 në E. cuniculi).
Çuditërisht, ne zbuluam se ribozomet e E. cuniculi nuk kanë shumicën e fryrjeve të rRNA-së që gjenden në specie të tjera, duke përfshirë më shumë se 30 fryrje të ruajtura në eukariote të tjera (Fig. 4a). Kjo humbje eliminon shumë kontakte midis nënnjësive ribozomale dhe helikave ngjitur të rRNA-së, duke krijuar ndonjëherë boshllëqe të mëdha brenda ribozomës, duke e bërë ribozomin e E. cuniculi më poroz krahasuar me ribozomet më tradicionale (Fig. 4b). Veçanërisht, ne zbuluam se shumica e këtyre fryrjeve ishin humbur edhe në strukturat e ribozomit V. necatrix dhe P. locustae të identifikuara më parë, të cilat ishin anashkaluar nga analizat e mëparshme strukturore31,32.
Ndonjëherë humbja e fryrjeve të rRNA-së shoqërohet me zhvillimin e fryrjeve të reja pranë fryrjes së humbur. Për shembull, kërcelli ribozomal P përmban një fryrje U1208 (në Saccharomyces cerevisiae) që mbijetoi nga E. coli te njerëzit dhe për këtë arsye vlerësohet të jetë 3.5 miliardë vjeç. Gjatë sintezës së proteinave, kjo fryrje ndihmon kërcellin P të lëvizë midis konformacioneve të hapura dhe të mbyllura në mënyrë që ribozomi të mund të rekrutojë faktorë përkthimi dhe t'i dorëzojë ata në vendin aktiv. Në ribozomet e E. cuniculi, kjo trashje mungon; megjithatë, një trashje e re (G883) e vendosur vetëm në tre çifte bazash mund të kontribuojë në rivendosjen e fleksibilitetit optimal të kërcellit P (Fig. 4c).
Të dhënat tona mbi rRNA-në pa fryrje sugjerojnë që minimizimi i rRNA-së nuk kufizohet vetëm në humbjen e elementëve të rRNA-së në sipërfaqen e ribozomës, por mund të përfshijë edhe bërthamën e ribozomës, duke krijuar një defekt molekular specifik për parazitin që nuk është përshkruar në qelizat që jetojnë të lira. Vërehen specie të gjalla.
Pas modelimit të proteinave kanonike ribozomale dhe rRNA-së, zbuluam se përbërësit konvencionalë ribozomalë nuk mund të shpjegojnë tre pjesët e imazhit krio-EM. Dy nga këto fragmente janë molekula të vogla në madhësi (Fig. 5, Fig. Plotësuese 8). Segmenti i parë është i vendosur midis proteinave ribozomale uL15 dhe eL18 në një pozicion që zakonisht zë skaji C i eL18, i cili është i shkurtuar në E. cuniculi. Edhe pse nuk mund ta përcaktojmë identitetin e kësaj molekule, madhësia dhe forma e këtij ishulli të dendësisë shpjegohet mirë nga prania e molekulave të spermidinës. Lidhja e saj me ribozomin stabilizohet nga mutacionet specifike të mikrosporidias në proteinat uL15 (Asp51 dhe Arg56), të cilat duket se rrisin afinitetin e ribozomës për këtë molekulë të vogël, pasi ato lejojnë që uL15 ta mbështjellë molekulën e vogël në një strukturë ribozomale. Figura Plotësuese 2). 8, të dhëna shtesë 1, 2).
Imazheria Cryo-EM tregon praninë e nukleotideve jashtë ribozës së lidhur me ribozomin E. cuniculi. Në ribozomin E. cuniculi, ky nukleotid zë të njëjtin vend si nukleotidi A3186 i ARNr 25S (numërimi Saccharomyces cerevisiae) në shumicën e ribozomeve të tjera eukariotike. b Në strukturën ribozomale të E. cuniculi, ky nukleotid ndodhet midis proteinave ribozomale uL9 dhe eL20, duke stabilizuar kështu kontaktin midis dy proteinave. cd analiza e ruajtjes së sekuencës eL20 midis specieve të mikrosporidiave. Pema filogjenetike e specieve Microsporidia (c) dhe rreshtimi i shumëfishtë i sekuencave të proteinës eL20 (d) tregojnë se mbetjet F170 dhe K172 që lidhen me nukleotidet janë të ruajtura në shumicën e Microsporidia tipike, me përjashtim të S. lophii, me përjashtim të Microsporidia degëzuese të hershme, të cilat ruajtën zgjatimin e ARNr ES39L. Kjo figurë tregon se mbetjet F170 dhe K172 që lidhen me nukleotidet janë të pranishme vetëm në eL20 të gjenomës shumë të reduktuar të mikrosporidias, por jo në eukariote të tjera. Në përgjithësi, këto të dhëna sugjerojnë që ribozomet mikrosporidiane kanë zhvilluar një vend lidhjeje nukleotidesh që duket se lidhet me molekulat AMP dhe i përdor ato për të stabilizuar ndërveprimet proteinë-proteinë në strukturën ribozomale. Ruajtja e lartë e këtij vendi lidhjeje në mikrosporidia dhe mungesa e tij në eukariote të tjera sugjeron që ky vend mund të ofrojë një avantazh mbijetese selektiv për mikrosporidia. Kështu, xhepi që lidhet me nukleotidet në ribozomin e mikrosporidias nuk duket të jetë një tipar degjenerues ose formë fundore e degradimit të rRNA-së siç është përshkruar më parë, por më tepër një inovacion i dobishëm evolucionar që lejon ribozomin e mikrosporidias të lidhet drejtpërdrejt me molekula të vogla, duke i përdorur ato si blloqe ndërtimi molekulare. Ky zbulim e bën ribozomin e mikrosporidias të vetmin ribozom të njohur që përdor një nukleotid të vetëm si bllokun e tij ndërtimor strukturor. f Rruga hipotetike evolucionare që rrjedh nga lidhja e nukleotideve.
Dendësia e dytë me peshë të ulët molekulare ndodhet në ndërfaqen midis proteinave ribozomale uL9 dhe eL30 (Fig. 5a). Kjo ndërfaqe është përshkruar më parë në strukturën e ribozomit Saccharomyces cerevisiae si një vend lidhës për nukleotidin 25S të rRNA A3186 (pjesë e zgjatimit të rRNA ES39L)38. U tregua se në ribozomet e degjeneruara të P. locustae ES39L, kjo ndërfaqe lidhet me një nukleotid të vetëm të panjohur 31, dhe supozohet se ky nukleotid është një formë përfundimtare e reduktuar e rRNA-së, në të cilën gjatësia e rRNA-së është ~130-230 baza. ES39L është reduktuar në një nukleotid të vetëm 32.43. Imazhet tona krio-EM mbështesin idenë se dendësia mund të shpjegohet nga nukleotidet. Megjithatë, rezolucioni më i lartë i strukturës sonë tregoi se ky nukleotid është një molekulë ekstraribozomale, ndoshta AMP (Fig. 5a, b).
Pastaj pyetëm nëse vendi i lidhjes së nukleotideve shfaqej në ribozomin E. cuniculi apo ekzistonte më parë. Meqenëse lidhja e nukleotideve ndërmjetësohet kryesisht nga mbetjet Phe170 dhe Lys172 në proteinën ribozomale eL30, vlerësuam ruajtjen e këtyre mbetjeve në 4396 eukariote përfaqësuese. Ashtu si në rastin e uL15 më sipër, zbuluam se mbetjet Phe170 dhe Lys172 janë shumë të ruajtura vetëm në Microsporidia tipike, por mungojnë në eukariote të tjera, duke përfshirë Microsporidia atipike Mitosporidium dhe Amphiamblys, në të cilat fragmenti i rRNA-së ES39L nuk është i reduktuar 44, 45, 46 (Fig. 5c). -e).
Të marra së bashku, këto të dhëna mbështesin idenë se E. cuniculi dhe ndoshta mikrosporidia të tjera kanonike kanë evoluar aftësinë për të kapur në mënyrë efikase një numër të madh metabolitësh të vegjël në strukturën e ribozomës për të kompensuar rënien e niveleve të rRNA-së dhe proteinave. Duke vepruar kështu, ata kanë zhvilluar një aftësi unike për të lidhur nukleotidet jashtë ribozomës, duke treguar se strukturat molekulare parazitare kompensojnë duke kapur metabolite të vegjël të bollshëm dhe duke i përdorur ato si imitues strukturorë të fragmenteve të degraduara të ARN-së dhe proteinave.
Pjesa e tretë e pasimuluar e hartës sonë krio-EM, e gjetur në nënnjësinë e madhe ribozomale. Rezolucioni relativisht i lartë (2.6 Å) i hartës sonë sugjeron që kjo dendësi i përket proteinave me kombinime unike të mbetjeve të mëdha të zinxhirit anësor, të cilat na lejuan të identifikonim këtë dendësi si një proteinë ribozomale të panjohur më parë që e identifikuam si. Ajo u emërua msL2 (Proteina specifike për Microsporidia L2) (metodat, figura 6). Kërkimi ynë i homologjisë tregoi se msL2 është e konservuar në kladin Microsporidia të gjinisë Encephaliter dhe Orosporidium, por mungon në specie të tjera, duke përfshirë Microsporidia të tjera. Në strukturën ribozomale, msL2 zë një boshllëk të formuar nga humbja e ARN-së së zgjeruar ES31L. Në këtë boshllëk, msL2 ndihmon në stabilizimin e palosjes së ARN-së së r dhe mund të kompensojë humbjen e ES31L (Figura 6).
a Dendësia e elektroneve dhe modeli i proteinës ribozomale msL2 specifike për Microsporidia që gjendet në ribozomet e E. cuniculi. b Shumica e ribozomeve eukariotike, përfshirë ribozomin 80S të Saccharomyces cerevisiae, kanë amplifikim të ARN-së ES19L të humbur në shumicën e specieve mikrosporidiane. Struktura e përcaktuar më parë e ribozomës së mikrosporidias V. necatrix sugjeron që humbja e ES19L në këto parazitë kompensohet nga evolucioni i proteinës së re ribozomale msL1. Në këtë studim, zbuluam se ribozomi i E. cuniculi zhvilloi gjithashtu një proteinë shtesë imituese të ARN-së ribozomale si një kompensim i dukshëm për humbjen e ES19L. Megjithatë, msL2 (aktualisht e shënuar si proteina hipotetike ECU06_1135) dhe msL1 kanë origjina të ndryshme strukturore dhe evolucionare. Ky zbulim i gjenerimit të proteinave ribozomale msL1 dhe msL2 të palidhura evolucionarisht sugjeron që nëse ribozomet grumbullojnë mutacione të dëmshme në rRNA-në e tyre, ato mund të arrijnë nivele të papara të diversitetit përbërës edhe në një nëngrup të vogël të specieve të lidhura ngushtë. Ky zbulim mund të ndihmojë në sqarimin e origjinës dhe evolucionit të ribozomës mitokondriale, e cila është e njohur për rRNA-në e saj shumë të reduktuar dhe ndryshueshmërinë anormale në përbërjen e proteinave nëpër specie.
Pastaj krahasuam proteinën msL2 me proteinën msL1 të përshkruar më parë, e vetmja proteinë ribozomale specifike për mikrosporidia të njohur që gjendet në ribozomin V. necatrix. Ne donim të testonim nëse msL1 dhe msL2 janë të lidhura evolucionarisht. Analiza jonë tregoi se msL1 dhe msL2 zënë të njëjtën zgavër në strukturën ribozomale, por kanë struktura të ndryshme primare dhe terciare, gjë që tregon origjinën e tyre të pavarur evolucionare (Fig. 6). Kështu, zbulimi ynë i msL2 ofron prova se grupet e specieve kompakte eukariote mund të evoluojnë në mënyrë të pavarur proteina ribozomale të dallueshme strukturore për të kompensuar humbjen e fragmenteve të rRNA-së. Ky zbulim është i dukshëm në atë që shumica e ribozomeve citoplazmatike eukariote përmbajnë një proteinë invariante, duke përfshirë të njëjtën familje prej 81 proteinash ribozomale. Shfaqja e msL1 dhe msL2 në klade të ndryshme të mikrosporidiave në përgjigje të humbjes së segmenteve të zgjeruara të rRNA-së sugjeron që degradimi i arkitekturës molekulare të parazitit bën që parazitët të kërkojnë mutacione kompensuese, të cilat përfundimisht mund të çojnë në përvetësimin e tyre në popullata të ndryshme të parazitëve.
Së fundmi, kur modeli ynë u përfundua, krahasuam përbërjen e ribozomës E. cuniculi me atë të parashikuar nga sekuenca e gjenomit. Disa proteina ribozomale, duke përfshirë eL14, eL38, eL41 dhe eS30, më parë mendohej se mungonin nga gjenomi i E. cuniculi për shkak të mungesës së dukshme të homologëve të tyre nga gjenomi i E. cuniculi. Humbja e shumë proteinave ribozomale parashikohet gjithashtu në shumicën e parazitëve dhe endosimbiontëve të tjerë intraqelizorë shumë të reduktuar. Për shembull, megjithëse shumica e baktereve që jetojnë të lira përmbajnë të njëjtën familje prej 54 proteinash ribozomale, vetëm 11 nga këto familje proteinash kanë homologë të dallueshëm në secilin gjenom të analizuar të baktereve të kufizuara nga strehuesi. Në mbështetje të këtij nocioni, një humbje e proteinave ribozomale është vërejtur eksperimentalisht në mikrosporidia V. necatrix dhe P. locustae, të cilave u mungojnë proteinat eL38 dhe eL4131,32.
Megjithatë, strukturat tona tregojnë se vetëm eL38, eL41 dhe eS30 humbasin në të vërtetë në ribozomin E. cuniculi. Proteina eL14 u ruajt dhe struktura jonë tregoi pse kjo proteinë nuk mund të gjendej në kërkimin e homologjisë (Fig. 7). Në ribozomet e E. cuniculi, pjesa më e madhe e vendit të lidhjes së eL14 humbet për shkak të degradimit të ES39L të amplifikuar me rRNA. Në mungesë të ES39L, eL14 humbi pjesën më të madhe të strukturës së saj sekondare, dhe vetëm 18% e sekuencës eL14 ishte identike në E. cuniculi dhe S. cerevisiae. Kjo ruajtje e dobët e sekuencës është e jashtëzakonshme sepse edhe Saccharomyces cerevisiae dhe Homo sapiens - organizma që evoluan 1.5 miliardë vjet larg njëri-tjetrit - ndajnë më shumë se 51% të të njëjtave mbetje në eL14. Kjo humbje anomale e ruajtjes shpjegon pse E. cuniculi eL14 aktualisht është shënuar si proteina e supozuar M970_061160 dhe jo si proteina ribozomale eL1427.
dhe Ribozomi i Microsporidia humbi zgjatimin e ARNr ES39L, i cili eliminoi pjesërisht vendin e lidhjes së proteinave ribozomale eL14. Në mungesë të ES39L, proteina e mikrosporeve eL14 pëson një humbje të strukturës sekondare, në të cilën ish-heliksi α që lidhet me ARNr degjeneron në një lak me gjatësi minimale. b Rreshtimi i shumëfishtë i sekuencave tregon se proteina eL14 është shumë e ruajtur në speciet eukariotike (57% identitet sekuence midis homologëve të majasë dhe njeriut), por e ruajtur dobët dhe divergjente në mikrosporidia (në të cilat jo më shumë se 24% e mbetjeve janë identike me homologun eL14). nga S. cerevisiae ose H. sapiens). Kjo ruajtje e dobët e sekuencës dhe ndryshueshmëria e strukturës sekondare shpjegon pse homologu eL14 nuk është gjetur kurrë në E. cuniculi dhe pse kjo proteinë mendohet se është humbur në E. cuniculi. Në të kundërt, E. cuniculi eL14 ishte shënuar më parë si një proteinë e supozuar M970_061160. Ky vëzhgim sugjeron që diversiteti i gjenomit të mikrosporidias aktualisht mbivlerësohet: disa gjene që aktualisht mendohet se humbasin në mikrosporidia në fakt janë ruajtur, megjithëse në forma shumë të diferencuara; në vend të kësaj, disa mendohet se kodojnë gjenet e mikrosporidias për proteinat specifike të krimbave (p.sh., proteina hipotetike M970_061160) në të vërtetë kodon për proteinat shumë të larmishme që gjenden në eukariote të tjera.
Ky zbulim sugjeron që denaturimi i rRNA-së mund të çojë në një humbje dramatike të ruajtjes së sekuencës në proteinat ribozomale ngjitur, duke i bërë këto proteina të pazbulueshme për kërkimet e homologjisë. Kështu, ne mund ta mbivlerësojmë shkallën aktuale të degradimit molekular në organizmat me gjenom të vogël, pasi disa proteina që mendohet se janë humbur në të vërtetë vazhdojnë, megjithëse në forma shumë të ndryshuara.
Si mund ta ruajnë parazitët funksionin e makinave të tyre molekulare në kushte të reduktimit ekstrem të gjenomit? Studimi ynë i përgjigjet kësaj pyetjeje duke përshkruar strukturën komplekse molekulare (ribozomin) e E. cuniculi, një organizëm me një nga gjenomet eukariotike më të vogla.
Prej gati dy dekadash është e njohur se molekulat e proteinave dhe ARN-së në parazitët mikrobikë shpesh ndryshojnë nga molekulat e tyre homologe në speciet që jetojnë të lira sepse u mungojnë qendrat e kontrollit të cilësisë, janë të reduktuara në 50% të madhësisë së tyre në mikrobet që jetojnë të lira, etj., shumë mutacione dobësuese që dëmtojnë palosjen dhe funksionin. Për shembull, ribozomet e organizmave me gjenom të vogël, duke përfshirë shumë parazitë dhe endosimbiontë intraqelizorë, pritet të kenë mungesë të disa proteinave ribozomale dhe deri në një të tretën e nukleotideve të rARN-së krahasuar me speciet që jetojnë të lira 27, 29, 30, 49. Megjithatë, mënyra se si funksionojnë këto molekula në parazit mbetet kryesisht një mister, i studiuar kryesisht përmes gjenomikës krahasuese.
Studimi ynë tregon se struktura e makromolekulave mund të zbulojë shumë aspekte të evolucionit që janë të vështira për t'u nxjerrë nga studimet tradicionale krahasuese gjenomike të parazitëve intraqelizorë dhe organizmave të tjerë të kufizuar nga strehuesi (Fig. Plotësuese 7). Për shembull, shembulli i proteinës eL14 tregon se ne mund ta mbivlerësojmë shkallën aktuale të degradimit të aparatit molekular në speciet parazitare. Parazitët encefalitikë tani besohet se kanë qindra gjene specifike për mikrosporidia. Megjithatë, rezultatet tona tregojnë se disa nga këto gjene në dukje specifike janë në të vërtetë vetëm variante shumë të ndryshme të gjeneve që janë të zakonshme në eukariotët e tjerë. Për më tepër, shembulli i proteinës msL2 tregon se si ne i anashkalojmë proteinat e reja ribozomale dhe nënvlerësojmë përmbajtjen e makinave molekulare parazitare. Shembulli i molekulave të vogla tregon se si mund t'i anashkalojmë inovacionet më të zgjuara në strukturat molekulare parazitare që mund t'u japin atyre aktivitet të ri biologjik.
Të marra së bashku, këto rezultate përmirësojnë kuptimin tonë të ndryshimeve midis strukturave molekulare të organizmave të kufizuar nga pritësi dhe homologëve të tyre në organizmat që jetojnë të lirë. Ne tregojmë se makinat molekulare, të cilat prej kohësh mendoheshin të reduktoheshin, të degjeneroheshin dhe të nënshtroheshin ndaj mutacioneve të ndryshme dobësuese, në vend të kësaj kanë një sërë karakteristikash strukturore të pazakonta të anashkaluara sistematikisht.
Nga ana tjetër, fragmentet jo të mëdha të rRNA-së dhe fragmentet e shkrira që gjetëm në ribozomet e E. cuniculi sugjerojnë që reduktimi i gjenomit mund të ndryshojë edhe ato pjesë të mekanizmit bazë molekular që ruhen në tre domenet e jetës - pas pothuajse 3.5 miliardë vjetësh - evolucion i pavarur i specieve.
Fragmentet e ARN-së r pa fryrje dhe të shkrira në ribozomet E. cuniculi janë me interes të veçantë në dritën e studimeve të mëparshme të molekulave të ARN-së në bakteret endosimbiotike. Për shembull, në endosimbiontin e afideve Buchnera aphidicola, molekulat e ARN-së r dhe tRNA janë treguar se kanë struktura të ndjeshme ndaj temperaturës për shkak të paragjykimit të përbërjes A+T dhe një proporcioni të lartë të çifteve bazë jo-kanonike20,50. Këto ndryshime në ARN, si dhe ndryshimet në molekulat e proteinave, tani mendohet të jenë përgjegjëse për varësinë e tepërt të endosimbiontëve nga partnerët dhe pamundësinë e endosimbiontëve për të transferuar nxehtësinë21, 23. Megjithëse ARN-ja r e mikrosporidieve parazitare ka ndryshime strukturore të dallueshme, natyra e këtyre ndryshimeve sugjeron që stabiliteti termik i reduktuar dhe varësia më e lartë nga proteinat chaperone mund të jenë karakteristika të zakonshme të molekulave të ARN-së në organizmat me gjenome të reduktuara.
Nga ana tjetër, strukturat tona tregojnë se mikrosporidia e parazitëve ka evoluar një aftësi unike për t'i rezistuar fragmenteve të proteinave dhe ARN-së të ruajtura gjerësisht, duke zhvilluar aftësinë për të përdorur metabolite të vogla të bollshme dhe lehtësisht të disponueshme si imitues strukturorë të fragmenteve të degjeneruara të ARN-së dhe proteinave. Degradimi i strukturës molekulare. Ky mendim mbështetet nga fakti se molekulat e vogla që kompensojnë humbjen e fragmenteve të proteinave në ARN-në dhe ribozomet e E. cuniculi lidhen me mbetjet specifike të mikrosporidias në proteinat uL15 dhe eL30. Kjo sugjeron që lidhja e molekulave të vogla me ribozomet mund të jetë një produkt i përzgjedhjes pozitive, në të cilën mutacionet specifike të mikrosporidias në proteinat ribozomale janë përzgjedhur për aftësinë e tyre për të rritur afinitetin e ribozomeve për molekula të vogla, të cilat mund të çojnë në organizma ribozomale më efikase. Zbulimi zbulon një inovacion të zgjuar në strukturën molekulare të parazitëve mikrobikë dhe na jep një kuptim më të mirë se si strukturat molekulare të parazitëve ruajnë funksionin e tyre pavarësisht evolucionit reduktiv.
Aktualisht, identifikimi i këtyre molekulave të vogla mbetet i paqartë. Nuk është e qartë pse shfaqja e këtyre molekulave të vogla në strukturën ribozomale ndryshon midis specieve të mikrosporidiave. Në veçanti, nuk është e qartë pse lidhja e nukleotideve vërehet në ribozomet e E. cuniculi dhe P. locustae, dhe jo në ribozomet e V. necatrix, pavarësisht pranisë së mbetjes F170 në proteinat eL20 dhe K172 të V. necatrix. Kjo fshirje mund të shkaktohet nga mbetja 43 uL6 (e vendosur ngjitur me xhepin e lidhjes së nukleotideve), e cila është tirozinë në V. necatrix dhe jo treoninë në E. cuniculi dhe P. locustae. Zinxhiri anësor aromatik i rëndë i Tyr43 mund të ndërhyjë në lidhjen e nukleotideve për shkak të mbivendosjes sterike. Nga ana tjetër, fshirja e dukshme e nukleotideve mund të jetë për shkak të rezolucionit të ulët të imazherisë krio-EM, e cila pengon modelimin e fragmenteve ribozomale të V. necatrix.
Nga ana tjetër, puna jonë sugjeron që procesi i zbërthimit të gjenomit mund të jetë një forcë shpikëse. Në veçanti, struktura e ribozomës E. cuniculi sugjeron që humbja e ARN-së r dhe fragmenteve të proteinave në ribozomin e mikrosporidias krijon presion evolucionar që nxit ndryshime në strukturën e ribozomës. Këto variante ndodhin larg vendit aktiv të ribozomës dhe duket se ndihmojnë në ruajtjen (ose rivendosjen) e montimit optimal të ribozomës që përndryshe do të ndërpritej nga ARN-ja r e reduktuar. Kjo sugjeron që një risi e madhe e ribozomës së mikrosporidias duket se ka evoluar në një nevojë për të zbutur zhvendosjen e gjeneve.
Ndoshta kjo ilustrohet më së miri nga lidhja e nukleotideve, e cila nuk është vërejtur kurrë në organizma të tjerë deri më tani. Fakti që mbetjet që lidhen me nukleotidet janë të pranishme në mikrosporidiet tipike, por jo në eukariotët e tjerë, sugjeron që vendet e lidhjes së nukleotideve nuk janë thjesht relike që presin të zhduken, ose vendi përfundimtar që rRNA-ja të rikthehet në formën e nukleotideve individuale. Në vend të kësaj, kjo faqe duket si një tipar i dobishëm që mund të ketë evoluar gjatë disa raundeve të përzgjedhjes pozitive. Vendet e lidhjes së nukleotideve mund të jenë një nënprodukt i përzgjedhjes natyrore: sapo ES39L degradohet, mikrosporidiet detyrohen të kërkojnë kompensim për të rivendosur biogjenezën optimale të ribozomit në mungesë të ES39L. Meqenëse ky nukleotid mund të imitojë kontaktet molekulare të nukleotidit A3186 në ES39L, molekula e nukleotidit bëhet një bllok ndërtimi i ribozomës, lidhja e së cilës përmirësohet më tej nga mutacioni i sekuencës eL30.
Lidhur me evolucionin molekular të parazitëve intraqelizorë, studimi ynë tregon se forcat e përzgjedhjes natyrore darviniane dhe zhvendosjes gjenetike të zbërthimit të gjenomit nuk veprojnë paralelisht, por luhaten. Së pari, zhvendosja gjenetike eliminon tipare të rëndësishme të biomolekulave, duke e bërë kompensimin shumë të nevojshëm. Vetëm kur parazitët e plotësojnë këtë nevojë përmes përzgjedhjes natyrore darviniane, makromolekulat e tyre do të kenë një shans për të zhvilluar tiparet e tyre më mbresëlënëse dhe inovative. Është e rëndësishme të theksohet se evolucioni i vendeve të lidhjes së nukleotideve në ribozomin e E. cuniculi sugjeron që ky model humbjeje-fitimi i evolucionit molekular jo vetëm që amortizon mutacionet e dëmshme, por ndonjëherë u jep funksione krejtësisht të reja makromolekulave parazitare.
Kjo ide është në përputhje me teorinë e ekuilibrit lëvizës të Sewell Wright, e cila pohon se një sistem i rreptë i përzgjedhjes natyrore kufizon aftësinë e organizmave për të inovuar51,52,53. Megjithatë, nëse zhvendosja gjenetike prish përzgjedhjen natyrore, këto zhvendosje mund të prodhojnë ndryshime që nuk janë në vetvete adaptive (ose edhe të dëmshme), por çojnë në ndryshime të mëtejshme që ofrojnë një përshtatshmëri më të lartë ose aktivitet të ri biologjik. Korniza jonë e mbështet këtë ide duke ilustruar se i njëjti lloj mutacioni që zvogëlon palosjen dhe funksionin e një biomolekule duket të jetë shkaktari kryesor për përmirësimin e saj. Në përputhje me modelin evolucionar fitimprurës për të dyja palët, studimi ynë tregon se prishja e gjenomit, e parë tradicionalisht si një proces degjenerues, është gjithashtu një nxitës kryesor i inovacionit, ndonjëherë dhe ndoshta edhe shpesh duke lejuar makromolekulat të fitojnë aktivitete të reja parazitare.