Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Mageuko ya vimelea vya vijidudu yanahusisha upinzani kati ya uteuzi wa asili, ambao husababisha vimelea kuboreka, na mkondo wa kijenetiki, ambao husababisha vimelea kupoteza jeni na kukusanya mabadiliko mabaya. Hapa, ili kuelewa jinsi upinzani huu unavyotokea kwa kiwango cha molekuli moja kubwa, tunaelezea muundo wa cryo-EM wa ribosomu ya Encephalitozoon cuniculi, kiumbe cha yukariyoti chenye moja ya jenomu ndogo zaidi katika asili. Kupungua kwa kiwango kikubwa kwa rRNA katika ribosomu za E. cuniculi kunaambatana na mabadiliko ya kimuundo ambayo hayajawahi kutokea, kama vile mageuko ya viunganishi vya rRNA vilivyounganishwa hapo awali na rRNA bila uvimbe. Kwa kuongezea, ribosomu ya E. cuniculi ilinusurika kupotea kwa vipande na protini za rRNA kwa kukuza uwezo wa kutumia molekuli ndogo kama mifano ya kimuundo ya vipande na protini za rRNA zilizoharibika. Kwa ujumla, tunaonyesha kwamba miundo ya molekuli iliyofikiriwa kwa muda mrefu kuwa imepunguzwa, huharibika, na inakabiliwa na mabadiliko yanayodhoofisha ina mifumo kadhaa ya fidia ambayo huifanya iwe hai licha ya mikazo mikali ya molekuli.
Kwa sababu makundi mengi ya vimelea vya vijidudu yana zana za kipekee za molekuli za kutumia wenyeji wao, mara nyingi tunapaswa kutengeneza tiba tofauti kwa makundi tofauti ya vimelea1,2. Hata hivyo, ushahidi mpya unaonyesha kwamba baadhi ya vipengele vya mageuko ya vimelea vinaendana na kwa kiasi kikubwa vinaweza kutabirika, ikionyesha msingi unaowezekana wa uingiliaji kati mpana wa matibabu katika vimelea vya vijidudu3,4,5,6,7,8,9.
Kazi ya awali imebainisha mwelekeo wa kawaida wa mageuzi katika vimelea vya vijidudu unaoitwa kupunguza jenomu au kuoza kwa jenomu10,11,12,13. Utafiti wa sasa unaonyesha kwamba vijidudu vinapoacha mtindo wao wa maisha huru na kuwa vimelea vya ndani ya seli (au endosymbionts), jenomu zao hupitia mabadiliko ya polepole lakini ya kushangaza kwa mamilioni ya miaka9,11. Katika mchakato unaojulikana kama kuoza kwa jenomu, vimelea vya vijidudu hukusanya mabadiliko mabaya ambayo hubadilisha jeni nyingi muhimu hapo awali kuwa jeni bandia, na kusababisha upotevu wa jeni taratibu na kuporomoka kwa mabadiliko14,15. Kuporomoka huku kunaweza kuharibu hadi 95% ya jeni katika viumbe vya zamani zaidi vya ndani ya seli ikilinganishwa na spishi huru zinazohusiana kwa karibu. Kwa hivyo, mageuzi ya vimelea vya ndani ya seli ni mvutano kati ya nguvu mbili zinazopingana: uteuzi wa asili wa Darwin, unaosababisha uboreshaji wa vimelea, na kuporomoka kwa jenomu, na kusahau vimelea. Jinsi vimelea vilivyoweza kutokea kutoka kwenye mvutano huu na kudumisha shughuli za muundo wake wa molekuli bado haijulikani wazi.
Ingawa utaratibu wa kuoza kwa jenomu haueleweki kikamilifu, inaonekana hutokea hasa kutokana na mabadiliko ya kijenetiki mara kwa mara. Kwa sababu vimelea huishi katika idadi ndogo, isiyo ya ngono, na yenye viini vidogo, hawawezi kuondoa kwa ufanisi mabadiliko mabaya ambayo wakati mwingine hutokea wakati wa urudufishaji wa DNA. Hii husababisha mkusanyiko usioweza kurekebishwa wa mabadiliko hatari na kupungua kwa jenomu ya vimelea. Matokeo yake, vimelea havipotezi tu jeni ambazo hazihitajiki tena kwa ajili ya kuishi kwake katika mazingira ya ndani ya seli. Ni kutoweza kwa idadi ya vimelea kuondoa kwa ufanisi mabadiliko mabaya ya hapa na pale ambayo husababisha mabadiliko haya kujikusanya katika jenomu yote, ikiwa ni pamoja na jeni zao muhimu zaidi.
Uelewa wetu mwingi wa sasa kuhusu upunguzaji wa jenomu unategemea tu ulinganisho wa mfuatano wa jenomu, huku umakini mdogo ukielekezwa kwa mabadiliko katika molekuli halisi zinazofanya kazi za utunzaji wa nyumba na kutumika kama shabaha zinazowezekana za dawa. Uchunguzi wa kulinganisha umeonyesha kuwa mzigo wa mabadiliko ya vijidudu ndani ya seli unaoharibu unaonekana kusababisha protini na asidi za kiini kuchanganyikiwa na kukusanyika, na kuwafanya kuwa tegemezi zaidi kwa chaperone na nyeti sana kwa joto19,20,21,22,23. Kwa kuongezea, vimelea mbalimbali—mageuko huru wakati mwingine yaliyotenganishwa na hadi miaka bilioni 2.5—vilipata hasara sawa ya vituo vya udhibiti wa ubora katika usanisi wao wa protini5,6 na utaratibu wa urekebishaji wa DNA24. Hata hivyo, ni machache yanayojulikana kuhusu athari ya mtindo wa maisha ndani ya seli kwenye sifa zingine zote za makromolekuli za seli, ikiwa ni pamoja na marekebisho ya molekuli kwa mzigo unaoongezeka wa mabadiliko mabaya.
Katika kazi hii, ili kuelewa vyema mageuko ya protini na asidi za kiini za vijidudu vya ndani ya seli, tulibaini muundo wa ribosomu za vimelea vya ndani ya seli Encephalitozoon cuniculi. E. cuniculi ni kiumbe kama kuvu kinachomilikiwa na kundi la mikrosporidia ya vimelea ambayo ina jenomu ndogo za yukariyoti na kwa hivyo hutumika kama viumbe vya mfano kusoma uozo wa jenomu25,26,27,28,29,30. Hivi majuzi, muundo wa ribosomu ya cryo-EM ulibainishwa kwa jenomu zilizopunguzwa kiasi za Microsporidia, Paranosema locustae, na Vairimorpha necatrix31,32 (jenomu ya ~3.2 Mb). Miundo hii inaonyesha kwamba upotevu fulani wa ukuzaji wa rRNA hulipwa na maendeleo ya migusano mipya kati ya protini za ribosomu za jirani au upatikanaji wa protini mpya za ribosomu za msL131,32. Spishi Encephalitozoon (jenomu ~ milioni 2.5 bp), pamoja na jamaa yao wa karibu zaidi Ordospora, zinaonyesha kiwango cha mwisho cha kupungua kwa jenomu katika yukariyoti - zina chini ya jeni 2000 zinazoweka protini, na inatarajiwa kwamba ribosomu zao sio tu hazina vipande vya upanuzi wa rRNA (vipande vya rRNA vinavyotofautisha ribosomu za yukariyoti na ribosomu za bakteria) pia zina protini nne za ribosomu kutokana na ukosefu wao wa homologues katika jenomu ya E. cuniculi26,27,28. Kwa hivyo, tulihitimisha kwamba ribosomu ya E. cuniculi inaweza kufichua mikakati isiyojulikana hapo awali ya kukabiliana na molekuli kwa kuoza kwa jenomu.
Muundo wetu wa cryo-EM unawakilisha ribosomu ndogo zaidi ya saitoplazimu ya yukariyoti kubainishwa na hutoa ufahamu kuhusu jinsi kiwango cha mwisho cha upunguzaji wa jenomu kinavyoathiri muundo, mkusanyiko, na mageuko ya mashine ya molekuli ambayo ni muhimu kwa seli. Tuligundua kuwa ribosomu ya E. cuniculi inakiuka kanuni nyingi zilizohifadhiwa sana za mkusanyiko wa RNA unaokunjwa na ribosomu, na tukagundua protini mpya ya ribosomu ambayo hapo awali haikujulikana. Bila kutarajia, tunaonyesha kwamba ribosomu za microsporidia zimebadilisha uwezo wa kufunga molekuli ndogo, na kudhani kwamba kupunguzwa katika rRNA na protini husababisha uvumbuzi wa mageuko ambao hatimaye unaweza kutoa sifa muhimu kwenye ribosomu.
Ili kuboresha uelewa wetu wa mageuko ya protini na asidi za kiini katika viumbe hai vya ndani ya seli, tuliamua kutenganisha spores za E. cuniculi kutoka kwa tamaduni za seli za mamalia zilizoambukizwa ili kusafisha ribosomu zao na kubaini muundo wa ribosomu hizi. Ni vigumu kupata idadi kubwa ya microsporidia ya vimelea kwa sababu microsporidia haiwezi kupandwa katika njia ya virutubisho. Badala yake, hukua na kuzaliana tu ndani ya seli mwenyeji. Kwa hivyo, ili kupata biomasi ya E. cuniculi kwa ajili ya utakaso wa ribosomu, tuliambukiza mstari wa seli ya figo ya mamalia RK13 na spores za E. cuniculi na tukalima seli hizi zilizoambukizwa kwa wiki kadhaa ili kuruhusu E. cuniculi kukua na kuongezeka. Kwa kutumia safu moja ya seli iliyoambukizwa ya takriban nusu mita ya mraba, tuliweza kusafisha takriban 300 mg ya spores za Microsporidia na kuzitumia kutenganisha ribosomu. Kisha tulivuruga spores zilizosafishwa kwa shanga za kioo na kutenganisha ribosomu ghafi kwa kutumia mgawanyiko wa lysates wa polyethilini glikoli. Hii ilituwezesha kupata takriban µg 300 za ribosomu mbichi za E. cuniculi kwa ajili ya uchambuzi wa kimuundo.
Kisha tukakusanya picha za cryo-EM kwa kutumia sampuli za ribosomu zilizotokana na kusindika picha hizi kwa kutumia barakoa zinazolingana na sehemu ndogo ya ribosomu, kichwa kidogo cha sehemu ndogo, na sehemu ndogo ndogo. Wakati wa mchakato huu, tulikusanya picha za takriban chembe 108,000 za ribosomu na picha za cryo-EM zilizokokotolewa zenye ubora wa 2.7 Å (Michoro ya Nyongeza 1-3). Kisha tulitumia picha za cryoEM kuiga rRNA, protini ya ribosomu, na kipengele cha hibernation Mdf1 kinachohusishwa na ribosomu za E. cuniculi (Mchoro 1a, b).
a Muundo wa ribosomu ya E. cuniculi katika mchanganyiko na kipengele cha hibernation Mdf1 (pdb id 7QEP). b Ramani ya kipengele cha hibernation Mdf1 kinachohusishwa na ribosomu ya E. cuniculi. c Ramani ya muundo wa pili inayolinganisha rRNA iliyopatikana katika spishi za Microsporidian na miundo inayojulikana ya ribosomu. Paneli zinaonyesha eneo la vipande vya rRNA vilivyoongezwa (ES) na maeneo amilifu ya ribosomu, ikiwa ni pamoja na tovuti ya kusimbua (DC), kitanzi cha sarcinicin (SRL), na kituo cha peptidyl transferase (PTC). d Msongamano wa elektroni unaolingana na kituo cha peptidyl transferase cha ribosomu ya E. cuniculi unaonyesha kwamba eneo hili la kichocheo lina muundo sawa katika vimelea vya E. cuniculi na wenyeji wake, ikiwa ni pamoja na H. sapiens. e, f Msongamano wa elektroni unaolingana wa kituo cha kusimbua (e) na muundo wa kimchoro wa kituo cha kusimbua (f) unaonyesha kwamba E. cuniculi ina mabaki ya U1491 badala ya A1491 (nambari za E. coli) katika yukariyoti nyingine nyingi. Mabadiliko haya yanaonyesha kwamba E. cuniculi inaweza kuwa nyeti kwa viuavijasumu vinavyolenga eneo hili linalofanya kazi.
Tofauti na miundo iliyoanzishwa hapo awali ya ribosomu za V. necatrix na P. locistae (miundo yote miwili inawakilisha familia moja ya microsporidia Nosematidae na inafanana sana), ribosomu 31,32 za E. cuniculi hupitia michakato mingi ya rRNA na kugawanyika kwa protini. Uchakavu zaidi (Michoro ya Nyongeza 4-6). Katika rRNA, mabadiliko ya kushangaza zaidi yalijumuisha upotevu kamili wa kipande cha rRNA cha 25S kilichokuzwa ES12L na uchakavu wa sehemu wa helikopta za h39, h41, na H18 (Mchoro 1c, Mchoro wa Nyongeza 4). Miongoni mwa protini za ribosomu, mabadiliko ya kushangaza zaidi yalijumuisha upotevu kamili wa protini ya eS30 na ufupisho wa protini za eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, na eS7 (Michoro ya Nyongeza 4, 5).
Kwa hivyo, kupungua kwa kiwango kikubwa kwa jenomu za spishi za Encephalotozoon/Ordospora kunaonyeshwa katika muundo wao wa ribosomu: Ribosomu za E. cuniculi hupata upotevu mkubwa zaidi wa kiwango cha protini katika ribosomu za saitoplazimu za yukariyoti zinazotegemea uainishaji wa kimuundo, na hazina hata vipande hivyo vya rRNA na protini ambavyo vimehifadhiwa sana sio tu katika yukariyoti, bali pia katika nyanja tatu za maisha. Muundo wa ribosomu ya E. cuniculi hutoa kielelezo cha kwanza cha molekuli kwa mabadiliko haya na huonyesha matukio ya mageuzi ambayo yamepuuzwa na jenomu linganishi na tafiti za muundo wa biomolecular ndani ya seli (Mchoro wa Nyongeza 7). Hapa chini, tunaelezea kila moja ya matukio haya pamoja na asili yake ya mageuzi na athari zake zinazowezekana kwenye utendaji kazi wa ribosomu.
Kisha tuligundua kwamba, pamoja na mikunjo mikubwa ya rRNA, ribosomu za E. cuniculi zina tofauti za rRNA katika mojawapo ya maeneo yao yanayofanya kazi. Ingawa kituo cha uhamishaji wa peptidil cha ribosomu ya E. cuniculi kina muundo sawa na ribosomu zingine za yukariyoti (Mchoro 1d), kituo cha uundaji hutofautiana kutokana na tofauti ya mfuatano kwenye nyukleotidi 1491 (Uhesabuji wa nambari za E. coli, Mchoro 1e, f). Uchunguzi huu ni muhimu kwa sababu eneo la uundaji wa ribosomu za yukariyoti kwa kawaida huwa na mabaki ya G1408 na A1491 ikilinganishwa na mabaki ya aina ya bakteria A1408 na G1491. Tofauti hii inasababisha unyeti tofauti wa ribosomu za bakteria na yukariyoti kwa familia ya aminoglycoside ya antibiotiki za ribosomal na molekuli zingine ndogo zinazolenga eneo la uundaji. Katika eneo la kusimbua ribosomu ya E. cuniculi, mabaki ya A1491 yalibadilishwa na U1491, na hivyo kuunda kiolesura cha kipekee cha kuunganisha kwa molekuli ndogo zinazolenga eneo hili linalofanya kazi. Lahaja hiyo hiyo ya A14901 pia inapatikana katika mikrosporidia nyingine kama vile P. loccitae na V. necatrix, ikidokeza kwamba imeenea miongoni mwa spishi za mikrosporidia (Mchoro 1f).
Kwa sababu sampuli zetu za ribosomu za E. cuniculi zilitengwa kutoka kwa spores zisizofanya kazi kimetaboliki, tulijaribu ramani ya cryo-EM ya E. cuniculi kwa ajili ya kufungamana kwa ribosomu iliyoelezwa hapo awali chini ya hali ya mkazo au njaa. Vipengele vya hibernation 31,32,36,37, 38. Tulilinganisha muundo uliowekwa hapo awali wa ribosomu inayoingia katika hibernation na ramani ya cryo-EM ya ribosomu ya E. cuniculi. Kwa ajili ya kuweka kizimbani, ribosomu za S. cerevisiae zilitumika katika tata yenye kipengele cha hibernation Stm138, ribosomu za locust katika tata yenye kipengele cha Lso232, na ribosomu za V. necatrix katika tata yenye vipengele vya Mdf1 na Mdf231. Wakati huo huo, tulipata msongamano wa cryo-EM unaolingana na kipengele kingine cha Mdf1. Sawa na Mdf1 inayofungamana na ribosomu ya V. necatrix, Mdf1 pia hufungamana na ribosomu ya E. cuniculi, ambapo huzuia eneo la E la ribosomu, ikiwezekana kusaidia kufanya ribosomu zipatikane wakati vijidudu vya vimelea vinapoanza kufanya kazi kimetaboliki mwilini unapoacha kufanya kazi (Mchoro 2).
Mdf1 huzuia eneo la E la ribosomu, ambalo linaonekana kusaidia kuzima ribosomu wakati vijidudu vya vimelea vinapoanza kufanya kazi kwa kimetaboliki. Katika muundo wa ribosomu ya E. cuniculi, tuligundua kuwa Mdf1 huunda mguso ambao haukujulikana hapo awali na shina la ribosomu ya L1, sehemu ya ribosomu inayowezesha kutolewa kwa tRNA iliyoondolewa asali kutoka kwa ribosomu wakati wa usanisi wa protini. Mguso huu unaonyesha kwamba Mdf1 hutengana na ribosomu kwa kutumia utaratibu sawa na tRNA iliyoondolewa asali, na kutoa maelezo yanayowezekana ya jinsi ribosomu inavyoondoa Mdf1 ili kuwezesha usanisi wa protini.
Hata hivyo, muundo wetu ulifunua mguso usiojulikana kati ya Mdf1 na mguu wa ribosomu wa L1 (sehemu ya ribosomu inayosaidia kutoa tRNA iliyoondolewa asili kutoka kwa ribosomu wakati wa usanisi wa protini). Hasa, Mdf1 hutumia mguso sawa na sehemu ya kiwiko cha molekuli ya tRNA iliyoondolewa asili (Mchoro 2). Mfano huu wa molekuli ambao haukujulikana hapo awali ulionyesha kuwa Mdf1 hutengana na ribosomu kwa kutumia utaratibu sawa na tRNA iliyoondolewa asili, ambayo inaelezea jinsi ribosomu inavyoondoa kipengele hiki cha hibernation ili kuwezesha usanisi wa protini.
Wakati wa kujenga modeli ya rRNA, tuligundua kuwa ribosomu ya E. cuniculi imekunjwa vipande vya rRNA visivyo vya kawaida, ambavyo tuliviita rRNA iliyounganishwa (Mchoro 3). Katika ribosomu zinazoenea katika nyanja tatu za maisha, rRNA hujikunja katika miundo ambayo rRNA nyingi hujipanga kama msingi na kujikunja au kuingiliana na protini za ribosomu 38,39,40. Hata hivyo, katika ribosomu za E. cuniculi, rRNA zinaonekana kukiuka kanuni hii ya kujikunja kwa kubadilisha baadhi ya helikopta zao kuwa maeneo ya rRNA yaliyofunuliwa.
Muundo wa heliksi ya H18 25S rRNA katika S. cerevisiae, V. necatrix, na E. cuniculi. Kwa kawaida, katika ribosomu zinazozunguka nyanja tatu za maisha, kiunganishi hiki hujikunja na kuwa heliksi ya RNA ambayo ina mabaki 24 hadi 34. Katika Microsporidia, kwa upande mwingine, kiunganishi hiki cha rRNA hupunguzwa hatua kwa hatua hadi viunganishi viwili vyenye nyuzi moja vyenye mabaki 12 pekee. Mabaki mengi haya huwekwa wazi kwa miyeyusho. Mchoro unaonyesha kwamba microsporidia ya vimelea inaonekana kukiuka kanuni za jumla za kukunjwa kwa rRNA, ambapo besi za rRNA kwa kawaida huunganishwa na besi zingine au huhusika katika mwingiliano wa rRNA-protein. Katika microsporidia, baadhi ya vipande vya rRNA huchukua mkunjo usiofaa, ambapo heliksi ya zamani ya rRNA inakuwa kipande chenye nyuzi moja kilichoinuliwa karibu katika mstari ulionyooka. Uwepo wa maeneo haya yasiyo ya kawaida huruhusu rRNA ya microsporidia kufunga vipande vya rRNA vya mbali kwa kutumia idadi ndogo ya besi za RNA.
Mfano wa kushangaza zaidi wa mabadiliko haya ya mageuko unaweza kuonekana katika heliksi ya H18 25S rRNA (Mchoro 3). Katika spishi kuanzia E. coli hadi binadamu, besi za heliksi hii ya rRNA zina nyukleotidi 24-32, na kutengeneza heliksi isiyo ya kawaida kidogo. Katika miundo ya ribosomal iliyotambuliwa hapo awali kutoka V. necatrix na P. locustae,31,32 besi za heliksi ya H18 hazijafunikwa kwa sehemu, lakini uunganishaji wa msingi wa nyukleotidi umehifadhiwa. Hata hivyo, katika E. cuniculi kipande hiki cha rRNA kinakuwa kiunganishi kifupi zaidi 228UUUGU232 na 301UUUUUUUUU307. Tofauti na vipande vya kawaida vya rRNA, viunganishi hivi vyenye uridini nyingi havijikunja au havigusani sana na protini za ribosomal. Badala yake, vinachukua miundo iliyo wazi-kiyeyusho na iliyofunuliwa kikamilifu ambapo nyuzi za rRNA hupanuliwa karibu sawa. Muundo huu ulionyooka unaelezea jinsi E. cuniculi inavyotumia besi 12 za RNA pekee kujaza pengo la 33 Å kati ya helikopta za H16 na H18 rRNA, huku spishi zingine zikihitaji angalau besi mara mbili zaidi za rRNA ili kujaza pengo hilo.
Kwa hivyo, tunaweza kuonyesha kwamba, kupitia kukunjwa vibaya kwa nguvu, microsporidia za vimelea zimeunda mkakati wa kupunguza hata sehemu hizo za rRNA ambazo zimehifadhiwa kwa upana katika spishi katika nyanja tatu za maisha. Inavyoonekana, kwa kukusanya mabadiliko ambayo hubadilisha helisi za rRNA kuwa viunganishi vifupi vya poli-U, E. cuniculi inaweza kuunda vipande vya rRNA visivyo vya kawaida vyenye nyukleotidi chache iwezekanavyo kwa ajili ya kuunganisha vipande vya rRNA vya mbali. Hii husaidia kuelezea jinsi microsporidia ilivyopata upungufu mkubwa katika muundo wao wa msingi wa molekuli bila kupoteza uadilifu wao wa kimuundo na utendaji.
Kipengele kingine kisicho cha kawaida cha E. cuniculi rRNA ni mwonekano wa rRNA bila unene (Mchoro 4). Vivimbe ni nyukleotidi bila jozi za msingi ambazo hujikunja kutoka kwenye heliksi ya RNA badala ya kujificha ndani yake. Vijenzi vingi vya rRNA hufanya kazi kama gundi za molekuli, na kusaidia kufunga protini za ribosomal zilizo karibu au vipande vingine vya rRNA. Baadhi ya vivimbe hufanya kazi kama bawaba, na kuruhusu heliksi ya rRNA kunyumbulika na kukunjwa vyema kwa ajili ya usanisi wa protini wenye tija 41.
a Uundaji wa rRNA (S. cerevisiae numbering) haupo kwenye muundo wa ribosome ya E. cuniculi, lakini upo katika yukariyoti zingine nyingi b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, na E. cuniculi ribosomes za ndani. vimelea hawana vipele vingi vya rRNA vya kale, vilivyohifadhiwa sana. Unene huu huimarisha muundo wa ribosome; kwa hivyo, kutokuwepo kwao kwenye microsporidia kunaonyesha utulivu mdogo wa kukunja kwa rRNA katika vimelea vya microsporidia. Ulinganisho na mashina ya P (mashina ya L7/L12 katika bakteria) unaonyesha kwamba kupotea kwa matuta ya rRNA wakati mwingine kunaambatana na kuonekana kwa matuta mapya karibu na matuta yaliyopotea. Helix ya H42 katika rRNA ya 23S/28S ina kipele cha kale (U1206 katika Saccharomyces cerevisiae) kinachokadiriwa kuwa na umri wa angalau miaka bilioni 3.5 kutokana na ulinzi wake katika nyanja tatu za maisha. Katika microsporidia, kipele hiki huondolewa. Hata hivyo, uvimbe mpya ulionekana karibu na uvimbe uliopotea (A1306 katika E. cuniculi).
Cha kushangaza, tuligundua kwamba ribosomu za E. cuniculi hazina vipele vingi vya rRNA vinavyopatikana katika spishi zingine, ikiwa ni pamoja na vipele zaidi ya 30 vilivyohifadhiwa katika yukariyoti zingine (Mchoro 4a). Upotevu huu huondoa migusano mingi kati ya vipande vidogo vya ribosomu na helikopta za rRNA zilizo karibu, wakati mwingine huunda utupu mkubwa ndani ya ribosomu, na kufanya ribosomu ya E. cuniculi kuwa na vinyweleo zaidi ikilinganishwa na ribosomu za kitamaduni zaidi (Mchoro 4b). Ikumbukwe kwamba tuligundua kuwa vipele vingi hivi pia vilipotea katika miundo ya ribosomu ya V. necatrix na P. locustae iliyotambuliwa hapo awali, ambayo ilipuuzwa na uchambuzi wa awali wa kimuundo31,32.
Wakati mwingine kupotea kwa vipele vya rRNA huambatana na ukuaji wa vipele vipya karibu na kipele kilichopotea. Kwa mfano, shina la ribosomu la P lina kipele cha U1208 (katika Saccharomyces cerevisiae) ambacho kilinusurika kutoka E. coli hadi kwa binadamu na kwa hivyo inakadiriwa kuwa na umri wa miaka bilioni 3.5. Wakati wa usanisi wa protini, kipele hiki husaidia shina la P kusonga kati ya maumbo yaliyo wazi na yaliyofungwa ili ribosomu iweze kukusanya vipengele vya utafsiri na kuvipeleka kwenye eneo linalofanya kazi. Katika ribosomu za E. cuniculi, unene huu haupo; hata hivyo, unene mpya (G883) uliopo katika jozi tatu za msingi pekee unaweza kuchangia kurejesha unyumbufu bora wa shina la P (Mchoro 4c).
Takwimu zetu kuhusu rRNA bila uvimbe zinaonyesha kwamba kupunguza rRNA hakuzuiliwi tu kwa upotevu wa vipengele vya rRNA kwenye uso wa ribosomu, lakini pia kunaweza kuhusisha kiini cha ribosomu, na kuunda kasoro maalum ya molekuli ya vimelea ambayo haijaelezewa katika seli hai huru. Spishi hai huzingatiwa.
Baada ya kutengeneza protini za ribosomali za kisheria na rRNA, tuligundua kuwa vipengele vya kawaida vya ribosomali haviwezi kuelezea sehemu tatu za picha ya cryo-EM. Vipande viwili kati ya hivi ni molekuli ndogo kwa ukubwa (Mchoro 5, Mchoro wa Nyongeza 8). Sehemu ya kwanza imepangwa kati ya protini za ribosomali uL15 na eL18 katika nafasi ambayo kwa kawaida hukaliwa na C-terminus ya eL18, ambayo imefupishwa katika E. cuniculi. Ingawa hatuwezi kubaini utambulisho wa molekuli hii, ukubwa na umbo la kisiwa hiki cha msongamano huelezewa vyema na uwepo wa molekuli za spermidine. Kufungamana kwake na ribosomali huimarishwa na mabadiliko maalum ya microsporidia katika protini za uL15 (Asp51 na Arg56), ambayo yanaonekana kuongeza mshikamano wa ribosomali kwa molekuli hii ndogo, kwani huruhusu uL15 kuifunga molekuli ndogo katika muundo wa ribosomali. Mchoro wa Nyongeza 2). 8, data ya ziada 1, 2).
Upigaji picha wa Cryo-EM unaoonyesha uwepo wa nyukleotidi nje ya ribosi iliyofungwa na ribosomu ya E. cuniculi. Katika ribosomu ya E. cuniculi, nyukleotidi hii inachukua nafasi sawa na nyukleotidi ya 25S rRNA A3186 (Saccharomyces cerevisiae numbering) katika ribosomu zingine nyingi za yukariyoti. b Katika muundo wa ribosomu wa E. cuniculi, nyukleotidi hii iko kati ya protini za ribosomu uL9 na eL20, na hivyo kuleta utulivu wa mguso kati ya protini hizo mbili. Uchambuzi wa uhifadhi wa mfuatano wa cd eL20 miongoni mwa spishi za mikrosporidia. Mti wa phylogenetic wa spishi za Microsporidia (c) na mpangilio wa mfuatano mwingi wa protini ya eL20 (d) unaonyesha kuwa mabaki ya kuunganisha nyukleotidi F170 na K172 yamehifadhiwa katika Microsporidia nyingi za kawaida, isipokuwa S. lophii, isipokuwa Microsporidia ya matawi ya mapema, ambayo ilihifadhi ugani wa ES39L rRNA. Mchoro huu unaonyesha kuwa mabaki ya kuunganisha nyukleotidi F170 na K172 yapo tu katika eL20 ya jenomu ya microsporidia iliyopunguzwa sana, lakini si katika yukariyoti zingine. Kwa ujumla, data hizi zinaonyesha kuwa ribosomu za Microsporidian zimeunda eneo la kuunganisha nyukleotidi ambalo linaonekana kufunga molekuli za AMP na kuzitumia kuleta utulivu wa mwingiliano wa protini-protini katika muundo wa ribosomal. Uhifadhi mkubwa wa eneo hili la kuunganisha katika Microsporidia na kutokuwepo kwake katika yukariyoti zingine unaonyesha kuwa eneo hili linaweza kutoa faida ya kuchagua ya kuishi kwa Microsporidia. Kwa hivyo, mfuko unaofunga nyukleotidi katika ribosomu ya mikrosporidia hauonekani kuwa kipengele kinachoharibika au aina ya mwisho ya uharibifu wa rRNA kama ilivyoelezwa hapo awali, bali ni uvumbuzi muhimu wa mageuzi unaoruhusu ribosomu ya mikrosporidia kufunga moja kwa moja molekuli ndogo, zikitumia kama vitalu vya ujenzi wa molekuli. Ugunduzi huu unaifanya ribosomu ya mikrosporidia kuwa ribosomu pekee inayojulikana kutumia nyukleotidi moja kama kitalu chake cha ujenzi wa kimuundo. f Njia ya mageuzi ya kinadharia inayotokana na kufunga nyukleotidi.
Msongamano wa pili wa uzito wa chini wa molekuli upo kwenye kiolesura kati ya protini za ribosomu uL9 na eL30 (Mchoro 5a). Kiolesura hiki kilielezewa hapo awali katika muundo wa ribosomu ya Saccharomyces cerevisiae kama eneo la kufungamana kwa nukleotidi ya 25S ya rRNA A3186 (sehemu ya kiendelezi cha ES39L rRNA)38. Ilionyeshwa kuwa katika ribosomu za P. locustae ES39L zilizoharibika, kiolesura hiki hufunga nukleotidi moja isiyojulikana 31, na inadhaniwa kuwa nukleotidi hii ni aina ya mwisho iliyopunguzwa ya rRNA, ambapo urefu wa rRNA ni besi ~130-230. ES39L imepunguzwa hadi nukleotidi moja 32.43. Picha zetu za cryo-EM zinaunga mkono wazo kwamba msongamano unaweza kuelezewa na nukleotidi. Hata hivyo, ubora wa juu wa muundo wetu ulionyesha kuwa nukleotidi hii ni molekuli ya nje ya ribosomu, labda AMP (Mchoro 5a, b).
Kisha tuliuliza kama eneo la kuunganisha nyukleotidi lilionekana katika ribosomu ya E. cuniculi au kama lilikuwepo hapo awali. Kwa kuwa kuunganisha nyukleotidi kunasababishwa zaidi na mabaki ya Phe170 na Lys172 katika protini ya ribosomu ya eL30, tulitathmini uhifadhi wa mabaki haya katika yukariyoti 4396 zinazowakilisha. Kama ilivyo katika kesi ya uL15 hapo juu, tuligundua kuwa mabaki ya Phe170 na Lys172 yamehifadhiwa sana katika Microsporidia ya kawaida tu, lakini hayapo katika yukariyoti zingine, ikiwa ni pamoja na Microsporidia isiyo ya kawaida Mitosporidium na Amphiamblys, ambapo kipande cha ES39L rRNA hakijapunguzwa 44, 45, 46 (Mchoro 5c). -e).
Kwa pamoja, data hizi zinaunga mkono wazo kwamba E. cuniculi na pengine microsporidia nyingine za kisheria zimeunda uwezo wa kukamata kwa ufanisi idadi kubwa ya metaboliti ndogo katika muundo wa ribosomu ili kufidia kupungua kwa viwango vya rRNA na protini. Kwa kufanya hivyo, wameunda uwezo wa kipekee wa kufunga nyukleotidi nje ya ribosomu, kuonyesha kwamba miundo ya molekuli ya vimelea hulipa fidia kwa kukamata metaboliti nyingi ndogo na kuzitumia kama mifano ya kimuundo ya vipande vya RNA na protini vilivyoharibika.
Sehemu ya tatu isiyoigwa ya ramani yetu ya cryo-EM, inayopatikana katika kitengo kidogo cha ribosomal. Azimio la juu kiasi (2.6 Å) la ramani yetu linaonyesha kwamba msongamano huu ni wa protini zenye michanganyiko ya kipekee ya mabaki makubwa ya mnyororo wa pembeni, ambayo ilituruhusu kutambua msongamano huu kama protini ya ribosomal ambayo hatukuwai kuitambua ambayo tuliitambua kama Iliitwa msL2 (protini maalum ya Microsporidia L2) (mbinu, mchoro 6). Utafutaji wetu wa homolojia ulionyesha kuwa msL2 imehifadhiwa katika safu ya Microsporidia ya jenasi Encephaliter na Orosporidium, lakini haipo katika spishi zingine, ikiwa ni pamoja na Microsporidia nyingine. Katika muundo wa ribosomal, msL2 inachukua pengo linaloundwa na upotevu wa rRNA iliyopanuliwa ya ES31L. Katika utupu huu, msL2 husaidia kuimarisha mkunjo wa rRNA na inaweza kufidia upotevu wa ES31L (Mchoro 6).
Msongamano wa elektroni na modeli ya protini ya ribosomal maalum ya Microsporidia msL2 inayopatikana katika ribosomal za E. cuniculi. b Ribosomal nyingi za yukariyoti, ikiwa ni pamoja na ribosomal ya 80S ya Saccharomyces cerevisiae, zina amplification ya ES19L rRNA iliyopotea katika spishi nyingi za Microsporidian. Muundo ulioanzishwa hapo awali wa ribosomal ya V. necatrix microsporidia unaonyesha kwamba kupotea kwa ES19L katika vimelea hivi kunalipwa na mageuko ya protini mpya ya ribosomal ya msL1. Katika utafiti huu, tuligundua kuwa ribosomal ya E. cuniculi pia ilitengeneza protini ya ziada ya ribosomal RNA kama fidia inayoonekana kwa kupotea kwa ES19L. Hata hivyo, msL2 (kwa sasa imefafanuliwa kama protini ya ECU06_1135 ya kufikirika) na msL1 zina asili tofauti za kimuundo na mageuko. c Ugunduzi huu wa uzalishaji wa protini za ribosomu za msL1 na msL2 ambazo hazina uhusiano wa kimageuzi unaonyesha kwamba ikiwa ribosomu hukusanya mabadiliko mabaya katika rRNA yao, zinaweza kufikia viwango visivyo vya kawaida vya utofauti wa utungaji katika hata kundi dogo la spishi zinazohusiana kwa karibu. Ugunduzi huu unaweza kusaidia kufafanua asili na mageuko ya ribosomu ya mitochondrial, ambayo inajulikana kwa rRNA yake iliyopunguzwa sana na tofauti isiyo ya kawaida katika utungaji wa protini katika spishi zote.
Kisha tulilinganisha protini ya msL2 na protini ya msL1 iliyoelezwa hapo awali, protini pekee inayojulikana ya ribosomal maalum ya microsporidia inayopatikana katika ribosome ya V. necatrix. Tulitaka kujaribu kama msL1 na msL2 zinahusiana kimageuzi. Uchambuzi wetu ulionyesha kuwa msL1 na msL2 huchukua nafasi moja katika muundo wa ribosomal, lakini zina miundo tofauti ya msingi na ya tatu, ambayo inaonyesha asili yao huru ya mageuzi (Mchoro 6). Kwa hivyo, ugunduzi wetu wa msL2 unatoa ushahidi kwamba vikundi vya spishi ndogo za yukariyoti vinaweza kubadilika kwa kujitegemea protini za ribosomal tofauti kimuundo ili kufidia upotevu wa vipande vya rRNA. Ugunduzi huu unaonekana kwa kuwa ribosomal nyingi za yukariyoti za saitoplazimu zina protini isiyobadilika, ikiwa ni pamoja na familia moja ya protini 81 za ribosomal. Kuonekana kwa msL1 na msL2 katika makundi mbalimbali ya microsporidia katika kukabiliana na upotevu wa sehemu zilizopanuliwa za rRNA kunaonyesha kwamba uharibifu wa usanifu wa molekuli wa vimelea husababisha vimelea kutafuta mabadiliko ya fidia, ambayo hatimaye yanaweza kusababisha kupatikana kwao katika miundo tofauti ya vimelea.
Hatimaye, wakati modeli yetu ilipokamilika, tulilinganisha muundo wa ribosomu ya E. cuniculi na ule uliotabiriwa kutoka kwa mfuatano wa jenomu. Protini kadhaa za ribosomu, ikiwa ni pamoja na eL14, eL38, eL41, na eS30, hapo awali zilidhaniwa kuwa hazipo kutoka kwa jenomu ya E. cuniculi kutokana na kutokuwepo kwa homologues zao kutoka kwa jenomu ya E. cuniculi. Kupotea kwa protini nyingi za ribosomu pia kunatabiriwa katika vimelea vingine vingi vya ndani ya seli na endosymbionts zilizopunguzwa sana. Kwa mfano, ingawa bakteria wengi wanaoishi huru wana familia moja ya protini 54 za ribosomu, ni familia 11 pekee kati ya hizi za protini zilizo na homologues zinazoweza kugunduliwa katika kila jenomu iliyochambuliwa ya bakteria walio na vikwazo vya mwenyeji. Ili kuunga mkono wazo hili, kupotea kwa protini za ribosomu kumeonekana kwa majaribio katika V. necatrix na P. locustae microsporidia, ambazo hazina protini za eL38 na eL4131,32.
Hata hivyo, miundo yetu inaonyesha kwamba ni eL38, eL41, na eS30 pekee ndizo zilizopotea katika ribosomu ya E. cuniculi. Protini ya eL14 ilihifadhiwa na muundo wetu ulionyesha kwa nini protini hii haikuweza kupatikana katika utafutaji wa homolojia (Mchoro 7). Katika ribosomu za E. cuniculi, sehemu kubwa ya kuunganisha ya eL14 hupotea kutokana na uharibifu wa ES39L iliyokuzwa na rRNA. Kwa kukosekana kwa ES39L, eL14 ilipoteza sehemu kubwa ya muundo wake wa pili, na ni 18% tu ya mfuatano wa eL14 ulikuwa sawa katika E. cuniculi na S. cerevisiae. Uhifadhi huu duni wa mfuatano ni wa ajabu kwa sababu hata Saccharomyces cerevisiae na Homo sapiens—viumbe vilivyobadilika kwa miaka bilioni 1.5—vinashiriki zaidi ya 51% ya mabaki sawa katika eL14. Upotevu huu usio wa kawaida wa uhifadhi unaelezea kwa nini E. cuniculi eL14 kwa sasa inafafanuliwa kama protini ya M970_061160 inayodhaniwa na si kama protini ya ribosomal ya eL1427.
na Ribosomu ya Microsporidia ilipoteza kiendelezi cha rRNA cha ES39L, ambacho kiliondoa kwa kiasi sehemu ya kufungamana kwa protini ya ribosomu ya eL14. Kwa kukosekana kwa ES39L, protini ya microspore ya eL14 hupitia upotevu wa muundo wa sekondari, ambapo α-helix ya zamani inayofungamana na rRNA huharibika na kuwa kitanzi cha urefu mdogo. b Mpangilio wa mfuatano mwingi unaonyesha kuwa protini ya eL14 imehifadhiwa sana katika spishi za yukariyoti (utambulisho wa mfuatano wa 57% kati ya chachu na homologues za binadamu), lakini imehifadhiwa vibaya na hutofautiana katika microsporidia (ambapo si zaidi ya 24% ya mabaki yanafanana na homologues za eL14). kutoka kwa S. cerevisiae au H. sapiens). Uhifadhi huu duni wa mfuatano na tofauti ya muundo wa sekondari inaelezea kwa nini homologue ya eL14 haijawahi kupatikana katika E. cuniculi na kwa nini protini hii inadhaniwa kupotea katika E. cuniculi. Kwa upande mwingine, E. cuniculi eL14 hapo awali ilielezwa kama protini ya M970_061160 inayoweza kudhaniwa. Uchunguzi huu unaonyesha kwamba utofauti wa jenomu ya microsporidia kwa sasa unakadiriwa kupita kiasi: baadhi ya jeni zinazodhaniwa kupotea katika microsporidia kwa kweli zimehifadhiwa, ingawa katika aina tofauti sana; badala yake, baadhi hufikiriwa kurekodi jeni za microsporidia kwa protini maalum za minyoo (km, protini ya kufikirika M970_061160) kwa kweli hurekodi protini tofauti sana zinazopatikana katika yukariyoti zingine.
Ugunduzi huu unaonyesha kwamba kuharibika kwa rRNA kunaweza kusababisha upotevu mkubwa wa uhifadhi wa mlolongo katika protini za ribosomu zilizo karibu, na kufanya protini hizi zisigundulike kwa utafutaji wa homolojia. Kwa hivyo, tunaweza kukadiria kupita kiasi kiwango halisi cha uharibifu wa molekuli katika viumbe vidogo vya jenomu, kwa kuwa baadhi ya protini zinazodhaniwa kupotea huendelea kuwepo, ingawa katika aina zilizobadilika sana.
Vimelea vinawezaje kudumisha utendaji kazi wa mashine zao za molekuli chini ya hali ya kupungua kwa kiwango kikubwa kwa jenomu? Utafiti wetu unajibu swali hili kwa kuelezea muundo tata wa molekuli (ribosomu) wa E. cuniculi, kiumbe chenye moja ya jenomu ndogo zaidi za yukariyoti.
Imejulikana kwa karibu miongo miwili kwamba molekuli za protini na RNA katika vimelea vya vijidudu mara nyingi hutofautiana na molekuli zao za homologous katika spishi huru kwa sababu hazina vituo vya udhibiti wa ubora, hupunguzwa hadi 50% ya ukubwa wao katika vijidudu huru, n.k. mabadiliko mengi yanayodhoofisha ambayo huharibu mkunjo na utendaji kazi. Kwa mfano, ribosomu za viumbe vidogo vya jenomu, ikiwa ni pamoja na vimelea vingi vya ndani ya seli na endosymbionti, zinatarajiwa kukosa protini kadhaa za ribosomu na hadi theluthi moja ya nyukleotidi za rRNA ikilinganishwa na spishi huru 27, 29, 30, 49. Hata hivyo, jinsi molekuli hizi zinavyofanya kazi katika vimelea bado ni fumbo, linalosomwa hasa kupitia jenomu linganishi.
Utafiti wetu unaonyesha kwamba muundo wa makromolekuli unaweza kufichua vipengele vingi vya mageuzi ambavyo ni vigumu kutoa kutoka kwa tafiti za jadi za kulinganisha jenomu za vimelea vya ndani ya seli na viumbe vingine vilivyo na vikwazo vya mwenyeji (Mchoro wa Nyongeza 7). Kwa mfano, mfano wa protini ya eL14 unaonyesha kwamba tunaweza kuzidisha kiwango halisi cha uharibifu wa vifaa vya molekuli katika spishi za vimelea. Vimelea vya encephalitic sasa vinaaminika kuwa na mamia ya jeni maalum za microsporidia. Hata hivyo, matokeo yetu yanaonyesha kwamba baadhi ya jeni hizi zinazoonekana kuwa maalum kwa kweli ni aina tofauti sana za jeni ambazo ni za kawaida katika yukariyoti zingine. Zaidi ya hayo, mfano wa protini ya msL2 unaonyesha jinsi tunavyopuuza protini mpya za ribosomal na kupuuza kiwango cha mashine za molekuli za vimelea. Mfano wa molekuli ndogo unaonyesha jinsi tunavyoweza kupuuza uvumbuzi wa kibunifu zaidi katika miundo ya molekuli ya vimelea ambayo inaweza kuwapa shughuli mpya za kibiolojia.
Kwa pamoja, matokeo haya yanaboresha uelewa wetu wa tofauti kati ya miundo ya molekuli ya viumbe vilivyo na vikwazo vya mwenyeji na wenzao katika viumbe hai huru. Tunaonyesha kwamba mashine za molekuli, ambazo kwa muda mrefu zilidhaniwa kuwa zimepunguzwa, huharibika, na zinakabiliwa na mabadiliko mbalimbali ya kudhoofisha, badala yake zina seti ya vipengele vya kimuundo visivyo vya kawaida vilivyopuuzwa kimfumo.
Kwa upande mwingine, vipande vya rRNA visivyo na umbo kubwa na vipande vilivyounganishwa ambavyo tulipata katika ribosomu za E. cuniculi vinaonyesha kwamba kupungua kwa jenomu kunaweza kubadilisha hata sehemu zile za mashine za msingi za molekuli ambazo zimehifadhiwa katika nyanja tatu za maisha - baada ya karibu miaka bilioni 3.5. mageuzi huru ya spishi.
Vipande vya rRNA visivyo na uvimbe na vilivyounganishwa katika ribosomu za E. cuniculi vinavutia sana kutokana na tafiti za awali za molekuli za RNA katika bakteria ya endosymbiotic. Kwa mfano, katika endosymbiont ya aphidi Buchnera aphidicola, molekuli za rRNA na tRNA zimeonyeshwa kuwa na miundo nyeti kwa halijoto kutokana na upendeleo wa utungaji wa A+T na idadi kubwa ya jozi za besi zisizo za kisheria20,50. Mabadiliko haya katika RNA, pamoja na mabadiliko katika molekuli za protini, sasa yanadhaniwa kuwa na jukumu la utegemezi mkubwa wa endosymbionts kwa washirika na kutoweza kwa endosymbionts kuhamisha joto 21, 23. Ingawa microsporidia ya vimelea rRNA ina mabadiliko tofauti kimuundo, asili ya mabadiliko haya inaonyesha kwamba utulivu mdogo wa joto na utegemezi mkubwa wa protini za chaperone inaweza kuwa sifa za kawaida za molekuli za RNA katika viumbe vyenye jenomu zilizopunguzwa.
Kwa upande mwingine, miundo yetu inaonyesha kwamba microsporidia ya vimelea imeunda uwezo wa kipekee wa kupinga vipande vya rRNA na protini vilivyohifadhiwa kwa upana, na kukuza uwezo wa kutumia metaboliti ndogo nyingi na zinazopatikana kwa urahisi kama miigo ya kimuundo ya vipande vya rRNA vilivyoharibika na protini. Uharibifu wa muundo wa molekuli. . Maoni haya yanaungwa mkono na ukweli kwamba molekuli ndogo zinazolipa fidia ya upotevu wa vipande vya protini katika rRNA na ribosomu za E. cuniculi hufunga kwenye mabaki maalum ya microsporidia katika protini za uL15 na eL30. Hii inaonyesha kwamba kufunga kwa molekuli ndogo kwa ribosomu kunaweza kuwa matokeo ya uteuzi chanya, ambapo mabadiliko maalum ya Microsporidia katika protini za ribosomu yamechaguliwa kwa uwezo wao wa kuongeza mshikamano wa ribosomu kwa molekuli ndogo, ambayo inaweza kusababisha viumbe vya ribosomu vyenye ufanisi zaidi. Ugunduzi huu unaonyesha uvumbuzi mzuri katika muundo wa molekuli wa vimelea vya vimelea vya vijidudu na unatupa uelewa bora wa jinsi miundo ya molekuli ya vimelea inavyodumisha kazi yao licha ya mageuko yanayopunguza.
Kwa sasa, utambuzi wa molekuli hizi ndogo bado haujabainika. Haijulikani wazi kwa nini kuonekana kwa molekuli hizi ndogo katika muundo wa ribosomal hutofautiana kati ya spishi za microsporidia. Hasa, haijulikani wazi kwa nini kufungamana kwa nyukleotidi kunaonekana katika ribosomu za E. cuniculi na P. locustae, na sio katika ribosomu za V. necatrix, licha ya uwepo wa mabaki ya F170 katika protini za eL20 na K172 za V. necatrix. Kufutwa huku kunaweza kusababishwa na mabaki 43 uL6 (yaliyo karibu na mfuko wa kufungamana wa nyukleotidi), ambayo ni tyrosine katika V. necatrix na sio threonine katika E. cuniculi na P. locustae. Mnyororo mkubwa wa kando wenye harufu nzuri wa Tyr43 unaweza kuingilia kufungamana kwa nyukleotidi kutokana na mwingiliano wa steric. Vinginevyo, kufutwa kwa nyukleotidi dhahiri kunaweza kuwa kutokana na azimio la chini la upigaji picha wa cryo-EM, ambao unazuia uundaji wa vipande vya ribosomu vya V. necatrix.
Kwa upande mwingine, kazi yetu inaonyesha kwamba mchakato wa kuoza kwa jenomu unaweza kuwa nguvu ya uvumbuzi. Hasa, muundo wa ribosomu ya E. cuniculi unaonyesha kwamba kupotea kwa vipande vya rRNA na protini katika ribosomu ya microsporidia huunda shinikizo la mageuzi ambalo huchochea mabadiliko katika muundo wa ribosomu. Tofauti hizi hutokea mbali na eneo linalofanya kazi la ribosomu na zinaonekana kusaidia kudumisha (au kurejesha) mkusanyiko bora wa ribosomu ambao vinginevyo ungevurugwa na rRNA iliyopunguzwa. Hii inaonyesha kwamba uvumbuzi mkubwa wa ribosomu ya microsporidia unaonekana kuwa umebadilika na kuwa hitaji la kuzuia jeni kuhama.
Labda hii inaonyeshwa vyema na kufungamana kwa nyukleotidi, ambayo haijawahi kuonekana katika viumbe vingine hadi sasa. Ukweli kwamba mabaki ya kufungamana na nyukleotidi yapo katika mikrosporidia ya kawaida, lakini si katika yukariyoti zingine, unaonyesha kwamba maeneo ya kufungamana na nyukleotidi si mabaki tu yanayosubiri kutoweka, au eneo la mwisho la rRNA kurejeshwa katika umbo la nyukleotidi za kibinafsi. Badala yake, eneo hili linaonekana kama kipengele muhimu ambacho kingeweza kubadilika katika raundi kadhaa za uteuzi chanya. Maeneo ya kufungamana na nyukleotidi yanaweza kuwa matokeo ya uteuzi wa asili: mara tu ES39L inapoharibika, mikrosporidia hulazimika kutafuta fidia ili kurejesha biogenesis bora ya ribosomu bila ES39L. Kwa kuwa nyukleotidi hii inaweza kuiga mawasiliano ya molekuli ya nyukleotidi ya A3186 katika ES39L, molekuli ya nyukleotidi inakuwa kizuizi cha ujenzi cha ribosomu, ambayo kufungamana kwake kunaboreshwa zaidi na mabadiliko ya mlolongo wa eL30.
Kuhusu mageuko ya molekuli ya vimelea vya ndani ya seli, utafiti wetu unaonyesha kwamba nguvu za uteuzi wa asili wa Darwin na mkondo wa kijenetiki wa kuoza kwa jenomu hazifanyi kazi sambamba, bali hubadilika-badilika. Kwanza, mkondo wa kijenetiki huondoa sifa muhimu za biomolekuli, na kufanya fidia kuhitajika sana. Ni wakati tu vimelea vinapokidhi hitaji hili kupitia uteuzi wa asili wa Darwin ndipo macromolekuli zao zitapata nafasi ya kukuza sifa zao za kuvutia na bunifu zaidi. Muhimu zaidi, mageuko ya maeneo ya kuunganisha nyukleotidi katika ribosomu ya E. cuniculi yanaonyesha kwamba muundo huu wa mageuko ya molekuli ya hasara-kwa-kupata sio tu kwamba hupunguza mabadiliko mabaya, lakini wakati mwingine hutoa kazi mpya kabisa kwenye macromolekuli za vimelea.
Wazo hili linaendana na nadharia ya usawa inayosonga ya Sewell Wright, ambayo inasema kwamba mfumo mkali wa uteuzi wa asili hupunguza uwezo wa viumbe kuvumbua51,52,53. Hata hivyo, ikiwa kuhama kwa kijenetiki kutavuruga uteuzi wa asili, kuhama huku kunaweza kusababisha mabadiliko ambayo yenyewe hayabadiliki (au hata kuwa na madhara) lakini husababisha mabadiliko zaidi ambayo hutoa utimamu wa hali ya juu au shughuli mpya ya kibiolojia. Mfumo wetu unaunga mkono wazo hili kwa kuonyesha kwamba aina ile ile ya mabadiliko ambayo hupunguza mkunjo na utendaji wa biomolekuli inaonekana kuwa kichocheo kikuu cha uboreshaji wake. Sambamba na mfumo wa mageuzi wa faida kwa wote, utafiti wetu unaonyesha kwamba kuoza kwa jenomu, ambayo kwa kawaida huonekana kama mchakato wa kuzorota, pia ni kichocheo kikubwa cha uvumbuzi, wakati mwingine na labda hata mara nyingi huruhusu makromolekuli kupata shughuli mpya za vimelea.