Nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ పరిమిత CSS మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను నిలిపివేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము సైట్‌ను శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా రెండర్ చేస్తాము.
సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవుల పరిణామంలో సహజ ఎంపిక, దీనివల్ల పరాన్నజీవులు మెరుగుపడతాయి, మరియు జన్యు చలనం మధ్య ప్రతిఘటన ఉంటుంది, దీని వలన పరాన్నజీవులు జన్యువులను కోల్పోయి హానికరమైన ఉత్పరివర్తనలు పేరుకుపోతాయి. ఇక్కడ, ఒకే స్థూల కణం స్థాయిలో ఈ ప్రతిఘటన ఎలా జరుగుతుందో అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రకృతిలో అతి చిన్న జన్యువులలో ఒకటైన యూకారియోటిక్ జీవి అయిన ఎన్సెఫాలిటోజూన్ క్యూనికులి యొక్క రైబోజోమ్ యొక్క క్రయో-EM నిర్మాణాన్ని మేము వివరిస్తాము. E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లలో rRNA యొక్క తీవ్ర తగ్గింపు అపూర్వమైన నిర్మాణ మార్పులతో కూడి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు గతంలో తెలియని ఫ్యూజ్డ్ rRNA లింకర్లు మరియు rRNA ఉబ్బెత్తులు లేకుండా పరిణామం చెందడం. అదనంగా, E. క్యూనికులి రైబోసోమ్ చిన్న అణువులను క్షీణించిన rRNA శకలాలు మరియు ప్రోటీన్ల నిర్మాణాత్మక అనుకరణలుగా ఉపయోగించగల సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా rRNA శకలాలు మరియు ప్రోటీన్ల నష్టాన్ని తట్టుకుంది. మొత్తంమీద, చాలా కాలంగా తగ్గించబడిన, క్షీణించిన మరియు బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనాలకు లోబడి ఉంటుందని భావించే పరమాణు నిర్మాణాలు తీవ్రమైన పరమాణు సంకోచాలు ఉన్నప్పటికీ వాటిని చురుకుగా ఉంచే అనేక పరిహార విధానాలను కలిగి ఉన్నాయని మేము చూపిస్తాము.
సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవుల సమూహాలు చాలా వరకు వాటి అతిధేయలను దోపిడీ చేయడానికి ప్రత్యేకమైన పరమాణు సాధనాలను కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి, మనం తరచుగా వివిధ రకాల పరాన్నజీవులకు వేర్వేరు చికిత్సా విధానాలను అభివృద్ధి చేయాల్సి ఉంటుంది1,2. అయితే, కొత్త ఆధారాలు పరాన్నజీవి పరిణామం యొక్క కొన్ని అంశాలు కన్వర్జెంట్ మరియు ఎక్కువగా ఊహించదగినవి అని సూచిస్తున్నాయి, ఇది సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులలో విస్తృత చికిత్సా జోక్యాలకు సంభావ్య ఆధారాన్ని సూచిస్తుంది3,4,5,6,7,8,9.
మునుపటి పరిశోధనలో సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులలో జీనోమ్ తగ్గింపు లేదా జీనోమ్ క్షయం అనే సాధారణ పరిణామ ధోరణి గుర్తించబడింది10,11,12,13. ప్రస్తుత పరిశోధన ప్రకారం సూక్ష్మజీవులు తమ స్వేచ్ఛా-జీవన జీవనశైలిని వదులుకుని కణాంతర పరాన్నజీవులు (లేదా ఎండోసింబియంట్‌లు)గా మారినప్పుడు, వాటి జన్యువులు మిలియన్ల సంవత్సరాలలో నెమ్మదిగా కానీ అద్భుతమైన రూపాంతరాలకు లోనవుతాయి9,11. జన్యు క్షయం అని పిలువబడే ప్రక్రియలో, సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులు హానికరమైన ఉత్పరివర్తనలను కూడబెట్టుకుంటాయి, ఇవి గతంలో ముఖ్యమైన అనేక జన్యువులను సూడోజీన్‌లుగా మారుస్తాయి, ఇది క్రమంగా జన్యు నష్టం మరియు పరస్పర పతనానికి దారితీస్తుంది14,15. ఈ పతనం దగ్గరి సంబంధం ఉన్న స్వేచ్ఛా-జీవన జాతులతో పోలిస్తే పురాతన కణాంతర జీవులలోని 95% వరకు జన్యువులను నాశనం చేస్తుంది. అందువల్ల, కణాంతర పరాన్నజీవుల పరిణామం రెండు వ్యతిరేక శక్తుల మధ్య ఒక టగ్-ఆఫ్-వార్: డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక, పరాన్నజీవుల మెరుగుదలకు దారితీస్తుంది మరియు జన్యువు పతనం, పరాన్నజీవులను విస్మృతిలోకి నెట్టివేస్తుంది. పరాన్నజీవి ఈ టగ్-ఆఫ్-వార్ నుండి ఎలా బయటపడగలిగిందో మరియు దాని పరమాణు నిర్మాణం యొక్క కార్యాచరణను ఎలా నిలుపుకోగలిగిందో అస్పష్టంగానే ఉంది.
జన్యు క్షయం యొక్క విధానం పూర్తిగా అర్థం కానప్పటికీ, ఇది ప్రధానంగా తరచుగా జన్యు ప్రవాహం కారణంగా సంభవిస్తుంది. పరాన్నజీవులు చిన్న, అలైంగిక మరియు జన్యుపరంగా పరిమిత జనాభాలో నివసిస్తున్నందున, అవి కొన్నిసార్లు DNA ప్రతిరూపణ సమయంలో సంభవించే హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను సమర్థవంతంగా తొలగించలేవు. ఇది హానికరమైన ఉత్పరివర్తనల కోలుకోలేని సంచితానికి మరియు పరాన్నజీవి జన్యువు తగ్గింపుకు దారితీస్తుంది. ఫలితంగా, పరాన్నజీవి కణాంతర వాతావరణంలో దాని మనుగడకు ఇకపై అవసరం లేని జన్యువులను కోల్పోవడమే కాదు. పరాన్నజీవి జనాభా ప్రభావవంతంగా అప్పుడప్పుడు హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను తొలగించలేకపోవడం వల్ల ఈ ఉత్పరివర్తనలు జన్యువు అంతటా పేరుకుపోతాయి, వాటి అతి ముఖ్యమైన జన్యువులు కూడా ఉంటాయి.
జన్యు తగ్గింపుపై మన ప్రస్తుత అవగాహనలో ఎక్కువ భాగం జన్యు శ్రేణుల పోలికలపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది, గృహనిర్వాహక విధులను నిర్వహించే మరియు సంభావ్య ఔషధ లక్ష్యాలుగా పనిచేసే వాస్తవ అణువులలో మార్పులకు తక్కువ శ్రద్ధ ఉంటుంది. తులనాత్మక అధ్యయనాలు హానికరమైన కణాంతర సూక్ష్మజీవుల ఉత్పరివర్తనాల భారం ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలను తప్పుగా మడవడానికి మరియు సమగ్రపరచడానికి ముందడుగు వేస్తుందని, వాటిని మరింత చాపెరోన్‌పై ఆధారపడి మరియు వేడికి అతి సున్నితంగా మారుస్తుందని చూపించాయి. అదనంగా, వివిధ పరాన్నజీవులు - కొన్నిసార్లు 2.5 బిలియన్ సంవత్సరాల వరకు వేరు చేయబడిన స్వతంత్ర పరిణామం - వాటి ప్రోటీన్ సంశ్లేషణలో నాణ్యత నియంత్రణ కేంద్రాల నష్టాన్ని అనుభవించాయి. మరియు DNA మరమ్మత్తు విధానాలు 24. అయితే, హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాల పెరుగుతున్న భారానికి పరమాణు అనుసరణతో సహా సెల్యులార్ స్థూల కణాల యొక్క అన్ని ఇతర లక్షణాలపై కణాంతర జీవనశైలి ప్రభావం గురించి చాలా తక్కువగా తెలుసు.
ఈ పనిలో, కణాంతర సూక్ష్మజీవుల ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాల పరిణామాన్ని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, కణాంతర పరాన్నజీవి ఎన్సెఫాలిటోజూన్ క్యూనిక్యులి యొక్క రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాన్ని మేము నిర్ణయించాము. E. క్యూనిక్యులి అనేది అసాధారణంగా చిన్న యూకారియోటిక్ జన్యువులను కలిగి ఉన్న పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా సమూహానికి చెందిన ఫంగస్ లాంటి జీవి మరియు అందువల్ల జన్యు క్షయం అధ్యయనం చేయడానికి నమూనా జీవులుగా ఉపయోగించబడుతుంది25,26,27,28,29,30. ఇటీవల, మైక్రోస్పోరిడియా, పారానోసెమా లోకస్టే మరియు వైరిమోర్ఫా నెకాట్రిక్స్31,32 (~3.2 Mb జన్యువు) యొక్క మధ్యస్తంగా తగ్గిన జన్యువుల కోసం క్రయో-EM రైబోజోమ్ నిర్మాణం నిర్ణయించబడింది. పొరుగున ఉన్న రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ల మధ్య కొత్త పరిచయాల అభివృద్ధి లేదా కొత్త msL131,32 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ల సముపార్జన ద్వారా rRNA విస్తరణలో కొంత నష్టం భర్తీ చేయబడుతుందని ఈ నిర్మాణాలు సూచిస్తున్నాయి. ఎన్సెఫాలిటోజూన్ జాతులు (జీనోమ్ ~2.5 మిలియన్ bp), వాటి దగ్గరి బంధువు ఆర్డోస్పోరాతో పాటు, యూకారియోట్‌లలో జన్యు తగ్గింపు యొక్క అంతిమ స్థాయిని ప్రదర్శిస్తాయి - వాటికి 2000 కంటే తక్కువ ప్రోటీన్-కోడింగ్ జన్యువులు ఉన్నాయి మరియు వాటి రైబోజోమ్‌లు rRNA విస్తరణ శకలాలు (యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లను బాక్టీరియల్ రైబోజోమ్‌ల నుండి వేరు చేసే rRNA శకలాలు) లేకుండా ఉండటమే కాకుండా E. క్యూనికులి జన్యువులో హోమోలాగ్‌లు లేకపోవడం వల్ల నాలుగు రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను కూడా కలిగి ఉంటాయని భావిస్తున్నారు. అందువల్ల, E. క్యూనికులి రైబోసోమ్ జన్యు క్షయానికి పరమాణు అనుసరణ కోసం గతంలో తెలియని వ్యూహాలను బహిర్గతం చేయగలదని మేము నిర్ధారించాము.
మా క్రయో-EM నిర్మాణం వర్గీకరించబడిన అతి చిన్న యూకారియోటిక్ సైటోప్లాస్మిక్ రైబోజోమ్‌ను సూచిస్తుంది మరియు జన్యు తగ్గింపు యొక్క అంతిమ స్థాయి కణానికి అంతర్భాగంగా ఉన్న పరమాణు యంత్రాల నిర్మాణం, అసెంబ్లీ మరియు పరిణామాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందనే దానిపై అంతర్దృష్టిని అందిస్తుంది. E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్ RNA మడత మరియు రైబోజోమ్ అసెంబ్లీ యొక్క విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన అనేక సూత్రాలను ఉల్లంఘిస్తుందని మేము కనుగొన్నాము మరియు కొత్త, గతంలో తెలియని రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌ను కనుగొన్నాము. చాలా ఊహించని విధంగా, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లు చిన్న అణువులను బంధించే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేశాయని మేము చూపిస్తాము మరియు rRNA మరియు ప్రోటీన్‌లలోని కత్తిరింపులు పరిణామ ఆవిష్కరణలను ప్రేరేపిస్తాయని పరికల్పన చేస్తాము, ఇవి చివరికి రైబోజోమ్‌పై ఉపయోగకరమైన లక్షణాలను అందించవచ్చు.
కణాంతర జీవులలో ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాల పరిణామం గురించి మన అవగాహనను మెరుగుపరచడానికి, సోకిన క్షీరద కణాల సంస్కృతుల నుండి E. క్యూనిక్యులి బీజాంశాలను వేరుచేయాలని నిర్ణయించుకున్నాము, వాటి రైబోజోమ్‌లను శుద్ధి చేయడానికి మరియు ఈ రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడానికి. మైక్రోస్పోరిడియాను పోషక మాధ్యమంలో కల్చర్ చేయలేము కాబట్టి పెద్ద సంఖ్యలో పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియాను పొందడం కష్టం. బదులుగా, అవి హోస్ట్ సెల్ లోపల మాత్రమే పెరుగుతాయి మరియు పునరుత్పత్తి చేస్తాయి. అందువల్ల, రైబోజోమ్ శుద్దీకరణ కోసం E. క్యూనిక్యులి బయోమాస్‌ను పొందడానికి, మేము క్షీరద మూత్రపిండాల కణ రేఖ RK13ని E. క్యూనిక్యులి బీజాంశాలతో ఇన్ఫెక్ట్ చేసాము మరియు E. క్యూనిక్యులి పెరగడానికి మరియు గుణించడానికి ఈ సోకిన కణాలను అనేక వారాల పాటు కల్చర్ చేసాము. దాదాపు అర చదరపు మీటరు విస్తీర్ణంలో ఉన్న ఇన్ఫెక్షన్ ఉన్న సెల్ మోనోలేయర్‌ని ఉపయోగించి, మేము దాదాపు 300 mg మైక్రోస్పోరిడియా బీజాంశాలను శుద్ధి చేయగలిగాము మరియు వాటిని రైబోజోమ్‌లను వేరుచేయడానికి ఉపయోగించాము. అప్పుడు మేము శుద్ధి చేయబడిన బీజాంశాలను గాజు పూసలతో అంతరాయం కలిగించాము మరియు లైసేట్‌ల యొక్క స్టెప్‌వైస్ పాలిథిలిన్ గ్లైకాల్ భిన్నీకరణను ఉపయోగించి ముడి రైబోజోమ్‌లను వేరుచేసాము. దీని వలన నిర్మాణ విశ్లేషణ కోసం దాదాపు 300 µg ముడి E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లను పొందగలిగాము.
తరువాత మేము ఫలిత రైబోజోమ్ నమూనాలను ఉపయోగించి క్రయో-EM చిత్రాలను సేకరించాము మరియు పెద్ద రైబోసోమల్ సబ్యూనిట్, చిన్న సబ్యూనిట్ హెడ్ మరియు చిన్న సబ్యూనిట్‌కు సంబంధించిన ముసుగులను ఉపయోగించి ఈ చిత్రాలను ప్రాసెస్ చేసాము. ఈ ప్రక్రియలో, మేము సుమారు 108,000 రైబోసోమల్ కణాల చిత్రాలను మరియు 2.7 Å రిజల్యూషన్‌తో కంప్యూటెడ్ క్రయో-EM చిత్రాలను సేకరించాము (అనుబంధ గణాంకాలు 1-3). తరువాత మేము E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లతో అనుబంధించబడిన rRNA, రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ మరియు హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 ను మోడల్ చేయడానికి క్రయోEM చిత్రాలను ఉపయోగించాము (Fig. 1a, b).
a హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 (pdb id 7QEP) తో సంక్లిష్టంగా ఉన్న E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క నిర్మాణం. b E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌తో అనుబంధించబడిన హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 యొక్క మ్యాప్. c మైక్రోస్పోరిడియన్ జాతులలో కోలుకున్న rRNAని తెలిసిన రైబోసోమల్ నిర్మాణాలతో పోల్చిన ద్వితీయ నిర్మాణ మ్యాప్. డీకోడింగ్ సైట్ (DC), సార్సినిసిన్ లూప్ (SRL) మరియు పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫేరేస్ సెంటర్ (PTC)తో సహా విస్తరించిన rRNA శకలాలు (ES) మరియు రైబోజోమ్ యాక్టివ్ సైట్‌ల స్థానాన్ని ప్యానెల్‌లు చూపుతాయి. d E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫేరేస్ సెంటర్‌కు అనుగుణంగా ఉండే ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత ఈ ఉత్ప్రేరక సైట్ E. క్యూనికులి పరాన్నజీవి మరియు H. సేపియన్‌లతో సహా దాని హోస్ట్‌లలో ఒకే నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉందని సూచిస్తుంది. e, f డీకోడింగ్ సెంటర్ (e) యొక్క సంబంధిత ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత మరియు డీకోడింగ్ సెంటర్ (f) యొక్క స్కీమాటిక్ నిర్మాణం అనేక ఇతర యూకారియోట్లలో A1491 (E. coli నంబరింగ్) కు బదులుగా E. cuniculi అవశేషాలు U1491 కలిగి ఉన్నాయని సూచిస్తున్నాయి. ఈ మార్పు E. cuniculi ఈ క్రియాశీల సైట్‌ను లక్ష్యంగా చేసుకునే యాంటీబయాటిక్‌లకు సున్నితంగా ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది.
గతంలో స్థాపించబడిన V. నెకాట్రిక్స్ మరియు P. లోకస్టే రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాలకు విరుద్ధంగా (రెండు నిర్మాణాలు ఒకే మైక్రోస్పోరిడియా కుటుంబమైన నోసెమాటిడేను సూచిస్తాయి మరియు ఒకదానికొకటి చాలా పోలి ఉంటాయి), 31,32 E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లు rRNA మరియు ప్రోటీన్ ఫ్రాగ్మెంటేషన్ యొక్క అనేక ప్రక్రియలకు లోనవుతాయి. మరింత డీనాటరేషన్ (అనుబంధ గణాంకాలు 4-6). rRNAలో, అత్యంత అద్భుతమైన మార్పులలో విస్తరించిన 25S rRNA భాగం ES12L యొక్క పూర్తి నష్టం మరియు h39, h41 మరియు H18 హెలిక్‌ల పాక్షిక క్షీణత ఉన్నాయి (చిత్రం 1c, అనుబంధ చిత్రం 4). రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లలో, అత్యంత అద్భుతమైన మార్పులలో eS30 ప్రోటీన్ యొక్క పూర్తి నష్టం మరియు eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 మరియు eS7 ప్రోటీన్‌ల సంక్షిప్తీకరణ ఉన్నాయి (అనుబంధ గణాంకాలు 4, 5).
అందువల్ల, ఎన్సెఫలోటోజూన్/ఆర్డోస్పోరా జాతుల జన్యువుల తీవ్ర తగ్గింపు వాటి రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో ప్రతిబింబిస్తుంది: E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లు నిర్మాణాత్మక లక్షణాలకు లోబడి యూకారియోటిక్ సైటోప్లాస్మిక్ రైబోజోమ్‌లలో ప్రోటీన్ కంటెంట్ యొక్క అత్యంత నాటకీయ నష్టాన్ని అనుభవిస్తాయి మరియు అవి యూకారియోట్‌లలో మాత్రమే కాకుండా, జీవితంలోని మూడు డొమైన్‌లలో కూడా విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలు కూడా కలిగి ఉండవు. E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క నిర్మాణం ఈ మార్పులకు మొదటి పరమాణు నమూనాను అందిస్తుంది మరియు తులనాత్మక జన్యుశాస్త్రం మరియు కణాంతర జీవఅణువుల నిర్మాణం యొక్క అధ్యయనాలు రెండింటి ద్వారా విస్మరించబడిన పరిణామ సంఘటనలను వెల్లడిస్తుంది (అనుబంధ చిత్రం 7). క్రింద, మేము ఈ సంఘటనలలో ప్రతిదానిని వాటి సంభావ్య పరిణామ మూలాలు మరియు రైబోజోమ్ పనితీరుపై వాటి సంభావ్య ప్రభావంతో పాటు వివరిస్తాము.
అప్పుడు మేము పెద్ద rRNA కత్తిరింపులతో పాటు, E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లు వాటి క్రియాశీల సైట్‌లలో ఒకదానిలో rRNA వైవిధ్యాలను కలిగి ఉన్నాయని కనుగొన్నాము. E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫేరేస్ సెంటర్ ఇతర యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌ల మాదిరిగానే నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ (Fig. 1d), న్యూక్లియోటైడ్ 1491 (E. coli నంబరింగ్, Fig. 1e, f) వద్ద సీక్వెన్స్ వైవిధ్యం కారణంగా డీకోడింగ్ సెంటర్ భిన్నంగా ఉంటుంది. ఈ పరిశీలన ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌ల డీకోడింగ్ సైట్ సాధారణంగా బాక్టీరియల్-రకం అవశేషాలు A1408 మరియు G1491 లతో పోలిస్తే G1408 మరియు A1491 అవశేషాలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ వైవిధ్యం బాక్టీరియల్ మరియు యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌ల యొక్క అమినోగ్లైకోసైడ్ కుటుంబానికి రైబోసోమల్ యాంటీబయాటిక్స్ మరియు డీకోడింగ్ సైట్‌ను లక్ష్యంగా చేసుకునే ఇతర చిన్న అణువులకు భిన్నమైన సున్నితత్వాన్ని సూచిస్తుంది. E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క డీకోడింగ్ సైట్ వద్ద, అవశేషం A1491 ను U1491 తో భర్తీ చేశారు, ఈ క్రియాశీల సైట్‌ను లక్ష్యంగా చేసుకునే చిన్న అణువుల కోసం ఒక ప్రత్యేకమైన బైండింగ్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సృష్టించే అవకాశం ఉంది. అదే A14901 వేరియంట్ P. locustae మరియు V. necatrix వంటి ఇతర మైక్రోస్పోరిడియాలలో కూడా ఉంది, ఇది మైక్రోస్పోరిడియా జాతులలో విస్తృతంగా వ్యాపించిందని సూచిస్తుంది (Fig. 1f).
మా E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్ నమూనాలు జీవక్రియపరంగా నిష్క్రియాత్మక బీజాంశాల నుండి వేరుచేయబడినందున, ఒత్తిడి లేదా ఆకలి పరిస్థితులలో గతంలో వివరించిన రైబోజోమ్ బైండింగ్ కోసం మేము E. క్యూనిక్యులి యొక్క క్రయో-EM మ్యాప్‌ను పరీక్షించాము. హైబర్నేషన్ కారకాలు 31,32,36,37, 38. హైబర్నేటింగ్ రైబోజోమ్ యొక్క గతంలో స్థాపించబడిన నిర్మాణాన్ని E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్ యొక్క క్రయో-EM మ్యాప్‌తో సరిపోల్చాము. డాకింగ్ కోసం, S. సెరెవిసియా రైబోజోమ్‌లను హైబర్నేషన్ కారకం Stm138తో కాంప్లెక్స్‌లో, Lso232 కారకంతో కాంప్లెక్స్‌లో మిడుత రైబోజోమ్‌లను మరియు Mdf1 మరియు Mdf231 కారకాలతో కాంప్లెక్స్‌లో V. నెకాట్రిక్స్ రైబోజోమ్‌లను ఉపయోగించారు. అదే సమయంలో, మిగిలిన కారకం Mdf1కి అనుగుణంగా క్రియో-EM సాంద్రతను మేము కనుగొన్నాము. Mdf1 ను V. నెకాట్రిక్స్ రైబోజోమ్‌తో బంధించినట్లే, Mdf1 కూడా E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌తో బంధిస్తుంది, ఇక్కడ ఇది రైబోజోమ్ యొక్క E సైట్‌ను అడ్డుకుంటుంది, శరీర నిష్క్రియాత్మకతపై పరాన్నజీవి బీజాంశాలు జీవక్రియపరంగా నిష్క్రియంగా మారినప్పుడు రైబోజోమ్‌లను అందుబాటులోకి తీసుకురావడానికి సహాయపడుతుంది (మూర్తి 2).
పరాన్నజీవి బీజాంశాలు జీవక్రియపరంగా క్రియారహితంగా మారినప్పుడు రైబోజోమ్‌ను నిష్క్రియం చేయడంలో సహాయపడే రైబోజోమ్ యొక్క E సైట్‌ను Mdf1 అడ్డుకుంటుంది. E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో, Mdf1 L1 రైబోజోమ్ కాండంతో గతంలో తెలియని సంబంధాన్ని ఏర్పరుస్తుందని మేము కనుగొన్నాము, ఇది ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో రైబోజోమ్ నుండి డీఎసిలేటెడ్ tRNA విడుదలను సులభతరం చేసే రైబోజోమ్ భాగం. ఈ పరిచయాలు డీఎసిటిలేటెడ్ tRNA వలె అదే యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగించి రైబోజోమ్ నుండి Mdf1 విడదీస్తుందని సూచిస్తున్నాయి, ప్రోటీన్ సంశ్లేషణను తిరిగి సక్రియం చేయడానికి రైబోజోమ్ Mdf1ని ఎలా తొలగిస్తుందో వివరించడానికి సాధ్యమైన వివరణను అందిస్తుంది.
అయితే, మా నిర్మాణం Mdf1 మరియు L1 రైబోజోమ్ లెగ్ (ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో రైబోజోమ్ నుండి డీఎసిలేటెడ్ tRNA విడుదలకు సహాయపడే రైబోజోమ్ భాగం) మధ్య తెలియని సంబంధాన్ని వెల్లడించింది. ముఖ్యంగా, Mdf1 డీఎసిలేటెడ్ tRNA అణువు యొక్క మోచేయి విభాగం వలె అదే పరిచయాలను ఉపయోగిస్తుంది (Fig. 2). ఇంతకు ముందు తెలియని ఈ మాలిక్యులర్ మోడలింగ్ డీఎసిలేటెడ్ tRNA వలె అదే యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగించి రైబోజోమ్ నుండి Mdf1 విడదీస్తుందని చూపించింది, ఇది ప్రోటీన్ సంశ్లేషణను తిరిగి సక్రియం చేయడానికి రైబోజోమ్ ఈ హైబర్నేషన్ కారకాన్ని ఎలా తొలగిస్తుందో వివరిస్తుంది.
rRNA నమూనాను నిర్మిస్తున్నప్పుడు, E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లో అసాధారణంగా ముడుచుకున్న rRNA భాగాలు ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము, దీనిని మేము ఫ్యూజ్డ్ rRNA అని పిలిచాము (చిత్రం 3). జీవితంలోని మూడు డొమైన్‌లను విస్తరించి ఉన్న రైబోజోమ్‌లలో, rRNA నిర్మాణాలుగా ముడుచుకుంటుంది, దీనిలో చాలా rRNA స్థావరాలు బేస్ జత మరియు ఒకదానితో ఒకటి మడవబడతాయి లేదా రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లతో సంకర్షణ చెందుతాయి38,39,40. అయితే, E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లలో, rRNAలు వాటి హెలిక్‌లలో కొన్నింటిని విప్పబడిన rRNA ప్రాంతాలుగా మార్చడం ద్వారా ఈ మడత సూత్రాన్ని ఉల్లంఘించినట్లు అనిపిస్తుంది.
S. cerevisiae, V. necatrix, మరియు E. cuniculi లలో H18 25S rRNA హెలిక్స్ నిర్మాణం. సాధారణంగా, మూడు లైఫ్ డొమైన్‌లలో విస్తరించి ఉన్న రైబోజోమ్‌లలో, ఈ లింకర్ 24 నుండి 34 అవశేషాలను కలిగి ఉన్న RNA హెలిక్స్‌లోకి చుట్టబడుతుంది. మైక్రోస్పోరిడియాలో, దీనికి విరుద్ధంగా, ఈ rRNA లింకర్ క్రమంగా 12 అవశేషాలను మాత్రమే కలిగి ఉన్న రెండు సింగిల్-స్ట్రాండ్డ్ యూరిడిన్-రిచ్ లింకర్‌లకు తగ్గించబడుతుంది. ఈ అవశేషాలలో ఎక్కువ భాగం ద్రావకాలకు గురవుతాయి. పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా rRNA మడత యొక్క సాధారణ సూత్రాలను ఉల్లంఘించినట్లు కనిపిస్తుంది, ఇక్కడ rRNA స్థావరాలు సాధారణంగా ఇతర స్థావరాలతో జతచేయబడతాయి లేదా rRNA-ప్రోటీన్ పరస్పర చర్యలలో పాల్గొంటాయి. మైక్రోస్పోరిడియాలో, కొన్ని rRNA శకలాలు అననుకూల మడతను తీసుకుంటాయి, దీనిలో మునుపటి rRNA హెలిక్స్ దాదాపు సరళ రేఖలో పొడిగించబడిన సింగిల్-స్ట్రాండ్డ్ ఫ్రాగ్‌మెంట్‌గా మారుతుంది. ఈ అసాధారణ ప్రాంతాల ఉనికి మైక్రోస్పోరిడియా rRNA కనీస సంఖ్యలో RNA స్థావరాలను ఉపయోగించి సుదూర rRNA భాగాలను బంధించడానికి అనుమతిస్తుంది.
ఈ పరిణామ పరివర్తనకు అత్యంత అద్భుతమైన ఉదాహరణను H18 25S rRNA హెలిక్స్ (Fig. 3) లో గమనించవచ్చు. E. coli నుండి మానవుల వరకు ఉన్న జాతులలో, ఈ rRNA హెలిక్స్ యొక్క స్థావరాలు 24-32 న్యూక్లియోటైడ్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి కొద్దిగా క్రమరహిత హెలిక్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. V. necatrix మరియు P. locustae నుండి గతంలో గుర్తించబడిన రైబోసోమల్ నిర్మాణాలలో, 31,32 H18 హెలిక్స్ యొక్క స్థావరాలు పాక్షికంగా విడదీయబడ్డాయి, కానీ న్యూక్లియోటైడ్ బేస్ జత సంరక్షించబడుతుంది. అయితే, E. cuniculiలో ఈ rRNA భాగం అతిచిన్న లింకర్‌లుగా మారుతుంది 228UUUGU232 మరియు 301UUUUUUUU307. సాధారణ rRNA శకలాలు వలె కాకుండా, ఈ యూరిడిన్-రిచ్ లింకర్‌లు రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లతో చుట్టబడవు లేదా విస్తృతమైన సంబంధాన్ని ఏర్పరచవు. బదులుగా, అవి ద్రావకం-ఓపెన్ మరియు పూర్తిగా విప్పబడిన నిర్మాణాలను అవలంబిస్తాయి, దీనిలో rRNA తంతువులు దాదాపు నేరుగా విస్తరించి ఉంటాయి. ఈ విస్తరించిన ఆకృతి E. కునికులి H16 మరియు H18 rRNA హెలిక్‌ల మధ్య 33 Å అంతరాన్ని పూరించడానికి కేవలం 12 RNA స్థావరాలను మాత్రమే ఎలా ఉపయోగిస్తుందో వివరిస్తుంది, అయితే ఇతర జాతులకు ఈ అంతరాన్ని పూరించడానికి కనీసం రెండు రెట్లు ఎక్కువ rRNA స్థావరాలు అవసరం.
అందువల్ల, శక్తివంతంగా అననుకూలమైన మడత ద్వారా, పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా జీవితంలోని మూడు డొమైన్‌లలో జాతులలో విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన rRNA విభాగాలను కూడా సంకోచించే వ్యూహాన్ని అభివృద్ధి చేసిందని మనం నిరూపించగలము. స్పష్టంగా, rRNA హెలిక్‌లను చిన్న పాలీ-U లింకర్‌లుగా మార్చే ఉత్పరివర్తనలను కూడబెట్టుకోవడం ద్వారా, E. క్యూనిక్యులి దూరపు rRNA భాగాల బంధన కోసం సాధ్యమైనంత తక్కువ న్యూక్లియోటైడ్‌లను కలిగి ఉన్న అసాధారణ rRNA భాగాలను ఏర్పరుస్తుంది. మైక్రోస్పోరిడియా వాటి నిర్మాణాత్మక మరియు క్రియాత్మక సమగ్రతను కోల్పోకుండా వాటి ప్రాథమిక పరమాణు నిర్మాణంలో నాటకీయ తగ్గింపును ఎలా సాధించిందో వివరించడానికి ఇది సహాయపడుతుంది.
E. cuniculi rRNA యొక్క మరొక అసాధారణ లక్షణం rRNA గట్టిపడటం లేకుండా కనిపించడం (Fig. 4). బల్జ్‌లు అనేవి బేస్ జతలు లేని న్యూక్లియోటైడ్‌లు, ఇవి RNA హెలిక్స్‌లో దాక్కునే బదులు దాని నుండి వక్రీకరిస్తాయి. చాలా rRNA ప్రోట్రూషన్‌లు పరమాణు సంసంజనాలుగా పనిచేస్తాయి, ప్రక్కనే ఉన్న రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను లేదా ఇతర rRNA భాగాలను బంధించడానికి సహాయపడతాయి. కొన్ని ఉబ్బెత్తులు కీళ్ళుగా పనిచేస్తాయి, ఉత్పాదక ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ కోసం rRNA హెలిక్స్‌ను ఉత్తమంగా వంగడానికి మరియు మడవడానికి అనుమతిస్తాయి [41].
a E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో ఒక rRNA ప్రోట్రూషన్ (S. సెరెవిసియా నంబరింగ్) లేదు, కానీ చాలా ఇతర యూకారియోట్‌లలో ఉంటుంది b E. కోలి, S. సెరెవిసియా, H. సేపియన్స్ మరియు E. క్యూనికులి అంతర్గత రైబోజోమ్‌లు. పరాన్నజీవులకు పురాతనమైన, బాగా సంరక్షించబడిన rRNA ఉబ్బెత్తులు చాలా లేవు. ఈ గట్టిపడటం రైబోజోమ్ నిర్మాణాన్ని స్థిరీకరిస్తుంది; అందువల్ల, మైక్రోస్పోరిడియాలో అవి లేకపోవడం మైక్రోస్పోరిడియా పరాన్నజీవులలో rRNA మడత తగ్గిన స్థిరత్వాన్ని సూచిస్తుంది. P స్టెమ్‌లతో (బ్యాక్టీరియాలో L7/L12 స్టెమ్‌లు) పోల్చినప్పుడు rRNA గడ్డలు కోల్పోవడం కొన్నిసార్లు కోల్పోయిన గడ్డల పక్కన కొత్త గడ్డలు కనిపించడంతో సమానంగా ఉంటుందని చూపిస్తుంది. 23S/28S rRNAలోని H42 హెలిక్స్ పురాతన ఉబ్బెత్తును కలిగి ఉంటుంది (సాచరోమైసెస్ సెరెవిసియాలో U1206) జీవితంలోని మూడు డొమైన్‌లలో దాని రక్షణ కారణంగా కనీసం 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాల పురాతనమైనదిగా అంచనా వేయబడింది. మైక్రోస్పోరిడియాలో, ఈ ఉబ్బెత్తు తొలగించబడుతుంది. అయితే, కోల్పోయిన ఉబ్బరం పక్కన ఒక కొత్త ఉబ్బరం కనిపించింది (E. కునికులిలో A1306).
ఆశ్చర్యకరంగా, E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లలో ఇతర జాతులలో కనిపించే rRNA ఉబ్బెత్తులు ఎక్కువగా లేవని మేము కనుగొన్నాము, వాటిలో ఇతర యూకారియోట్‌లలో సంరక్షించబడిన 30 కంటే ఎక్కువ ఉబ్బెత్తులు ఉన్నాయి (Fig. 4a). ఈ నష్టం రైబోసోమల్ సబ్‌యూనిట్‌లు మరియు ప్రక్కనే ఉన్న rRNA హెలిక్‌ల మధ్య అనేక సంబంధాలను తొలగిస్తుంది, కొన్నిసార్లు రైబోజోమ్‌లో పెద్ద బోలు శూన్యాలను సృష్టిస్తుంది, సాంప్రదాయ రైబోజోమ్‌లతో పోలిస్తే E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌ను మరింత పోరస్‌గా చేస్తుంది (Fig. 4b). ముఖ్యంగా, ఈ ఉబ్బెత్తుల్లో ఎక్కువ భాగం గతంలో గుర్తించిన V. నెకాట్రిక్స్ మరియు P. లోకస్టే రైబోజోమ్ నిర్మాణాలలో కూడా పోయాయని మేము కనుగొన్నాము, వీటిని మునుపటి నిర్మాణ విశ్లేషణలు విస్మరించాయి31,32.
కొన్నిసార్లు rRNA ఉబ్బెత్తుల నష్టంతో పాటు కోల్పోయిన ఉబ్బెత్తు పక్కన కొత్త ఉబ్బెత్తులు అభివృద్ధి చెందుతాయి. ఉదాహరణకు, రైబోసోమల్ P-స్టెమ్‌లో E. coli నుండి మానవులకు మనుగడ సాగించిన U1208 ఉబ్బరం (సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియాలో) ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఇది 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాల వయస్సు ఉంటుందని అంచనా. ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో, ఈ ఉబ్బరం P కాండం ఓపెన్ మరియు క్లోజ్డ్ కన్ఫర్మేషన్ల మధ్య కదలడానికి సహాయపడుతుంది, తద్వారా రైబోజోమ్ అనువాద కారకాలను నియమించుకుని వాటిని క్రియాశీల ప్రదేశానికి బట్వాడా చేయగలదు. E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లలో, ఈ గట్టిపడటం ఉండదు; అయితే, మూడు బేస్ జతలలో మాత్రమే ఉన్న కొత్త గట్టిపడటం (G883) P కాండం యొక్క సరైన వశ్యతను పునరుద్ధరించడానికి దోహదం చేస్తుంది (Fig. 4c).
ఉబ్బెత్తులు లేని rRNA పై మా డేటా ప్రకారం, rRNA కనిష్టీకరణ రైబోజోమ్ ఉపరితలంపై rRNA మూలకాల నష్టానికి మాత్రమే పరిమితం కాదు, రైబోజోమ్ కేంద్రకం కూడా ఉండవచ్చు, ఇది పరాన్నజీవి-నిర్దిష్ట పరమాణు లోపాన్ని సృష్టిస్తుంది, ఇది స్వేచ్ఛా-జీవన కణాలలో వివరించబడలేదు. జీవ జాతులు గమనించబడ్డాయి.
కానానికల్ రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు మరియు rRNA లను మోడలింగ్ చేసిన తర్వాత, సాంప్రదాయ రైబోసోమల్ భాగాలు క్రయో-EM ఇమేజ్ యొక్క మూడు భాగాలను వివరించలేవని మేము కనుగొన్నాము. ఈ శకలాలలో రెండు చిన్న అణువులు పరిమాణంలో ఉన్నాయి (Fig. 5, అనుబంధ చిత్రం 8). మొదటి విభాగం రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు uL15 మరియు eL18 మధ్య సాధారణంగా eL18 యొక్క C-టెర్మినస్ ఆక్రమించిన స్థితిలో ఉంటుంది, ఇది E. క్యూనిక్యులిలో కుదించబడుతుంది. ఈ అణువు యొక్క గుర్తింపును మనం గుర్తించలేకపోయినా, ఈ సాంద్రత ద్వీపం యొక్క పరిమాణం మరియు ఆకారం స్పెర్మిడిన్ అణువుల ఉనికి ద్వారా బాగా వివరించబడింది. రైబోజోమ్‌తో దాని బంధం uL15 ప్రోటీన్లలో (Asp51 మరియు Arg56) మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట ఉత్పరివర్తనాల ద్వారా స్థిరీకరించబడుతుంది, ఇది ఈ చిన్న అణువుకు రైబోజోమ్ యొక్క అనుబంధాన్ని పెంచుతుంది, ఎందుకంటే అవి uL15 చిన్న అణువును రైబోసోమల్ నిర్మాణంలోకి చుట్టడానికి అనుమతిస్తాయి. అనుబంధ చిత్రం 2). 8, అదనపు డేటా 1, 2).
E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌కు కట్టుబడి ఉన్న రైబోస్ వెలుపల న్యూక్లియోటైడ్‌ల ఉనికిని చూపించే క్రయో-EM ఇమేజింగ్. E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లో, ఈ న్యూక్లియోటైడ్ చాలా ఇతర యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లలో 25S rRNA A3186 న్యూక్లియోటైడ్ (సాచరోమైసెస్ సెరెవిసియా నంబరింగ్) వలె అదే స్థానాన్ని ఆక్రమించింది. b E. క్యూనికులి యొక్క రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో, ఈ న్యూక్లియోటైడ్ రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు uL9 మరియు eL20 మధ్య ఉంది, తద్వారా రెండు ప్రోటీన్ల మధ్య సంబంధాన్ని స్థిరీకరిస్తుంది. మైక్రోస్పోరిడియా జాతులలో cd eL20 సీక్వెన్స్ కన్జర్వేషన్ విశ్లేషణ. మైక్రోస్పోరిడియా జాతుల ఫైలోజెనెటిక్ చెట్టు (c) మరియు eL20 ప్రోటీన్ (d) యొక్క బహుళ శ్రేణి అమరిక న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ అవశేషాలు F170 మరియు K172 చాలా సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో సంరక్షించబడ్డాయని చూపిస్తుంది, S. లోఫిని మినహాయించి, ES39L rRNA పొడిగింపును నిలుపుకున్న ప్రారంభ బ్రాంచింగ్ మైక్రోస్పోరిడియాను మినహాయించి. e ఈ సంఖ్య న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ అవశేషాలు F170 మరియు K172 బాగా తగ్గిన మైక్రోస్పోరిడియా జన్యువు యొక్క eL20 లో మాత్రమే ఉన్నాయని చూపిస్తుంది, కానీ ఇతర యూకారియోట్లలో కాదు. మొత్తంమీద, ఈ డేటా మైక్రోస్పోరిడియన్ రైబోజోములు AMP అణువులను బంధించి, రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో ప్రోటీన్-ప్రోటీన్ పరస్పర చర్యలను స్థిరీకరించడానికి ఉపయోగించే న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్‌ను అభివృద్ధి చేశాయని సూచిస్తున్నాయి. మైక్రోస్పోరిడియాలో ఈ బైండింగ్ సైట్ యొక్క అధిక పరిరక్షణ మరియు ఇతర యూకారియోట్లలో దాని లేకపోవడం ఈ సైట్ మైక్రోస్పోరిడియాకు ఎంపిక చేసిన మనుగడ ప్రయోజనాన్ని అందించవచ్చని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లోని న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ పాకెట్ గతంలో వివరించిన విధంగా క్షీణించిన లక్షణం లేదా rRNA క్షీణత యొక్క ముగింపు రూపంగా కనిపించదు, కానీ మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ చిన్న అణువులను నేరుగా బంధించడానికి అనుమతించే ఉపయోగకరమైన పరిణామ ఆవిష్కరణ, వాటిని పరమాణు నిర్మాణ బ్లాక్‌లుగా ఉపయోగిస్తుంది. రైబోజోమ్‌ల కోసం బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు. ఈ ఆవిష్కరణ మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌ను దాని నిర్మాణ నిర్మాణ బ్లాక్‌గా ఒకే న్యూక్లియోటైడ్‌ను ఉపయోగించే ఏకైక రైబోజోమ్‌గా చేస్తుంది. f న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ నుండి ఉద్భవించిన పరిణామాత్మక మార్గం.
రెండవ తక్కువ మాలిక్యులర్ బరువు సాంద్రత రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు uL9 మరియు eL30 మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఉంది (Fig. 5a). ఈ ఇంటర్‌ఫేస్ గతంలో సాచరోమైసెస్ సెరెవిసియా రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో rRNA A3186 యొక్క 25S న్యూక్లియోటైడ్ (ES39L rRNA పొడిగింపులో భాగం) కోసం బైండింగ్ సైట్‌గా వివరించబడింది38. క్షీణించిన P. locustae ES39L రైబోజోమ్‌లలో, ఈ ఇంటర్‌ఫేస్ తెలియని సింగిల్ న్యూక్లియోటైడ్ 31ని బంధిస్తుందని చూపబడింది మరియు ఈ న్యూక్లియోటైడ్ rRNA యొక్క తగ్గిన తుది రూపం అని భావించబడుతుంది, దీనిలో rRNA పొడవు ~130-230 బేస్‌లు. ES39L ఒకే న్యూక్లియోటైడ్ 32.43కి తగ్గించబడింది. న్యూక్లియోటైడ్‌ల ద్వారా సాంద్రతను వివరించవచ్చనే ఆలోచనకు మా క్రయో-EM చిత్రాలు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. అయితే, మా నిర్మాణం యొక్క అధిక రిజల్యూషన్ ఈ న్యూక్లియోటైడ్ ఒక ఎక్స్‌ట్రారిబోసోమల్ అణువు అని చూపించింది, బహుశా AMP (Fig. 5a, b).
తరువాత మేము న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్ E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లో కనిపించిందా లేదా అది గతంలో ఉందా అని అడిగాము. న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ ప్రధానంగా eL30 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లోని Phe170 మరియు Lys172 అవశేషాల ద్వారా మధ్యవర్తిత్వం వహించబడుతుంది కాబట్టి, 4396 ప్రతినిధి యూకారియోట్‌లలో ఈ అవశేషాల పరిరక్షణను మేము అంచనా వేసాము. పైన పేర్కొన్న uL15 విషయంలో వలె, Phe170 మరియు Lys172 అవశేషాలు సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో మాత్రమే ఎక్కువగా సంరక్షించబడుతున్నాయని మేము కనుగొన్నాము, కానీ వైవిధ్యమైన మైక్రోస్పోరిడియా మిటోస్పోరిడియం మరియు యాంఫియాంబ్లైస్‌తో సహా ఇతర యూకారియోట్‌లలో లేవు, దీనిలో ES39L rRNA భాగం తగ్గించబడలేదు 44, 45, 46 (Fig. 5c). -e).
కలిసి చూస్తే, ఈ డేటా E. క్యూనికులి మరియు బహుశా ఇతర కానానికల్ మైక్రోస్పోరిడియాలు rRNA మరియు ప్రోటీన్ స్థాయిల క్షీణతను భర్తీ చేయడానికి రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో పెద్ద సంఖ్యలో చిన్న జీవక్రియలను సమర్థవంతంగా సంగ్రహించే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేశాయనే ఆలోచనకు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. అలా చేయడం ద్వారా, వారు రైబోజోమ్ వెలుపల న్యూక్లియోటైడ్‌లను బంధించే ప్రత్యేక సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేశారు, పరాన్నజీవి పరమాణు నిర్మాణాలు సమృద్ధిగా ఉన్న చిన్న జీవక్రియలను సంగ్రహించడం ద్వారా మరియు వాటిని క్షీణించిన RNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాల నిర్మాణాత్మక అనుకరణలుగా ఉపయోగించడం ద్వారా భర్తీ చేస్తాయని చూపిస్తుంది.
మా క్రయో-EM మ్యాప్‌లోని మూడవ అనుకరణ చేయని భాగం, పెద్ద రైబోసోమల్ సబ్యూనిట్‌లో కనుగొనబడింది. మా మ్యాప్ యొక్క సాపేక్షంగా అధిక రిజల్యూషన్ (2.6 Å) ఈ సాంద్రత పెద్ద సైడ్ చైన్ అవశేషాల ప్రత్యేక కలయికలతో ప్రోటీన్‌లకు చెందినదని సూచిస్తుంది, ఇది ఈ సాంద్రతను గతంలో తెలియని రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌గా గుర్తించడానికి మాకు వీలు కల్పించింది, దీనిని మేము గుర్తించాము దీనికి msL2 (మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట ప్రోటీన్ L2) అని పేరు పెట్టారు (పద్ధతులు, ఫిగర్ 6). మా హోమోలజీ శోధనలో msL2 ఎన్సెఫాలిటర్ మరియు ఓరోస్పోరిడియం జాతికి చెందిన మైక్రోస్పోరిడియా క్లాడ్‌లో సంరక్షించబడిందని, కానీ ఇతర మైక్రోస్పోరిడియాతో సహా ఇతర జాతులలో లేదని తేలింది. రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో, msL2 విస్తరించిన ES31L rRNA కోల్పోవడం ద్వారా ఏర్పడిన ఖాళీని ఆక్రమిస్తుంది. ఈ శూన్యంలో, msL2 rRNA మడతను స్థిరీకరించడంలో సహాయపడుతుంది మరియు ES31L నష్టాన్ని భర్తీ చేయగలదు (మూర్తి 6).
E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లలో కనిపించే మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ msL2 యొక్క ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత మరియు నమూనా. b సాచరోమైసెస్ సెరెవిసియా యొక్క 80S రైబోజోమ్‌తో సహా చాలా యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లు, చాలా మైక్రోస్పోరిడియన్ జాతులలో కోల్పోయిన ES19L rRNA విస్తరణను కలిగి ఉంటాయి. గతంలో స్థాపించబడిన V. నెకాట్రిక్స్ మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ నిర్మాణం ఈ పరాన్నజీవులలో ES19L నష్టం కొత్త msL1 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ పరిణామం ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుందని సూచిస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో, E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ ES19L నష్టానికి స్పష్టమైన పరిహారంగా అదనపు రైబోసోమల్ RNA అనుకరణ ప్రోటీన్‌ను కూడా అభివృద్ధి చేసిందని మేము కనుగొన్నాము. అయితే, msL2 (ప్రస్తుతం ఊహాత్మక ECU06_1135 ప్రోటీన్‌గా వ్యాఖ్యానించబడింది) మరియు msL1 వేర్వేరు నిర్మాణాత్మక మరియు పరిణామ మూలాలను కలిగి ఉన్నాయి. c పరిణామాత్మకంగా సంబంధం లేని msL1 మరియు msL2 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ల ఉత్పత్తి యొక్క ఈ ఆవిష్కరణ, రైబోజోములు వాటి rRNAలో హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను కూడబెట్టుకుంటే, అవి దగ్గరి సంబంధం ఉన్న జాతుల యొక్క చిన్న ఉపసమితిలో కూడా అపూర్వమైన స్థాయి కూర్పు వైవిధ్యాన్ని సాధించగలవని సూచిస్తున్నాయి. ఈ ఆవిష్కరణ మైటోకాన్డ్రియల్ రైబోజోమ్ యొక్క మూలం మరియు పరిణామాన్ని స్పష్టం చేయడంలో సహాయపడుతుంది, ఇది దాని అత్యంత తగ్గిన rRNA మరియు జాతుల అంతటా ప్రోటీన్ కూర్పులో అసాధారణ వైవిధ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది.
తరువాత మేము msL2 ప్రోటీన్‌ను గతంలో వివరించిన msL1 ప్రోటీన్‌తో పోల్చాము, ఇది V. నెకాట్రిక్స్ రైబోజోమ్‌లో కనిపించే ఏకైక మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట రైబోసోమల్ ప్రోటీన్. msL1 మరియు msL2 పరిణామాత్మకంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయో లేదో పరీక్షించాలనుకున్నాము. msL1 మరియు msL2 రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో ఒకే కుహరాన్ని ఆక్రమించాయని, కానీ వేర్వేరు ప్రాథమిక మరియు తృతీయ నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నాయని మా విశ్లేషణ చూపించింది, ఇది వాటి స్వతంత్ర పరిణామ మూలాన్ని సూచిస్తుంది (Fig. 6). అందువల్ల, msL2 యొక్క మా ఆవిష్కరణ కాంపాక్ట్ యూకారియోటిక్ జాతుల సమూహాలు స్వతంత్రంగా నిర్మాణాత్మకంగా విభిన్నమైన రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను అభివృద్ధి చేయగలవని రుజువునిస్తుంది, ఇది rRNA శకలాల నష్టాన్ని భర్తీ చేస్తుంది. చాలా సైటోప్లాస్మిక్ యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లు 81 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌ల ఒకే కుటుంబంతో సహా ఒక మార్పులేని ప్రోటీన్‌ను కలిగి ఉండటంలో ఈ అన్వేషణ గుర్తించదగినది. విస్తరించిన rRNA విభాగాల నష్టానికి ప్రతిస్పందనగా మైక్రోస్పోరిడియా యొక్క వివిధ క్లాడ్‌లలో msL1 మరియు msL2 కనిపించడం, పరాన్నజీవి యొక్క పరమాణు నిర్మాణం క్షీణించడం వలన పరాన్నజీవులు పరిహార ఉత్పరివర్తనాలను కోరుకునేలా చేస్తుందని, ఇది చివరికి వివిధ పరాన్నజీవి జనాభాలో వాటి సముపార్జనకు దారితీయవచ్చని సూచిస్తుంది.
చివరగా, మా నమూనా పూర్తయినప్పుడు, మేము E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ యొక్క కూర్పును జన్యు శ్రేణి నుండి అంచనా వేసిన దానితో పోల్చాము. eL14, eL38, eL41, మరియు eS30 వంటి అనేక రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు, E. క్యూనికులి జన్యువు నుండి వాటి హోమోలాగ్‌లు స్పష్టంగా లేకపోవడం వల్ల E. క్యూనికులి జన్యువు నుండి తప్పిపోయాయని గతంలో భావించారు. చాలా ఇతర బాగా తగ్గిన కణాంతర పరాన్నజీవులు మరియు ఎండోసింబియంట్‌లలో కూడా అనేక రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌ల నష్టం అంచనా వేయబడింది. ఉదాహరణకు, చాలా స్వేచ్ఛగా జీవించే బ్యాక్టీరియా 54 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌ల ఒకే కుటుంబాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ, ఈ ప్రోటీన్ కుటుంబాలలో 11 మాత్రమే హోస్ట్-నిరోధిత బ్యాక్టీరియా యొక్క ప్రతి విశ్లేషించబడిన జన్యువులో గుర్తించదగిన హోమోలాగ్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఈ భావనకు మద్దతుగా, eL38 మరియు eL4131,32 ప్రోటీన్‌లను కలిగి లేని V. నెకాట్రిక్స్ మరియు P. లోకస్టే మైక్రోస్పోరిడియాలో రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌ల నష్టం ప్రయోగాత్మకంగా గమనించబడింది.
అయితే, మా నిర్మాణాలు E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లో eL38, eL41 మరియు eS30 మాత్రమే వాస్తవానికి పోతున్నాయని చూపిస్తున్నాయి. eL14 ప్రోటీన్ సంరక్షించబడింది మరియు హోమోలజీ శోధనలో ఈ ప్రోటీన్ ఎందుకు కనుగొనబడలేదో మా నిర్మాణం చూపించింది (చిత్రం 7). E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లలో, rRNA-యాంప్లిఫైడ్ ES39L యొక్క క్షీణత కారణంగా eL14 బైండింగ్ సైట్‌లో ఎక్కువ భాగం పోతుంది. ES39L లేనప్పుడు, eL14 దాని ద్వితీయ నిర్మాణాన్ని చాలావరకు కోల్పోయింది మరియు E. క్యూనికులి మరియు S. సెరెవిసియాలో eL14 శ్రేణిలో 18% మాత్రమే ఒకేలా ఉంది. ఈ పేలవమైన శ్రేణి సంరక్షణ విశేషమైనది ఎందుకంటే 1.5 బిలియన్ సంవత్సరాల దూరంలో పరిణామం చెందిన జీవులైన సాచారోమైసెస్ సెరెవిసియా మరియు హోమో సేపియన్‌లు కూడా eL14లో ఒకే అవశేషాలలో 51% కంటే ఎక్కువ పంచుకుంటాయి. ఈ అసాధారణ పరిరక్షణ నష్టం E. క్యూనికులి eL14 ప్రస్తుతం eL1427 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌గా కాకుండా M970_061160 ప్రోటీన్‌గా ఎందుకు వ్యాఖ్యానించబడిందో వివరిస్తుంది.
మరియు మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ ES39L rRNA పొడిగింపును కోల్పోయింది, ఇది eL14 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ బైండింగ్ సైట్‌ను పాక్షికంగా తొలగించింది. ES39L లేనప్పుడు, eL14 మైక్రోస్పోర్ ప్రోటీన్ ద్వితీయ నిర్మాణాన్ని కోల్పోతుంది, దీనిలో మునుపటి rRNA-బైండింగ్ α-హెలిక్స్ కనిష్ట పొడవు లూప్‌గా క్షీణిస్తుంది. b బహుళ శ్రేణి అమరిక eL14 ప్రోటీన్ యూకారియోటిక్ జాతులలో (ఈస్ట్ మరియు మానవ హోమోలాగ్‌ల మధ్య 57% శ్రేణి గుర్తింపు) బాగా సంరక్షించబడిందని చూపిస్తుంది, కానీ మైక్రోస్పోరిడియాలో (ఇందులో 24% కంటే ఎక్కువ అవశేషాలు eL14 హోమోలాగ్‌కు సమానంగా ఉండవు) పేలవంగా సంరక్షించబడి మరియు విభిన్నంగా ఉంటుంది. S. సెరెవిసియా లేదా H. సేపియన్స్ నుండి). ఈ పేలవమైన శ్రేణి పరిరక్షణ మరియు ద్వితీయ నిర్మాణ వైవిధ్యం E. క్యూనికులిలో eL14 హోమోలాగ్ ఎప్పుడూ కనుగొనబడలేదని మరియు ఈ ప్రోటీన్ E. క్యూనికులిలో ఎందుకు కోల్పోయిందని భావిస్తున్నారో వివరిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, E. cuniculi eL14 గతంలో ఒక ఊహాత్మక M970_061160 ప్రోటీన్‌గా వ్యాఖ్యానించబడింది. ఈ పరిశీలన మైక్రోస్పోరిడియా జన్యు వైవిధ్యాన్ని ప్రస్తుతం అతిగా అంచనా వేయబడిందని సూచిస్తుంది: ప్రస్తుతం మైక్రోస్పోరిడియాలో కోల్పోయిందని భావిస్తున్న కొన్ని జన్యువులు వాస్తవానికి సంరక్షించబడ్డాయి, అయినప్పటికీ చాలా విభిన్న రూపాల్లో ఉన్నాయి; బదులుగా, కొన్ని పురుగు-నిర్దిష్ట ప్రోటీన్‌ల కోసం మైక్రోస్పోరిడియా జన్యువులను కోడ్ చేస్తాయని భావిస్తున్నారు (ఉదా., ఊహాత్మక ప్రోటీన్ M970_061160) వాస్తవానికి ఇతర యూకారియోట్‌లలో కనిపించే చాలా వైవిధ్యమైన ప్రోటీన్‌లను కోడ్ చేస్తుంది.
ఈ పరిశోధన rRNA డీనాటరేషన్ ప్రక్కనే ఉన్న రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లలో సీక్వెన్స్ కన్జర్వేషన్ యొక్క నాటకీయ నష్టానికి దారితీస్తుందని సూచిస్తుంది, దీని వలన ఈ ప్రోటీన్లు హోమోలజీ శోధనలకు గుర్తించబడవు. అందువల్ల, చిన్న జన్యు జీవులలో పరమాణు క్షీణత యొక్క వాస్తవ స్థాయిని మనం అతిగా అంచనా వేయవచ్చు, ఎందుకంటే కోల్పోయినట్లు భావించే కొన్ని ప్రోటీన్లు వాస్తవానికి కొనసాగుతాయి, అయినప్పటికీ చాలా మార్పు చెందిన రూపాల్లో.
తీవ్రమైన జన్యు తగ్గింపు పరిస్థితులలో పరాన్నజీవులు వాటి పరమాణు యంత్రాల పనితీరును ఎలా నిలుపుకోగలవు? అతి చిన్న యూకారియోటిక్ జన్యువులలో ఒకటైన E. క్యూనిక్యులి అనే జీవి యొక్క సంక్లిష్ట పరమాణు నిర్మాణం (రైబోజోమ్)ను వివరించడం ద్వారా మా అధ్యయనం ఈ ప్రశ్నకు సమాధానమిస్తుంది.
సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులలోని ప్రోటీన్ మరియు RNA అణువులు తరచుగా స్వేచ్ఛా-జీవన జాతులలోని వాటి హోమోలాగస్ అణువుల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయని దాదాపు రెండు దశాబ్దాలుగా తెలుసు, ఎందుకంటే వాటికి నాణ్యత నియంత్రణ కేంద్రాలు లేవు, స్వేచ్ఛా-జీవన సూక్ష్మజీవులలో వాటి పరిమాణంలో 50%కి తగ్గించబడతాయి. మడత మరియు పనితీరును దెబ్బతీసే అనేక బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనలు. ఉదాహరణకు, అనేక కణాంతర పరాన్నజీవులు మరియు ఎండోసింబియంట్‌లతో సహా చిన్న జన్యు జీవుల రైబోజోమ్‌లు అనేక రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉండవని మరియు స్వేచ్ఛా-జీవన జాతులతో పోలిస్తే rRNA న్యూక్లియోటైడ్‌లలో మూడింట ఒక వంతు వరకు ఉండవని భావిస్తున్నారు 27, 29, 30, 49. అయితే, పరాన్నజీవిలో ఈ అణువులు పనిచేసే విధానం చాలావరకు ఒక రహస్యంగానే ఉంది, ప్రధానంగా తులనాత్మక జన్యుశాస్త్రం ద్వారా అధ్యయనం చేయబడింది.
మా అధ్యయనం ప్రకారం, కణాంతర పరాన్నజీవులు మరియు ఇతర హోస్ట్-నిరోధిత జీవుల యొక్క సాంప్రదాయ తులనాత్మక జన్యు అధ్యయనాల నుండి సంగ్రహించడం కష్టతరమైన పరిణామానికి సంబంధించిన అనేక అంశాలను స్థూల అణువుల నిర్మాణం వెల్లడిస్తుంది (అనుబంధ చిత్రం 7). ఉదాహరణకు, eL14 ప్రోటీన్ యొక్క ఉదాహరణ పరాన్నజీవి జాతులలో పరమాణు ఉపకరణం యొక్క వాస్తవ క్షీణత స్థాయిని మనం అతిగా అంచనా వేయగలమని చూపిస్తుంది. ఎన్సెఫాలిటిక్ పరాన్నజీవులు ఇప్పుడు వందలాది మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట జన్యువులను కలిగి ఉన్నాయని నమ్ముతారు. అయితే, ఈ నిర్దిష్ట జన్యువులలో కొన్ని వాస్తవానికి ఇతర యూకారియోట్లలో సాధారణంగా కనిపించే జన్యువుల యొక్క చాలా భిన్నమైన వైవిధ్యాలు అని మా ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అంతేకాకుండా, msL2 ప్రోటీన్ యొక్క ఉదాహరణ మనం కొత్త రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లను ఎలా విస్మరిస్తామో మరియు పరాన్నజీవి పరమాణు యంత్రాల కంటెంట్‌ను ఎలా తక్కువగా అంచనా వేస్తామో చూపిస్తుంది. చిన్న అణువుల ఉదాహరణ పరాన్నజీవి పరమాణు నిర్మాణాలలో అత్యంత తెలివిగల ఆవిష్కరణలను మనం ఎలా విస్మరించవచ్చో చూపిస్తుంది, అవి వాటికి కొత్త జీవసంబంధమైన కార్యకలాపాలను ఇవ్వగలవు.
కలిసి చూస్తే, ఈ ఫలితాలు హోస్ట్-నిరోధిత జీవుల పరమాణు నిర్మాణాలకు మరియు స్వేచ్ఛా-జీవన జీవులలో వాటి ప్రతిరూపాలకు మధ్య వ్యత్యాసాల గురించి మన అవగాహనను మెరుగుపరుస్తాయి. చాలా కాలంగా తగ్గించబడతాయని, క్షీణించి, వివిధ బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనాలకు లోనవుతాయని భావించిన పరమాణు యంత్రాలు, బదులుగా క్రమపద్ధతిలో విస్మరించబడిన అసాధారణ నిర్మాణ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయని మేము చూపిస్తాము.
మరోవైపు, E. కునికులి యొక్క రైబోజోమ్‌లలో మనం కనుగొన్న స్థూలంగా లేని rRNA శకలాలు మరియు ఫ్యూజ్డ్ శకలాలు, జన్యు తగ్గింపు దాదాపు 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాల స్వతంత్ర జాతుల పరిణామం తర్వాత - జీవితంలోని మూడు డొమైన్‌లలో భద్రపరచబడిన ప్రాథమిక పరమాణు యంత్రాల భాగాలను కూడా మార్చగలదని సూచిస్తున్నాయి.
ఎండోసింబియోటిక్ బ్యాక్టీరియాలోని RNA అణువుల యొక్క మునుపటి అధ్యయనాల వెలుగులో E. క్యూనికులి రైబోజోమ్‌లలోని ఉబ్బెత్తు-రహిత మరియు సంలీనమైన rRNA భాగాలు ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, అఫిడ్ ఎండోసింబియంట్ బుచ్నేరా అఫిడికోలాలో, A+T కూర్పు పక్షపాతం మరియు అధిక నిష్పత్తిలో నాన్-కానానికల్ బేస్ జతల కారణంగా rRNA మరియు tRNA అణువులు ఉష్ణోగ్రత-సున్నితమైన నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నాయని తేలింది. RNAలో ఈ మార్పులు, అలాగే ప్రోటీన్ అణువులలో మార్పులు, భాగస్వాములపై ​​ఎండోసింబియంట్‌లు అధికంగా ఆధారపడటానికి మరియు ఎండోసింబియంట్‌లు వేడిని బదిలీ చేయలేకపోవడానికి కారణమని ఇప్పుడు భావిస్తున్నారు 21, 23 . పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా rRNA నిర్మాణాత్మకంగా విభిన్నమైన మార్పులను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, ఈ మార్పుల స్వభావం తగ్గిన ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు చాపెరోన్ ప్రోటీన్‌లపై అధిక ఆధారపడటం తగ్గిన జన్యువులు కలిగిన జీవులలో RNA అణువుల సాధారణ లక్షణాలు కావచ్చునని సూచిస్తుంది.
మరోవైపు, పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలను నిరోధించే ప్రత్యేక సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసిందని, క్షీణించిన rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాల నిర్మాణాత్మక అనుకరణలుగా సమృద్ధిగా మరియు సులభంగా లభించే చిన్న జీవక్రియలను ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసిందని మా నిర్మాణాలు చూపిస్తున్నాయి. పరమాణు నిర్మాణ క్షీణత. . RRNAలోని ప్రోటీన్ శకలాలు మరియు E. క్యూనిక్యులి యొక్క రైబోజోమ్‌ల నష్టాన్ని భర్తీ చేసే చిన్న అణువులు uL15 మరియు eL30 ప్రోటీన్‌లలో మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట అవశేషాలతో బంధిస్తాయనే వాస్తవం ఈ అభిప్రాయానికి మద్దతు ఇస్తుంది. చిన్న అణువులను రైబోజోమ్‌లకు బంధించడం సానుకూల ఎంపిక యొక్క ఉత్పత్తి కావచ్చు, దీనిలో రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లలో మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట ఉత్పరివర్తనలు చిన్న అణువులకు రైబోజోమ్‌ల అనుబంధాన్ని పెంచే సామర్థ్యం కోసం ఎంపిక చేయబడ్డాయి, ఇది మరింత సమర్థవంతమైన రైబోసోమల్ జీవులకు దారితీయవచ్చు. ఈ ఆవిష్కరణ సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవుల పరమాణు నిర్మాణంలో ఒక తెలివైన ఆవిష్కరణను వెల్లడిస్తుంది మరియు తగ్గింపు పరిణామం ఉన్నప్పటికీ పరాన్నజీవి పరమాణు నిర్మాణాలు వాటి పనితీరును ఎలా నిర్వహిస్తాయో మాకు బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడుతుంది.
ప్రస్తుతం, ఈ చిన్న అణువుల గుర్తింపు అస్పష్టంగానే ఉంది. రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో ఈ చిన్న అణువుల రూపాన్ని మైక్రోస్పోరిడియా జాతుల మధ్య ఎందుకు భిన్నంగా ఉంటుందో స్పష్టంగా లేదు. ముఖ్యంగా, V. నెకాట్రిక్స్ యొక్క eL20 మరియు K172 ప్రోటీన్లలో F170 అవశేషాలు ఉన్నప్పటికీ, E. క్యూనికులి మరియు P. లోకస్టే యొక్క రైబోజోమ్‌లలో న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ ఎందుకు గమనించబడుతుందో మరియు V. నెకాట్రిక్స్ యొక్క రైబోజోమ్‌లలో ఎందుకు గమనించబడుతుందో స్పష్టంగా లేదు. ఈ తొలగింపు అవశేషాలు 43 uL6 (న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ పాకెట్‌కు ఆనుకొని ఉంది) వల్ల సంభవించవచ్చు, ఇది E. క్యూనికులి మరియు P. లోకస్టేలో థ్రెయోనిన్ కాదు మరియు V. నెకాట్రిక్స్‌లో టైరోసిన్. టైర్ 43 యొక్క స్థూలమైన సుగంధ సైడ్ చైన్ స్టెరిక్ అతివ్యాప్తి కారణంగా న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్‌కు ఆటంకం కలిగిస్తుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా, స్పష్టమైన న్యూక్లియోటైడ్ తొలగింపు క్రయో-EM ఇమేజింగ్ యొక్క తక్కువ రిజల్యూషన్ కారణంగా ఉండవచ్చు, ఇది V. నెకాట్రిక్స్ రైబోసోమల్ శకలాల మోడలింగ్‌కు ఆటంకం కలిగిస్తుంది.
మరోవైపు, జన్యు క్షయం ప్రక్రియ ఒక ఆవిష్కరణ శక్తి కావచ్చని మా పరిశోధన సూచిస్తుంది. ముఖ్యంగా, E. క్యూనికులి రైబోజోమ్ నిర్మాణం, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లో rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలు కోల్పోవడం వల్ల పరిణామాత్మక ఒత్తిడి ఏర్పడుతుందని, ఇది రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో మార్పులను ప్రోత్సహిస్తుందని సూచిస్తుంది. ఈ వైవిధ్యాలు రైబోజోమ్ యొక్క క్రియాశీల సైట్ నుండి దూరంగా సంభవిస్తాయి మరియు సరైన రైబోజోమ్ అసెంబ్లీని నిర్వహించడానికి (లేదా పునరుద్ధరించడానికి) సహాయపడతాయి, లేకపోతే తగ్గిన rRNA ద్వారా అంతరాయం ఏర్పడుతుంది. మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ యొక్క ప్రధాన ఆవిష్కరణ జన్యు చలనాన్ని బఫర్ చేయవలసిన అవసరంగా పరిణామం చెందిందని ఇది సూచిస్తుంది.
బహుశా ఇది న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ ద్వారా బాగా వివరించబడింది, ఇది ఇప్పటివరకు ఇతర జీవులలో ఎప్పుడూ గమనించబడలేదు. న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ అవశేషాలు సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో ఉంటాయి, కానీ ఇతర యూకారియోట్లలో ఉండవు అనే వాస్తవం, న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ సైట్లు కేవలం అదృశ్యం కావడానికి వేచి ఉన్న అవశేషాలు కాదని లేదా వ్యక్తిగత న్యూక్లియోటైడ్ల రూపంలోకి పునరుద్ధరించబడే rRNA కోసం తుది సైట్ కాదని సూచిస్తుంది. బదులుగా, ఈ సైట్ అనేక రౌండ్ల సానుకూల ఎంపికలో ఉద్భవించి ఉండే ఉపయోగకరమైన లక్షణంగా కనిపిస్తుంది. న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్లు సహజ ఎంపిక యొక్క ఉప ఉత్పత్తి కావచ్చు: ES39L క్షీణించిన తర్వాత, ES39L లేనప్పుడు మైక్రోస్పోరిడియా సరైన రైబోజోమ్ బయోజెనిసిస్‌ను పునరుద్ధరించడానికి పరిహారం కోరవలసి వస్తుంది. ఈ న్యూక్లియోటైడ్ ES39Lలోని A3186 న్యూక్లియోటైడ్ యొక్క పరమాణు పరిచయాలను అనుకరించగలదు కాబట్టి, న్యూక్లియోటైడ్ అణువు రైబోజోమ్ యొక్క బిల్డింగ్ బ్లాక్‌గా మారుతుంది, దీని బైండింగ్ eL30 క్రమం యొక్క మ్యుటేషన్ ద్వారా మరింత మెరుగుపడుతుంది.
కణాంతర పరాన్నజీవుల పరమాణు పరిణామానికి సంబంధించి, మా అధ్యయనం డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక మరియు జన్యు క్షయం యొక్క జన్యు చలనం యొక్క శక్తులు సమాంతరంగా పనిచేయవు, కానీ డోలనం చెందుతాయని చూపిస్తుంది. మొదటిది, జన్యు చలనం జీవ అణువుల యొక్క ముఖ్యమైన లక్షణాలను తొలగిస్తుంది, దీని వలన పరిహారం చాలా అవసరం అవుతుంది. డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక ద్వారా పరాన్నజీవులు ఈ అవసరాన్ని తీర్చినప్పుడు మాత్రమే వాటి స్థూల అణువులు వాటి అత్యంత ఆకర్షణీయమైన మరియు వినూత్న లక్షణాలను అభివృద్ధి చేసుకునే అవకాశం ఉంటుంది. ముఖ్యంగా, E. క్యూనిక్యులి రైబోజోమ్‌లోని న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్‌ల పరిణామం, పరమాణు పరిణామం యొక్క ఈ లాస్-టు-లాన్ ​​నమూనా హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను రుణ విమోచన చేయడమే కాకుండా, కొన్నిసార్లు పరాన్నజీవి స్థూల అణువులపై పూర్తిగా కొత్త విధులను అందిస్తుందని సూచిస్తుంది.
ఈ ఆలోచన సెవెల్ రైట్ యొక్క కదిలే సమతౌల్య సిద్ధాంతానికి అనుగుణంగా ఉంది, ఇది సహజ ఎంపిక యొక్క కఠినమైన వ్యవస్థ జీవుల ఆవిష్కరణ సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తుందని పేర్కొంది51,52,53. అయితే, జన్యు ప్రవాహం సహజ ఎంపికకు అంతరాయం కలిగిస్తే, ఈ కదలికలు తమలో తాము అనుకూలత లేని (లేదా హానికరమైన) మార్పులను ఉత్పత్తి చేయగలవు కానీ అధిక ఫిట్‌నెస్ లేదా కొత్త జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను అందించే మరిన్ని మార్పులకు దారితీస్తాయి. జీవ అణువు యొక్క మడత మరియు పనితీరును తగ్గించే అదే రకమైన మ్యుటేషన్ దాని మెరుగుదలకు ప్రధాన ట్రిగ్గర్‌గా కనిపిస్తుందని వివరించడం ద్వారా మా ఫ్రేమ్‌వర్క్ ఈ ఆలోచనకు మద్దతు ఇస్తుంది. గెలుపు-గెలుపు పరిణామ నమూనాకు అనుగుణంగా, సాంప్రదాయకంగా క్షీణత ప్రక్రియగా పరిగణించబడే జన్యు క్షయం కూడా ఆవిష్కరణకు ప్రధాన డ్రైవర్ అని మా అధ్యయనం చూపిస్తుంది, కొన్నిసార్లు మరియు బహుశా తరచుగా స్థూల అణువులు కొత్త పరాన్నజీవి కార్యకలాపాలను పొందేందుకు అనుమతిస్తుంది. వాటిని ఉపయోగించవచ్చు.