Nature.comను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు అప్‌డేట్ చేయబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను నిలిపివేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను రెండర్ చేస్తాము.
సూక్ష్మజీవి పరాన్నజీవుల పరిణామంలో, పరాన్నజీవులు మెరుగుపడటానికి కారణమయ్యే సహజ ఎంపికకు, మరియు పరాన్నజీవులు జన్యువులను కోల్పోయి హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను పోగుచేసుకోవడానికి కారణమయ్యే జన్యు ప్రవాహానికి మధ్య ఒక ప్రతిచర్య ఉంటుంది. ఇక్కడ, ఒకే స్థూల అణువు స్థాయిలో ఈ ప్రతిచర్య ఎలా జరుగుతుందో అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రకృతిలో అతి చిన్న జన్యువులలో ఒకటి కలిగిన యూకారియోటిక్ జీవి అయిన ఎన్సెఫాలిటోజూన్ క్యునిక్యులి యొక్క రైబోజోమ్ యొక్క క్రయో-EM నిర్మాణాన్ని మేము వివరిస్తున్నాము. E. క్యునిక్యులి రైబోజోమ్‌లలో rRNA యొక్క తీవ్రమైన తగ్గింపుతో పాటు, ఇంతకు ముందు తెలియని సంలీనమైన rRNA లింకర్లు మరియు ఉబ్బెత్తులు లేని rRNA యొక్క పరిణామం వంటి అపూర్వమైన నిర్మాణ మార్పులు కూడా సంభవించాయి. అదనంగా, E. క్యునిక్యులి రైబోజోమ్, క్షీణించిన rRNA శకలాలు మరియు ప్రోటీన్ల నిర్మాణ అనుకరణలుగా చిన్న అణువులను ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యాన్ని పెంపొందించుకోవడం ద్వారా, rRNA శకలాలు మరియు ప్రోటీన్ల నష్టాన్ని తట్టుకుని నిలబడింది. మొత్తంగా, దీర్ఘకాలంగా తగ్గిపోతాయని, క్షీణిస్తాయని, మరియు బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనాలకు లోనవుతాయని భావించిన అణు నిర్మాణాలకు, తీవ్రమైన అణు సంకోచాలు ఉన్నప్పటికీ వాటిని చురుకుగా ఉంచే అనేక పరిహార యంత్రాంగాలు ఉన్నాయని మేము చూపిస్తున్నాము.
చాలా సూక్ష్మజీవి పరాన్నజీవుల సమూహాలు వాటి ఆతిథేయులను దోపిడీ చేయడానికి ప్రత్యేకమైన అణు సాధనాలను కలిగి ఉన్నందున, మనం తరచుగా వివిధ పరాన్నజీవుల సమూహాలకు వేర్వేరు చికిత్సలను అభివృద్ధి చేయాల్సి ఉంటుంది¹,². అయితే, పరాన్నజీవుల పరిణామంలోని కొన్ని అంశాలు ఏకీభవిస్తాయని మరియు చాలావరకు ఊహించదగినవని కొత్త ఆధారాలు సూచిస్తున్నాయి, ఇది సూక్ష్మజీవి పరాన్నజీవులలో విస్తృత చికిత్సా జోక్యాలకు సంభావ్య ఆధారాన్ని సూచిస్తుంది³,4,5,6,7,8,9.
గతంలో జరిగిన పరిశోధనలు, సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులలో జన్యువుల క్షీణత లేదా జన్యువుల క్షయం అనే ఒక సాధారణ పరిణామ ధోరణిని గుర్తించాయి¹⁰,¹¹,¹²,¹³. ప్రస్తుత పరిశోధనల ప్రకారం, సూక్ష్మజీవులు తమ స్వేచ్ఛా జీవనాన్ని విడిచిపెట్టి కణాంతర్గత పరాన్నజీవులుగా (లేదా ఎండోసింబియాంట్‌లుగా) మారినప్పుడు, వాటి జన్యువులు లక్షలాది సంవత్సరాల పాటు నెమ్మదిగా కానీ అద్భుతమైన రూపాంతరాలకు గురవుతాయి⁹,¹¹. జన్యువుల క్షయం అని పిలువబడే ఈ ప్రక్రియలో, సూక్ష్మజీవుల పరాన్నజీవులు హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను పోగుచేసుకుంటాయి. ఇవి గతంలో ముఖ్యమైన అనేక జన్యువులను సూడోజీన్‌లుగా మారుస్తాయి, దీనివల్ల క్రమంగా జన్యువులు నశించి, ఉత్పరివర్తనాల పతనం జరుగుతుంది¹⁴,¹⁵. దగ్గరి సంబంధం ఉన్న స్వేచ్ఛా జీవన జాతులతో పోలిస్తే, అత్యంత పురాతనమైన కణాంతర్గత జీవులలో ఈ పతనం 95% వరకు జన్యువులను నాశనం చేయగలదు. అందువల్ల, కణాంతర్గత పరాన్నజీవుల పరిణామం అనేది రెండు వ్యతిరేక శక్తుల మధ్య జరిగే ఒక తాడు లాగుడు పోటీ: ఒకటి, పరాన్నజీవుల అభివృద్ధికి దారితీసే డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక; మరొకటి, పరాన్నజీవులను కనుమరుగు చేసే జన్యువుల పతనం. ఈ తాడు లాగుడు పోటీ నుండి పరాన్నజీవి ఎలా బయటపడి, తన అణు నిర్మాణ క్రియాశీలతను నిలుపుకోగలిగిందనేది అస్పష్టంగానే ఉంది.
జన్యు క్షీణత యొక్క యంత్రాంగం పూర్తిగా అర్థం కానప్పటికీ, ఇది ప్రధానంగా తరచుగా జరిగే జన్యు మార్పుల (జెనెటిక్ డ్రిఫ్ట్) కారణంగా సంభవిస్తుందని తెలుస్తోంది. పరాన్నజీవులు చిన్న, అలైంగిక, మరియు జన్యుపరంగా పరిమితమైన సమూహాలలో జీవిస్తాయి కాబట్టి, DNA ప్రతికృతి సమయంలో అప్పుడప్పుడు సంభవించే హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను అవి సమర్థవంతంగా తొలగించలేవు. ఇది హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలు కోలుకోలేని విధంగా పేరుకుపోవడానికి మరియు పరాన్నజీవి జన్యువు క్షీణించడానికి దారితీస్తుంది. ఫలితంగా, పరాన్నజీవి కణాంతర్గత వాతావరణంలో తన మనుగడకు ఇకపై అవసరం లేని జన్యువులను కోల్పోవడమే కాకుండా, చెదురుమదురుగా సంభవించే హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను సమర్థవంతంగా తొలగించడంలో పరాన్నజీవుల సమూహాలు విఫలమవడం వల్ల, వాటి అత్యంత ముఖ్యమైన జన్యువులతో సహా మొత్తం జన్యువు అంతటా ఈ ఉత్పరివర్తనాలు పేరుకుపోతాయి.
జీనోమ్ క్షీణతపై మన ప్రస్తుత అవగాహనలో ఎక్కువ భాగం కేవలం జీనోమ్ సీక్వెన్సుల పోలికలపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంది. గృహ నిర్వహణ విధులను నిర్వర్తించే మరియు సంభావ్య ఔషధ లక్ష్యాలుగా పనిచేసే వాస్తవ అణువులలోని మార్పులపై తక్కువ శ్రద్ధ చూపబడింది. హానికరమైన కణాంతర్గత సూక్ష్మజీవుల ఉత్పరివర్తనాల భారం, ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు తప్పుగా ముడుచుకోవడానికి మరియు సమూహాలుగా ఏర్పడటానికి దోహదపడుతుందని తులనాత్మక అధ్యయనాలు చూపించాయి. దీనివల్ల అవి చాపరోన్‌పై మరింత ఆధారపడతాయి మరియు వేడికి అత్యంత సున్నితంగా మారతాయి¹⁹,²⁰,²¹,²²,²³. అదనంగా, వివిధ పరాన్నజీవులు—కొన్నిసార్లు 2.5 బిలియన్ సంవత్సరాల వరకు వేరు చేయబడిన స్వతంత్ర పరిణామం—తమ ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ⁵,⁶ మరియు DNA మరమ్మత్తు యంత్రాంగాలలో²⁴ నాణ్యత నియంత్రణ కేంద్రాలను ఇలాగే కోల్పోయాయి. అయినప్పటికీ, హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాల పెరుగుతున్న భారానికి అణువుల అనుసరణతో సహా, కణాంతర్గత జీవనశైలి యొక్క ప్రభావం గురించి సెల్యులార్ మాక్రోమాలిక్యూల్స్ యొక్క అన్ని ఇతర లక్షణాలపై చాలా తక్కువగా తెలుసు.
ఈ అధ్యయనంలో, కణాంతర్గత సూక్ష్మజీవుల ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లిక్ ఆమ్లాల పరిణామాన్ని మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, మేము కణాంతర్గత పరాన్నజీవి అయిన ఎన్సెఫాలిటోజూన్ క్యునిక్యులి యొక్క రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాన్ని నిర్ధారించాము. E. క్యునిక్యులి అనేది ఒక శిలీంధ్రం లాంటి జీవి, ఇది పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా సమూహానికి చెందినది. ఇవి అసాధారణంగా చిన్న యూకారియోటిక్ జన్యువులను కలిగి ఉంటాయి, అందువల్ల జన్యు క్షీణతను అధ్యయనం చేయడానికి నమూనా జీవులుగా ఉపయోగించబడతాయి25,26,27,28,29,30. ఇటీవల, మైక్రోస్పోరిడియా, పారానోసెమా లోకస్టే మరియు వైరిమోర్ఫా నెకాట్రిక్స్ యొక్క మధ్యస్థంగా తగ్గిన జన్యువుల (~3.2 Mb జన్యువు) కోసం క్రయో-EM రైబోజోమ్ నిర్మాణం నిర్ధారించబడింది31,32. ఈ నిర్మాణాలు, rRNA విస్తరణలో కొంత నష్టాన్ని, పొరుగున ఉన్న రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ల మధ్య కొత్త సంపర్కాల అభివృద్ధి లేదా కొత్త msL131,32 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ల సముపార్జన ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుందని సూచిస్తున్నాయి. ఎన్సెఫాలిటోజూన్ జాతి (జన్యువు ~2.5 మిలియన్ bp), వాటికి అత్యంత దగ్గరి బంధువైన ఆర్డోస్పోరాతో పాటు, యూకారియోట్‌లలో జన్యువు క్షీణత యొక్క అత్యున్నత స్థాయిని ప్రదర్శిస్తాయి – వాటిలో 2000 కంటే తక్కువ ప్రోటీన్-కోడింగ్ జన్యువులు ఉన్నాయి, మరియు వాటి రైబోజోమ్‌లు rRNA విస్తరణ శకలాలు (యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లను బాక్టీరియల్ రైబోజోమ్‌ల నుండి వేరుచేసే rRNA శకలాలు) లేకుండా ఉండటమే కాకుండా, E. క్యూనిక్యూలీ జన్యువులో హోమోలాగ్‌లు లేకపోవడం వల్ల నాలుగు రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లను కూడా కలిగి ఉంటాయని భావిస్తున్నారు26,27,28. అందువల్ల, జన్యు క్షీణతకు అనుగుణంగా అణు స్థాయిలో జరిగే అనుసరణ కోసం ఇంతకుముందు తెలియని వ్యూహాలను E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్ వెల్లడిస్తుందని మేము నిర్ధారించాము.
మా క్రయో-EM నిర్మాణం, ఇప్పటివరకు వర్గీకరించబడిన అతి చిన్న యూకారియోటిక్ సైటోప్లాస్మిక్ రైబోజోమ్‌ను సూచిస్తుంది మరియు జన్యువు యొక్క అంతిమ తగ్గింపు స్థాయి, కణానికి అంతర్భాగమైన అణు యంత్రాంగం యొక్క నిర్మాణం, కూర్పు మరియు పరిణామాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో అంతర్దృష్టిని అందిస్తుంది. E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్, RNA మడత మరియు రైబోజోమ్ కూర్పు యొక్క విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన అనేక సూత్రాలను ఉల్లంఘిస్తుందని మేము కనుగొన్నాము, మరియు ఇంతకుముందు తెలియని ఒక కొత్త రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌ను ఆవిష్కరించాము. చాలా ఊహించని విధంగా, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లు చిన్న అణువులను బంధించే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసుకున్నాయని మేము చూపిస్తున్నాము, మరియు rRNA మరియు ప్రోటీన్‌లలోని కోతలు పరిణామ ఆవిష్కరణలను ప్రేరేపిస్తాయని, అవి అంతిమంగా రైబోజోమ్‌కు ఉపయోగకరమైన లక్షణాలను ప్రసాదించవచ్చని మేము ఊహిస్తున్నాము.
కణాంతర్గత జీవులలో ప్రోటీన్లు మరియు న్యూక్లిక్ ఆమ్లాల పరిణామంపై మన అవగాహనను మెరుగుపరచుకోవడానికి, వాటి రైబోజోమ్‌లను శుద్ధి చేసి, ఆ రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాన్ని నిర్ధారించడం కోసం, మేము సోకిన క్షీరద కణాల కల్చర్‌ల నుండి E. క్యూనిక్యూలీ బీజాంశాలను వేరుచేయాలని నిర్ణయించుకున్నాము. పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియాను పెద్ద సంఖ్యలో పొందడం కష్టం, ఎందుకంటే మైక్రోస్పోరిడియాను పోషక మాధ్యమంలో కల్చర్ చేయలేము. బదులుగా, అవి అతిధేయ కణం లోపల మాత్రమే పెరిగి, పునరుత్పత్తి చేస్తాయి. అందువల్ల, రైబోజోమ్ శుద్ధీకరణ కోసం E. క్యూనిక్యూలీ బయోమాస్‌ను పొందడానికి, మేము క్షీరద మూత్రపిండ కణ శ్రేణి RK13కి E. క్యూనిక్యూలీ బీజాంశాలతో సంక్రమింపజేసి, E. క్యూనిక్యూలీ పెరిగి, వృద్ధి చెందడానికి వీలుగా ఈ సోకిన కణాలను అనేక వారాల పాటు కల్చర్ చేశాము. సుమారు అర చదరపు మీటరు విస్తీర్ణంలో ఉన్న సోకిన కణాల ఏకపొరను ఉపయోగించి, మేము సుమారు 300 మిల్లీగ్రాముల మైక్రోస్పోరిడియా బీజాంశాలను శుద్ధి చేసి, వాటిని రైబోజోమ్‌లను వేరుచేయడానికి ఉపయోగించగలిగాము. ఆ తర్వాత మేము శుద్ధి చేసిన బీజాంశాలను గాజు పూసలతో విచ్ఛిన్నం చేసి, లైసేట్‌లను దశలవారీగా పాలిథిలిన్ గ్లైకాల్ ఫ్రాక్షనేషన్ పద్ధతి ద్వారా ముడి రైబోజోమ్‌లను వేరుచేశాము. దీనివల్ల నిర్మాణ విశ్లేషణ కోసం సుమారు 300 µg ముడి E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌లను పొందగలిగాము.
ఆ తర్వాత, ఫలితంగా వచ్చిన రైబోజోమ్ నమూనాలను ఉపయోగించి మేము క్రయో-EM చిత్రాలను సేకరించాము మరియు పెద్ద రైబోజోమల్ సబ్‌యూనిట్, చిన్న సబ్‌యూనిట్ హెడ్ మరియు చిన్న సబ్‌యూనిట్‌కు సంబంధించిన మాస్క్‌లను ఉపయోగించి ఈ చిత్రాలను ప్రాసెస్ చేసాము. ఈ ప్రక్రియలో, మేము సుమారు 108,000 రైబోజోమల్ కణాల చిత్రాలను సేకరించి, 2.7 Å రిజల్యూషన్‌తో క్రయో-EM చిత్రాలను గణించాము (అనుబంధ చిత్రాలు 1-3). ఆ తర్వాత, E. cuniculi రైబోజోమ్‌లతో సంబంధం ఉన్న rRNA, రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ మరియు హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 లను మోడల్ చేయడానికి మేము క్రయోEM చిత్రాలను ఉపయోగించాము (చిత్రం 1a, b).
a. హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 (pdb id 7QEP)తో సంక్లిష్టంగా ఉన్న E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క నిర్మాణం. b. E. cuniculi రైబోజోమ్‌తో అనుబంధించబడిన హైబర్నేషన్ ఫ్యాక్టర్ Mdf1 యొక్క పటం. c. మైక్రోస్పోరిడియన్ జాతులలో తిరిగి పొందిన rRNAను తెలిసిన రైబోజోమల్ నిర్మాణాలతో పోల్చే ద్వితీయ నిర్మాణ పటం. ఈ ప్యానెల్‌లు విస్తరించిన rRNA శకలాలు (ES) మరియు రైబోజోమ్ క్రియాశీల ప్రదేశాల స్థానాన్ని చూపుతాయి, వీటిలో డీకోడింగ్ సైట్ (DC), సార్సినిసిన్ లూప్ (SRL), మరియు పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫరేస్ సెంటర్ (PTC) ఉన్నాయి. d. E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫరేస్ సెంటర్‌కు సంబంధించిన ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత, ఈ ఉత్ప్రేరక ప్రదేశం E. cuniculi పరాన్నజీవి మరియు H. sapiensతో సహా దాని ఆతిథేయులలో ఒకే నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉందని సూచిస్తుంది. e, f డీకోడింగ్ కేంద్రం యొక్క సంబంధిత ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత (e) మరియు డీకోడింగ్ కేంద్రం యొక్క స్కీమాటిక్ నిర్మాణం (f) అనేక ఇతర యూకారియోట్‌లలో ఉండే A1491 (E. coli సంఖ్యాక్రమం)కు బదులుగా E. cuniculiలో U1491 అవశేషాలు ఉన్నాయని సూచిస్తున్నాయి. ఈ మార్పు, ఈ క్రియాశీల ప్రదేశాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకునే యాంటీబయాటిక్స్‌కు E. cuniculi సున్నితంగా ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది.
గతంలో స్థాపించబడిన V. necatrix మరియు P. locustae రైబోజోమ్‌ల నిర్మాణాలకు విరుద్ధంగా (ఈ రెండు నిర్మాణాలు ఒకే మైక్రోస్పోరిడియా కుటుంబం నోసెమాటిడేకు చెందినవి మరియు ఒకదానికొకటి చాలా పోలి ఉంటాయి), 31,32 E. cuniculi రైబోజోమ్‌లు rRNA మరియు ప్రోటీన్ విచ్ఛిన్నం యొక్క అనేక ప్రక్రియలకు లోనవుతాయి. ఇంకా, డీనాటరేషన్ (అనుబంధ చిత్రాలు 4-6). rRNAలో, అత్యంత ముఖ్యమైన మార్పులలో విస్తరించబడిన 25S rRNA ఖండం ES12L పూర్తిగా కోల్పోవడం మరియు h39, h41, మరియు H18 హెలిక్స్‌ల పాక్షిక క్షీణత ఉన్నాయి (చిత్రం 1c, అనుబంధ చిత్రం 4). రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లలో, అత్యంత ముఖ్యమైన మార్పులలో eS30 ప్రోటీన్ పూర్తిగా కోల్పోవడం మరియు eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, మరియు eS7 ప్రోటీన్లు పొట్టిగా మారడం ఉన్నాయి (అనుబంధ చిత్రాలు 4, 5).
ఈ విధంగా, ఎన్సెఫలోటోజూన్/ఆర్డోస్పోరా జాతుల జన్యువులలోని తీవ్రమైన క్షీణత వాటి రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో ప్రతిఫలిస్తుంది: నిర్మాణాత్మక లక్షణీకరణకు లోనైన యూకారియోటిక్ సైటోప్లాస్మిక్ రైబోజోమ్‌లలో, E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌లు ప్రోటీన్ పరిమాణంలో అత్యంత నాటకీయమైన నష్టాన్ని చవిచూస్తాయి, మరియు యూకారియోట్‌లలోనే కాకుండా, జీవన మూడు డొమైన్‌లలో కూడా విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన ఆ rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలు కూడా వాటిలో ఉండవు. E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్ నిర్మాణం ఈ మార్పులకు మొదటి అణు నమూనాను అందిస్తుంది మరియు తులనాత్మక జన్యుశాస్త్రం మరియు కణాంతర్గత జీవాణు నిర్మాణ అధ్యయనాలు రెండింటి ద్వారా విస్మరించబడిన పరిణామ సంఘటనలను వెల్లడిస్తుంది (అనుబంధ చిత్రం 7). కింద, ఈ సంఘటనలలో ప్రతిదానిని, వాటి సంభావ్య పరిణామ మూలాలతో పాటు మరియు రైబోజోమ్ పనితీరుపై వాటి సంభావ్య ప్రభావాన్ని వివరిస్తాము.
తరువాత మేము కనుగొన్నదేమిటంటే, పెద్ద rRNA ఖండనలతో పాటు, E. cuniculi రైబోజోములు వాటి క్రియాశీల ప్రదేశాలలో ఒకదానిలో rRNA వైవిధ్యాలను కలిగి ఉంటాయి. E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క పెప్టిడైల్ ట్రాన్స్‌ఫరేస్ కేంద్రం ఇతర యూకారియోటిక్ రైబోజోముల వలె అదే నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ (పటం 1డి), న్యూక్లియోటైడ్ 1491 వద్ద ఉన్న క్రమ వైవిధ్యం కారణంగా డీకోడింగ్ కేంద్రం భిన్నంగా ఉంటుంది (E. coli సంఖ్య, పటం 1ఇ, ఎఫ్). ఈ పరిశీలన ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే బ్యాక్టీరియా-రకం రెసిడ్యూలు A1408 మరియు G1491తో పోలిస్తే, యూకారియోటిక్ రైబోజోముల డీకోడింగ్ ప్రదేశం సాధారణంగా G1408 మరియు A1491 రెసిడ్యూలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ వైవిధ్యమే, డీకోడింగ్ ప్రదేశాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకునే అమైనోగ్లైకోసైడ్ కుటుంబానికి చెందిన రైబోజోమల్ యాంటీబయాటిక్స్ మరియు ఇతర చిన్న అణువుల పట్ల బ్యాక్టీరియా మరియు యూకారియోటిక్ రైబోజోముల విభిన్న సున్నితత్వానికి ఆధారం. E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క డీకోడింగ్ ప్రదేశంలో, A1491 అవశేషం U1491తో భర్తీ చేయబడింది, ఇది ఈ క్రియాశీల ప్రదేశాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకునే చిన్న అణువుల కోసం ఒక ప్రత్యేకమైన బంధన ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సృష్టించే అవకాశం ఉంది. ఇదే A14901 వేరియంట్ P. locustae మరియు V. necatrix వంటి ఇతర మైక్రోస్పోరిడియాలో కూడా ఉంది, ఇది మైక్రోస్పోరిడియా జాతులలో విస్తృతంగా వ్యాపించి ఉందని సూచిస్తుంది (Fig. 1f).
మా E. cuniculi రైబోజోమ్ నమూనాలను జీవక్రియపరంగా నిష్క్రియంగా ఉన్న బీజాంశాల నుండి వేరు చేసినందున, ఒత్తిడి లేదా ఆకలి పరిస్థితులలో గతంలో వివరించిన రైబోజోమ్ బంధనం కోసం మేము E. cuniculi యొక్క క్రయో-EM మ్యాప్‌ను పరీక్షించాము. నిద్రాణస్థితి కారకాలు 31,32,36,37, 38. మేము నిద్రాణస్థితిలో ఉన్న రైబోజోమ్ యొక్క గతంలో స్థాపించబడిన నిర్మాణాన్ని E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క క్రయో-EM మ్యాప్‌తో సరిపోల్చాము. డాకింగ్ కోసం, నిద్రాణస్థితి కారకం Stm138తో సంక్లిష్టంగా ఉన్న S. cerevisiae రైబోజోమ్‌లను, Lso232 కారకంతో సంక్లిష్టంగా ఉన్న మిడత రైబోజోమ్‌లను, మరియు Mdf1 మరియు Mdf231 కారకాలతో సంక్లిష్టంగా ఉన్న V. necatrix రైబోజోమ్‌లను ఉపయోగించాము. అదే సమయంలో, మేము విశ్రాంతి కారకం Mdf1కి సంబంధించిన క్రయో-EM సాంద్రతను కనుగొన్నాము. V. necatrix రైబోజోమ్‌కు Mdf1 బంధించినట్లే, Mdf1 E. cuniculi రైబోజోమ్‌కు కూడా బంధిస్తుంది, అక్కడ అది రైబోజోమ్ యొక్క E సైట్‌ను నిరోధిస్తుంది, తద్వారా శరీరం నిష్క్రియం అయినప్పుడు పరాన్నజీవి బీజాంశాలు జీవక్రియపరంగా నిష్క్రియం అయినప్పుడు రైబోజోమ్‌లను అందుబాటులోకి తీసుకురావడానికి ఇది సహాయపడవచ్చు (పటం 2).
Mdf1 రైబోజోమ్ యొక్క E సైట్‌ను నిరోధిస్తుంది, ఇది పరాన్నజీవి బీజాంశాలు జీవక్రియపరంగా నిష్క్రియం అయినప్పుడు రైబోజోమ్‌ను నిష్క్రియం చేయడానికి సహాయపడుతున్నట్లు కనిపిస్తుంది. E. cuniculi రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో, ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో రైబోజోమ్ నుండి డీయాసిలేటెడ్ tRNA విడుదలను సులభతరం చేసే రైబోజోమ్ భాగమైన L1 రైబోజోమ్ స్టెమ్‌తో Mdf1 ఇంతకుముందు తెలియని ఒక సంపర్కాన్ని ఏర్పరుస్తుందని మేము కనుగొన్నాము. ఈ సంపర్కాలు, డీయాసిలేటెడ్ tRNA వలె అదే యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగించి Mdf1 రైబోజోమ్ నుండి విడిపోతుందని సూచిస్తున్నాయి. ఇది, ప్రోటీన్ సంశ్లేషణను తిరిగి క్రియాశీలం చేయడానికి రైబోజోమ్ Mdf1ను ఎలా తొలగిస్తుందనే దానికి ఒక సంభావ్య వివరణను అందిస్తుంది.
అయితే, మా నిర్మాణం Mdf1 మరియు L1 రైబోజోమ్ లెగ్ (ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో రైబోజోమ్ నుండి డీయాసిలేటెడ్ tRNAను విడుదల చేయడానికి సహాయపడే భాగం) మధ్య ఒక తెలియని సంపర్కాన్ని వెల్లడించింది. ప్రత్యేకంగా, Mdf1 డీయాసిలేటెడ్ tRNA అణువు యొక్క ఎల్బో సెగ్మెంట్ ఉపయోగించే అవే సంపర్కాలను ఉపయోగిస్తుంది (పటం 2). ఇంతకుముందు తెలియని ఈ మాలిక్యులర్ మోడలింగ్, Mdf1 డీయాసిలేటెడ్ tRNA వలె అదే యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగించి రైబోజోమ్ నుండి విడిపోతుందని చూపించింది, ఇది ప్రోటీన్ సంశ్లేషణను తిరిగి సక్రియం చేయడానికి రైబోజోమ్ ఈ హైబర్నేషన్ కారకాన్ని ఎలా తొలగిస్తుందో వివరిస్తుంది.
rRNA నమూనాను నిర్మించేటప్పుడు, E. cuniculi రైబోజోమ్‌లో అసాధారణంగా మడతపడిన rRNA శకలాలు ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము, వీటిని మేము ఫ్యూజ్డ్ rRNA అని పిలిచాము (Fig. 3). జీవనంలోని మూడు డొమైన్‌లలో విస్తరించి ఉన్న రైబోజోమ్‌లలో, rRNA మడతపడి చాలా rRNA బేస్‌లు ఒకదానితో ఒకటి బేస్ పెయిర్ అయ్యి మడతపడతాయి లేదా రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లతో సంకర్షణ చెందుతాయి38,39,40. అయితే, E. cuniculi రైబోజోమ్‌లలో, rRNAలు వాటి కొన్ని హెలిక్స్‌లను అన్‌ఫోల్డెడ్ rRNA ప్రాంతాలుగా మార్చడం ద్వారా ఈ మడతపడే సూత్రాన్ని ఉల్లంఘిస్తున్నట్లు కనిపిస్తున్నాయి.
S. cerevisiae, V. necatrix, మరియు E. cuniculi లలో H18 25S rRNA హెలిక్స్ యొక్క నిర్మాణం. సాధారణంగా, మూడు జీవ డొమైన్‌లలో విస్తరించి ఉన్న రైబోజోమ్‌లలో, ఈ లింకర్ 24 నుండి 34 అవశేషాలను కలిగి ఉన్న ఒక RNA హెలిక్స్‌గా చుట్టుకుంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, మైక్రోస్పోరిడియాలో, ఈ rRNA లింకర్ క్రమంగా క్షీణించి, కేవలం 12 అవశేషాలను మాత్రమే కలిగి ఉన్న రెండు ఏక-పోగు యూరిడిన్-సమృద్ధి లింకర్లుగా మారుతుంది. ఈ అవశేషాలలో చాలా వరకు ద్రావకాలకు బహిర్గతమవుతాయి. సాధారణంగా rRNA బేస్‌లు ఇతర బేస్‌లతో జతచేయబడటం లేదా rRNA-ప్రోటీన్ పరస్పర చర్యలలో పాల్గొనడం వంటి rRNA మడత యొక్క సాధారణ సూత్రాలను పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా ఉల్లంఘిస్తున్నట్లు ఈ పటం చూపిస్తుంది. మైక్రోస్పోరిడియాలో, కొన్ని rRNA శకలాలు ఒక అననుకూల మడతను తీసుకుంటాయి, దీనిలో పూర్వపు rRNA హెలిక్స్ దాదాపు ఒక సరళ రేఖలో పొడిగించబడిన ఏక-పోగు శకలంగా మారుతుంది. ఈ అసాధారణ ప్రాంతాల ఉనికి, మైక్రోస్పోరిడియా rRNA అతి తక్కువ సంఖ్యలో RNA బేస్‌లను ఉపయోగించి దూరపు rRNA శకలాలను బంధించడానికి అనుమతిస్తుంది.
ఈ పరిణామ క్రమ పరివర్తనకు అత్యంత స్పష్టమైన ఉదాహరణను H18 25S rRNA హెలిక్స్‌లో గమనించవచ్చు (పటం 3). E. coli నుండి మానవుల వరకు ఉన్న జాతులలో, ఈ rRNA హెలిక్స్ యొక్క బేస్‌లు 24-32 న్యూక్లియోటైడ్‌లను కలిగి ఉండి, కొద్దిగా క్రమరహితమైన హెలిక్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. V. necatrix మరియు P. locustae నుండి గతంలో గుర్తించిన రైబోసోమల్ నిర్మాణాలలో,31,32 H18 హెలిక్స్ యొక్క బేస్‌లు పాక్షికంగా విప్పబడి ఉంటాయి, కానీ న్యూక్లియోటైడ్ బేస్ పెయిరింగ్ అలాగే ఉంటుంది. అయితే, E. cuniculiలో ఈ rRNA ఖండం 228UUUGU232 మరియు 301UUUUUUUUU307 అనే అతి చిన్న లింకర్లుగా మారుతుంది. సాధారణ rRNA ఖండాల వలె కాకుండా, ఈ యూరిడిన్-సమృద్ధిగల లింకర్లు చుట్టుకోవు లేదా రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లతో విస్తృతమైన సంబంధాన్ని ఏర్పరచుకోవు. బదులుగా, అవి ద్రావణి-బహిరంగ మరియు పూర్తిగా విప్పబడిన నిర్మాణాలను స్వీకరిస్తాయి, దీనిలో rRNA పోగులు దాదాపుగా నిటారుగా విస్తరించి ఉంటాయి. ఈ సాగిన నిర్మాణం, H16 మరియు H18 rRNA హెలిక్స్‌ల మధ్య ఉన్న 33 Å అంతరాన్ని పూరించడానికి E. cuniculi కేవలం 12 RNA బేస్‌లను మాత్రమే ఎలా ఉపయోగిస్తుందో వివరిస్తుంది, అయితే ఇతర జాతులకు ఆ అంతరాన్ని పూరించడానికి కనీసం రెండింతలు ఎక్కువ rRNA బేస్‌లు అవసరం.
ఈ విధంగా, శక్తిపరంగా ప్రతికూలమైన మడత ప్రక్రియ ద్వారా, పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా, జీవరాశిలోని మూడు డొమైన్‌లలోని జాతులన్నింటిలోనూ విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన rRNA భాగాలను కూడా సంకోచింపజేసే ఒక వ్యూహాన్ని అభివృద్ధి చేసుకున్నాయని మనం నిరూపించవచ్చు. స్పష్టంగా, rRNA హెలిక్స్‌లను చిన్న పాలీ-U లింకర్లుగా మార్చే ఉత్పరివర్తనాలను పోగుచేయడం ద్వారా, E. క్యూనిక్యూలీ దూరపు rRNA భాగాలను కలపడం కోసం వీలైనంత తక్కువ న్యూక్లియోటైడ్‌లను కలిగి ఉన్న అసాధారణమైన rRNA శకలాలను ఏర్పరచగలదు. మైక్రోస్పోరిడియా తమ నిర్మాణాత్మక మరియు క్రియాత్మక సమగ్రతను కోల్పోకుండా, వాటి ప్రాథమిక అణు నిర్మాణంలో గణనీయమైన తగ్గింపును ఎలా సాధించాయో వివరించడానికి ఇది సహాయపడుతుంది.
E. cuniculi rRNA యొక్క మరొక అసాధారణ లక్షణం ఏమిటంటే, rRNAలో మందపడటాలు లేకుండా కనిపించడం (పటం 4). ఈ ఉబ్బెత్తులు అనేవి బేస్ పెయిర్‌లు లేని న్యూక్లియోటైడ్‌లు, ఇవి RNA హెలిక్స్‌లో దాగి ఉండటానికి బదులుగా దాని నుండి బయటకు మెలితిరుగుతాయి. చాలా rRNA ఉబ్బెత్తులు మాలిక్యులర్ అడెసివ్‌లుగా పనిచేస్తాయి, ఇవి ప్రక్కనే ఉన్న రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను లేదా ఇతర rRNA శకలాలను బంధించడానికి సహాయపడతాయి. కొన్ని ఉబ్బెత్తులు కీళ్ళుగా పనిచేస్తాయి, ఇవి ఉత్పాదక ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ కోసం rRNA హెలిక్స్ ఉత్తమంగా వంగడానికి మరియు మడవడానికి అనుమతిస్తాయి 41.
a E. cuniculi రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో rRNA ఉబ్బెత్తు (S. cerevisiae సంఖ్యాక్రమం) ఉండదు, కానీ చాలా ఇతర యూకారియోట్‌లలో ఉంటుంది. b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, మరియు E. cuniculi అంతర్గత రైబోజోమ్‌లు. పరాన్నజీవులలో అనేక పురాతన, అత్యంత సంరక్షించబడిన rRNA ఉబ్బెత్తులు ఉండవు. ఈ మందపడటాలు రైబోజోమ్ నిర్మాణాన్ని స్థిరీకరిస్తాయి; అందువల్ల, మైక్రోస్పోరిడియాలో అవి లేకపోవడం, మైక్రోస్పోరిడియా పరాన్నజీవులలో rRNA మడత యొక్క తగ్గిన స్థిరత్వాన్ని సూచిస్తుంది. P స్టెమ్‌లతో (బాక్టీరియాలో L7/L12 స్టెమ్‌లు) పోల్చి చూస్తే, rRNA ఉబ్బెత్తులు కోల్పోవడం కొన్నిసార్లు కోల్పోయిన ఉబ్బెత్తుల పక్కన కొత్త ఉబ్బెత్తులు కనిపించడంతో ఏకీభవిస్తుందని తెలుస్తుంది. 23S/28S rRNAలోని H42 హెలిక్స్ ఒక పురాతన ఉబ్బెత్తును (Saccharomyces cerevisiaeలో U1206) కలిగి ఉంది, ఇది జీవనంలోని మూడు డొమైన్‌లలో దాని రక్షణ కారణంగా కనీసం 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాల పురాతనమైనదని అంచనా వేయబడింది. మైక్రోస్పోరిడియాలో, ఈ ఉబ్బు తొలగించబడుతుంది. అయితే, కోల్పోయిన ఉబ్బు పక్కన ఒక కొత్త ఉబ్బు కనిపించింది (E. క్యూనిక్యూలిలో A1306).
ఆశ్చర్యకరంగా, ఇతర యూకారియోట్‌లలో సంరక్షించబడిన 30 కంటే ఎక్కువ ఉబ్బెత్తులతో సహా, ఇతర జాతులలో కనిపించే చాలా rRNA ఉబ్బెత్తులు E. cuniculi రైబోజోమ్‌లలో లేవని మేము కనుగొన్నాము (Fig. 4a). ఈ లోపం రైబోజోమల్ సబ్‌యూనిట్‌లు మరియు ప్రక్కనే ఉన్న rRNA హెలిక్స్‌ల మధ్య అనేక సంపర్కాలను తొలగిస్తుంది, కొన్నిసార్లు రైబోజోమ్ లోపల పెద్ద బోలు ఖాళీలను సృష్టిస్తుంది, ఇది మరింత సాంప్రదాయ రైబోజోమ్‌లతో పోలిస్తే E. cuniculi రైబోజోమ్‌ను మరింత సచ్ఛిద్రంగా చేస్తుంది (Fig. 4b). ముఖ్యంగా, గతంలో గుర్తించిన V. necatrix మరియు P. locustae రైబోజోమ్ నిర్మాణాలలో కూడా ఈ ఉబ్బెత్తులలో చాలా వరకు లోపించాయని మేము కనుగొన్నాము, వీటిని మునుపటి నిర్మాణ విశ్లేషణలు31,32 విస్మరించాయి.
కొన్నిసార్లు rRNA ఉబ్బెత్తులు నశించినప్పుడు, ఆ నశించిన ఉబ్బెత్తు పక్కన కొత్త ఉబ్బెత్తులు ఏర్పడతాయి. ఉదాహరణకు, రైబోజోమల్ P-స్టెమ్‌లో U1208 అనే ఉబ్బెత్తు ఉంటుంది (సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియాలో), ఇది E. కోలి నుండి మానవుల వరకు మనుగడ సాగించింది, అందువల్ల దీని వయస్సు 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాలుగా అంచనా వేయబడింది. ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ సమయంలో, ఈ ఉబ్బెత్తు P-స్టెమ్‌ను ఓపెన్ మరియు క్లోజ్డ్ కాన్ఫర్మేషన్‌ల మధ్య కదలడానికి సహాయపడుతుంది, తద్వారా రైబోజోమ్ ట్రాన్స్‌లేషన్ ఫ్యాక్టర్‌లను సమీకరించి వాటిని యాక్టివ్ సైట్‌కు అందించగలదు. E. క్యూనిక్యూలి రైబోజోమ్‌లలో, ఈ గట్టిపడటం ఉండదు; అయినప్పటికీ, కేవలం మూడు బేస్ పెయిర్‌లలో ఉన్న ఒక కొత్త గట్టిపడటం (G883), P-స్టెమ్ యొక్క సరైన ఫ్లెక్సిబిలిటీని పునరుద్ధరించడానికి దోహదపడుతుంది (Fig. 4c).
ఉబ్బెత్తులు లేని rRNA పై మా డేటా సూచిస్తున్నదేమిటంటే, rRNA కనిష్ఠీకరణ అనేది రైబోజోమ్ ఉపరితలంపై ఉన్న rRNA మూలకాల నష్టానికే పరిమితం కాదు, కానీ రైబోజోమ్ కేంద్రకాన్ని కూడా ప్రభావితం చేయవచ్చు, తద్వారా స్వేచ్ఛగా జీవించే కణాలలో వర్ణించబడని పరాన్నజీవి-నిర్దిష్ట అణు లోపాన్ని సృష్టిస్తుంది.
ప్రామాణిక రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు మరియు rRNAను నమూనాగా రూపొందించిన తర్వాత, క్రయో-EM చిత్రం యొక్క మూడు భాగాలను సంప్రదాయ రైబోసోమల్ భాగాలు వివరించలేవని మేము కనుగొన్నాము. ఈ ఖండాలలో రెండు చిన్న అణువుల పరిమాణంలో ఉన్నాయి (పటం 5, అనుబంధ పటం 8). మొదటి భాగం, సాధారణంగా eL18 యొక్క C-టెర్మినస్ ఉండే స్థానంలో, uL15 మరియు eL18 అనే రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ల మధ్య ఇరుక్కుని ఉంది, అయితే E. cuniculiలో ఈ C-టెర్మినస్ పొట్టిగా ఉంటుంది. ఈ అణువు యొక్క గుర్తింపును మేము నిర్ధారించలేకపోయినప్పటికీ, స్పెర్మిడిన్ అణువుల ఉనికి ద్వారా ఈ సాంద్రత ద్వీపం యొక్క పరిమాణం మరియు ఆకారం చక్కగా వివరించబడింది. రైబోసోమ్‌కు దీని బంధం, uL15 ప్రోటీన్లలోని (Asp51 మరియు Arg56) మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట ఉత్పరివర్తనాల ద్వారా స్థిరీకరించబడుతుంది. ఈ ఉత్పరివర్తనాలు, uL15 ఆ చిన్న అణువును ఒక రైబోసోమల్ నిర్మాణంలోకి చుట్టడానికి అనుమతించడం ద్వారా, ఈ చిన్న అణువు పట్ల రైబోసోమ్ యొక్క అనుబంధాన్ని పెంచుతున్నట్లు కనిపిస్తుంది. (అనుబంధ పటం 2). 8, అదనపు సమాచారం 1, 2).
క్రయో-EM ఇమేజింగ్, E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌కు బంధించబడిన రైబోజ్ వెలుపల న్యూక్లియోటైడ్‌ల ఉనికిని చూపిస్తుంది. E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌లో, ఈ న్యూక్లియోటైడ్ చాలా ఇతర యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లలోని 25S rRNA A3186 న్యూక్లియోటైడ్ (సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియే సంఖ్యాక్రమం) ఉన్న స్థానంలోనే ఉంటుంది. b E. క్యూనిక్యూలీ యొక్క రైబోజోమల్ నిర్మాణంలో, ఈ న్యూక్లియోటైడ్ రైబోజోమల్ ప్రోటీన్లు uL9 మరియు eL20 మధ్య ఉంటుంది, తద్వారా ఈ రెండు ప్రోటీన్ల మధ్య సంబంధాన్ని స్థిరీకరిస్తుంది. cd మైక్రోస్పోరిడియా జాతుల మధ్య eL20 సీక్వెన్స్ పరిరక్షణ విశ్లేషణ. మైక్రోస్పోరిడియా జాతుల ఫైలోజెనెటిక్ వృక్షం (c) మరియు eL20 ప్రోటీన్ యొక్క బహుళ సీక్వెన్స్ అలైన్‌మెంట్ (d) చూపిస్తున్నదేమిటంటే, ES39L rRNA ఎక్స్‌టెన్షన్‌ను నిలుపుకున్న తొలి శాఖల మైక్రోస్పోరిడియా మినహా, S. lophii వంటి చాలా సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ అవశేషాలు F170 మరియు K172 సంరక్షించబడ్డాయి. ఈ పటం చూపిస్తున్నదేమిటంటే, న్యూక్లియోటైడ్-బైండింగ్ అవశేషాలు F170 మరియు K172 అత్యంత క్షీణించిన మైక్రోస్పోరిడియా జన్యువు యొక్క eL20లో మాత్రమే ఉన్నాయి, కానీ ఇతర యూకారియోట్‌లలో లేవు. మొత్తంమీద, ఈ డేటా సూచిస్తున్నదేమిటంటే, మైక్రోస్పోరిడియన్ రైబోజోమ్‌లు ఒక న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్‌ను అభివృద్ధి చేశాయి, ఇది AMP అణువులను బంధించి, రైబోజోమల్ నిర్మాణంలో ప్రోటీన్-ప్రోటీన్ పరస్పర చర్యలను స్థిరీకరించడానికి వాటిని ఉపయోగిస్తుంది. మైక్రోస్పోరిడియాలో ఈ బైండింగ్ సైట్ అధికంగా సంరక్షించబడటం మరియు ఇతర యూకారియోట్‌లలో ఇది లేకపోవడం, ఈ సైట్ మైక్రోస్పోరిడియాకు ఒక ఎంపిక చేసిన మనుగడ ప్రయోజనాన్ని అందించవచ్చని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లోని న్యూక్లియోటైడ్-బంధన పాకెట్, గతంలో వివరించినట్లుగా rRNA క్షీణత యొక్క ఒక క్షీణించిన లక్షణం లేదా అంతిమ రూపంలా కనిపించడం లేదు. బదులుగా, ఇది ఒక ఉపయోగకరమైన పరిణామ ఆవిష్కరణ, ఇది మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌ను చిన్న అణువులను నేరుగా బంధించడానికి అనుమతిస్తుంది, వాటిని రైబోజోమ్‌ల కోసం అణు నిర్మాణ ఖండాలుగా ఉపయోగిస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌ను, ఒకే న్యూక్లియోటైడ్‌ను దాని నిర్మాణ ఖండంగా ఉపయోగించే ఏకైక రైబోజోమ్‌గా నిలుపుతుంది. f న్యూక్లియోటైడ్ బంధనం నుండి ఉద్భవించిన ఊహాత్మక పరిణామ మార్గం.
రెండవ తక్కువ అణుభార సాంద్రత రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లు uL9 మరియు eL30 మధ్య ఉన్న ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఉంది (పటం 5a). ఈ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను ఇంతకుముందు సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియే రైబోసోమ్ నిర్మాణంలో rRNA A3186 (ES39L rRNA పొడిగింపులో భాగం) యొక్క 25S న్యూక్లియోటైడ్‌కు బంధన స్థానంగా వర్ణించారు38. క్షీణించిన P. లోకస్టే ES39L రైబోసోమ్‌లలో, ఈ ఇంటర్‌ఫేస్ ఒక తెలియని సింగిల్ న్యూక్లియోటైడ్‌ను బంధిస్తుందని చూపబడింది31, మరియు ఈ న్యూక్లియోటైడ్ rRNA యొక్క తగ్గిన తుది రూపం అని భావించబడుతుంది, దీనిలో rRNA పొడవు ~130-230 బేస్‌లు ఉంటుంది. ES39L ఒకే న్యూక్లియోటైడ్‌గా తగ్గించబడింది32.43. సాంద్రతను న్యూక్లియోటైడ్‌ల ద్వారా వివరించవచ్చనే ఆలోచనకు మా క్రయో-EM చిత్రాలు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. అయితే, మా నిర్మాణం యొక్క అధిక రిజల్యూషన్ ఈ న్యూక్లియోటైడ్ ఒక ఎక్స్‌ట్రారైబోసోమల్ అణువు అని, బహుశా AMP అని చూపించింది (పటం 5a, b).
తరువాత, న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ సైట్ E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌లో కనిపించిందా లేదా అది ముందే ఉందా అని మేము అడిగాము. eL30 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లో న్యూక్లియోటైడ్ బైండింగ్ ప్రధానంగా Phe170 మరియు Lys172 అవశేషాల ద్వారా జరుగుతుంది కాబట్టి, మేము 4396 ప్రతినిధి యూకారియోట్‌లలో ఈ అవశేషాల పరిరక్షణను అంచనా వేశాము. పైన uL15 విషయంలో వలె, Phe170 మరియు Lys172 అవశేషాలు సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో మాత్రమే అధికంగా పరిరక్షించబడ్డాయని, కానీ అసాధారణ మైక్రోస్పోరిడియా మైటోస్పోరిడియం మరియు ఆంఫియాంబ్లిస్‌తో సహా ఇతర యూకారియోట్‌లలో లేవని మేము కనుగొన్నాము, వీటిలో ES39L rRNA ఖండం తగ్గించబడలేదు 44, 45, 46 (Fig. 5c). -e).
ఈ డేటా మొత్తం కలిపి చూస్తే, rRNA మరియు ప్రోటీన్ స్థాయిలలో తగ్గుదలను భర్తీ చేయడానికి, E. cuniculi మరియు బహుశా ఇతర ప్రామాణిక మైక్రోస్పోరిడియాలు రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో పెద్ద సంఖ్యలో చిన్న జీవక్రియా ఉత్పన్నాలను సమర్థవంతంగా బంధించే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసుకున్నాయనే ఆలోచనకు మద్దతు ఇస్తుంది. అలా చేయడంలో, అవి రైబోజోమ్ వెలుపల న్యూక్లియోటైడ్‌లను బంధించే ఒక ప్రత్యేక సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసుకున్నాయి. దీని ద్వారా, పరాన్నజీవి అణు నిర్మాణాలు సమృద్ధిగా ఉండే చిన్న జీవక్రియా ఉత్పన్నాలను బంధించి, వాటిని క్షీణించిన RNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాల నిర్మాణ అనుకరణలుగా ఉపయోగించడం ద్వారా నష్టాన్ని భర్తీ చేసుకుంటాయని తెలుస్తుంది.
మా క్రయో-EM మ్యాప్‌లోని మూడవ అనుకరణ లేని భాగం, పెద్ద రైబోసోమల్ సబ్‌యూనిట్‌లో కనుగొనబడింది. మా మ్యాప్ యొక్క సాపేక్షంగా అధిక రిజల్యూషన్ (2.6 Å) ఈ సాంద్రత పెద్ద సైడ్ చైన్ అవశేషాల యొక్క ప్రత్యేకమైన కలయికలతో కూడిన ప్రోటీన్‌లకు చెందినదని సూచిస్తుంది, ఇది ఈ సాంద్రతను ఇంతకు ముందు తెలియని రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌గా గుర్తించడానికి మాకు వీలు కల్పించింది, దీనికి మేము msL2 (మైక్రోస్పోరిడియా-స్పెసిఫిక్ ప్రోటీన్ L2) అని పేరు పెట్టాము (పద్ధతులు, చిత్రం 6). మా హోమోలజీ శోధనలో msL2 అనేది ఎన్సెఫాలిటర్ మరియు ఒరోస్పోరిడియం జాతుల యొక్క మైక్రోస్పోరిడియా క్లేడ్‌లో సంరక్షించబడిందని, కానీ ఇతర మైక్రోస్పోరిడియాలతో సహా ఇతర జాతులలో లేదని తేలింది. రైబోసోమల్ నిర్మాణంలో, విస్తరించిన ES31L rRNA కోల్పోవడం వల్ల ఏర్పడిన ఖాళీని msL2 ఆక్రమిస్తుంది. ఈ ఖాళీలో, msL2 rRNA మడతను స్థిరీకరించడంలో సహాయపడుతుంది మరియు ES31L నష్టాన్ని భర్తీ చేయగలదు (చిత్రం 6).
ఎ. E. cuniculi రైబోజోములలో కనిపించే మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ msL2 యొక్క ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత మరియు నమూనా. బి. చాలా యూకారియోటిక్ రైబోజోములు, సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియే యొక్క 80S రైబోజోమ్‌తో సహా, చాలా మైక్రోస్పోరిడియన్ జాతులలో ES19L rRNA విస్తరణను కోల్పోయాయి. V. necatrix మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ యొక్క గతంలో స్థాపించబడిన నిర్మాణం, ఈ పరాన్నజీవులలో ES19L నష్టాన్ని కొత్త msL1 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ యొక్క పరిణామం ద్వారా భర్తీ చేయబడిందని సూచిస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో, ES19L నష్టానికి స్పష్టమైన పరిహారంగా E. cuniculi రైబోజోమ్ కూడా అదనపు రైబోజోమల్ RNA మిమిక్ ప్రోటీన్‌ను అభివృద్ధి చేసిందని మేము కనుగొన్నాము. అయితే, msL2 (ప్రస్తుతం ఊహాజనిత ECU06_1135 ప్రోటీన్‌గా వ్యాఖ్యానించబడింది) మరియు msL1 వేర్వేరు నిర్మాణాత్మక మరియు పరిణామ మూలాలను కలిగి ఉన్నాయి. పరిణామపరంగా సంబంధం లేని msL1 మరియు msL2 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ల ఉత్పత్తికి సంబంధించిన ఈ ఆవిష్కరణ, రైబోజోమ్‌లు వాటి rRNAలో హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను కూడగట్టుకుంటే, అవి దగ్గరి సంబంధం ఉన్న జాతుల యొక్క ఒక చిన్న ఉపసమితిలో కూడా కూర్పు వైవిధ్యంలో అపూర్వమైన స్థాయిలను సాధించగలవని సూచిస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ, అత్యంత క్షీణించిన rRNA మరియు జాతుల మధ్య ప్రోటీన్ కూర్పులో అసాధారణ వైవిధ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందిన మైటోకాండ్రియల్ రైబోజోమ్ యొక్క మూలం మరియు పరిణామాన్ని స్పష్టం చేయడానికి సహాయపడవచ్చు.
ఆ తర్వాత మేము msL2 ప్రోటీన్‌ను, V. necatrix రైబోజోమ్‌లో కనిపించే, మైక్రోస్పోరిడియాకు ప్రత్యేకమైన ఏకైక రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ అయిన, ఇంతకు ముందు వివరించిన msL1 ప్రోటీన్‌తో పోల్చాము. msL1 మరియు msL2 పరిణామపరంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయో లేదో పరీక్షించాలనుకున్నాము. మా విశ్లేషణలో msL1 మరియు msL2 రైబోజోమల్ నిర్మాణంలో ఒకే కుహరంలో ఉన్నప్పటికీ, వాటి ప్రాథమిక మరియు తృతీయ నిర్మాణాలు భిన్నంగా ఉన్నాయని తేలింది, ఇది వాటి స్వతంత్ర పరిణామ మూలాన్ని సూచిస్తుంది (పటం 6). అందువల్ల, మా msL2 ఆవిష్కరణ, సంక్షిప్త యూకారియోటిక్ జాతుల సమూహాలు rRNA శకలాల నష్టాన్ని భర్తీ చేయడానికి, నిర్మాణాత్మకంగా విభిన్నమైన రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లను స్వతంత్రంగా అభివృద్ధి చేసుకోగలవని రుజువు చేస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే చాలా సైటోప్లాస్మిక్ యూకారియోటిక్ రైబోజోమ్‌లు, 81 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌ల యొక్క ఒకే కుటుంబంతో సహా, ఒక స్థిరమైన ప్రోటీన్‌ను కలిగి ఉంటాయి. విస్తరించిన rRNA ఖండాల నష్టానికి ప్రతిస్పందనగా మైక్రోస్పోరిడియా యొక్క వివిధ క్లేడ్‌లలో msL1 మరియు msL2 కనిపించడం, పరాన్నజీవి యొక్క అణు నిర్మాణ క్షీణత పరాన్నజీవులను పరిహార ఉత్పరివర్తనాలను కోరుకునేలా చేస్తుందని సూచిస్తుంది, ఇది చివరికి వివిధ పరాన్నజీవి సమూహాలలో వాటి నిర్మాణాలను పొందేందుకు దారితీయవచ్చు.
చివరగా, మా నమూనా పూర్తయినప్పుడు, మేము E. cuniculi రైబోజోమ్ యొక్క కూర్పును జన్యు శ్రేణి నుండి అంచనా వేసిన దానితో పోల్చాము. E. cuniculi జన్యువులో వాటి హోమోలాగ్‌లు స్పష్టంగా లేకపోవడం వల్ల, eL14, eL38, eL41, మరియు eS30తో సహా అనేక రైబోజోమల్ ప్రోటీన్లు గతంలో E. cuniculi జన్యువులో లేవని భావించారు. చాలా ఇతర అత్యంత క్షీణించిన కణాంతర పరాన్నజీవులు మరియు ఎండోసింబియాంట్‌లలో కూడా అనేక రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ల నష్టం అంచనా వేయబడింది. ఉదాహరణకు, చాలా స్వేచ్ఛగా జీవించే బ్యాక్టీరియాలో 54 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ల యొక్క ఒకే కుటుంబం ఉన్నప్పటికీ, అతిధేయ-నియంత్రిత బ్యాక్టీరియా యొక్క విశ్లేషించబడిన ప్రతి జన్యువులో ఈ ప్రోటీన్ కుటుంబాలలో 11 మాత్రమే గుర్తించదగిన హోమోలాగ్‌లను కలిగి ఉన్నాయి. ఈ భావనకు మద్దతుగా, V. necatrix మరియు P. locustae మైక్రోస్పోరిడియాలో రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ల నష్టం ప్రయోగాత్మకంగా గమనించబడింది, వీటిలో eL38 మరియు eL4131,32 ప్రోటీన్లు లేవు.
అయితే, మా నిర్మాణాలు E. cuniculi రైబోజోమ్‌లో eL38, eL41, మరియు eS30 మాత్రమే వాస్తవంగా కోల్పోయాయని చూపిస్తున్నాయి. eL14 ప్రోటీన్ సంరక్షించబడింది మరియు హోమోలజీ శోధనలో ఈ ప్రోటీన్ ఎందుకు కనుగొనబడలేదో మా నిర్మాణం చూపించింది (పటం 7). E. cuniculi రైబోజోమ్‌లలో, rRNA-ఆంప్లిఫైడ్ ES39L యొక్క క్షీణత కారణంగా eL14 బైండింగ్ సైట్‌లో ఎక్కువ భాగం కోల్పోతుంది. ES39L లేకపోవడంతో, eL14 దాని సెకండరీ నిర్మాణంలో ఎక్కువ భాగాన్ని కోల్పోయింది, మరియు E. cuniculi మరియు S. cerevisiae లలో eL14 సీక్వెన్స్‌లో కేవలం 18% మాత్రమే ఒకేలా ఉంది. ఈ పేలవమైన సీక్వెన్స్ సంరక్షణ గమనార్హం, ఎందుకంటే 1.5 బిలియన్ సంవత్సరాల తేడాతో పరిణామం చెందిన జీవులైన సాక్రోమైసెస్ సెరెవిసియే మరియు హోమో సేపియన్స్ కూడా eL14లో 51% కంటే ఎక్కువ ఒకే రకమైన అవశేషాలను పంచుకుంటాయి. పరిరక్షణలో ఈ అసాధారణ నష్టం, E. cuniculi eL14 ప్రస్తుతం eL1427 రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌గా కాకుండా, ఊహాజనిత M970_061160 ప్రోటీన్‌గా ఎందుకు గుర్తించబడిందో వివరిస్తుంది.
మరియు మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ ES39L rRNA పొడిగింపును కోల్పోయింది, ఇది eL14 రైబోజోమల్ ప్రోటీన్ బైండింగ్ సైట్‌ను పాక్షికంగా తొలగించింది. ES39L లేనప్పుడు, eL14 మైక్రోస్పోర్ ప్రోటీన్ ద్వితీయ నిర్మాణాన్ని కోల్పోతుంది, దీనిలో పూర్వపు rRNA-బైండింగ్ α-హెలిక్స్ కనిష్ట పొడవు గల లూప్‌గా క్షీణిస్తుంది. b బహుళ సీక్వెన్స్ అలైన్‌మెంట్ ప్రకారం eL14 ప్రోటీన్ యూకారియోటిక్ జాతులలో అత్యంత సంరక్షించబడిందని (ఈస్ట్ మరియు మానవ హోమోలాగ్‌ల మధ్య 57% సీక్వెన్స్ సారూప్యత), కానీ మైక్రోస్పోరిడియాలో తక్కువగా సంరక్షించబడి మరియు విభిన్నంగా ఉందని (ఇందులో 24% కంటే ఎక్కువ అవశేషాలు eL14 హోమోలాగ్‌తో సమానంగా లేవు) తెలుస్తుంది. (S. cerevisiae లేదా H. sapiens నుండి). ఈ తక్కువ సీక్వెన్స్ సంరక్షణ మరియు ద్వితీయ నిర్మాణ వైవిధ్యం కారణంగానే eL14 హోమోలాగ్ E. cuniculiలో ఎప్పుడూ కనుగొనబడలేదు మరియు ఈ ప్రోటీన్ E. cuniculiలో కోల్పోయిందని ఎందుకు భావిస్తున్నారో వివరిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, E. cuniculi eL14 గతంలో ఒక ఊహాజనిత M970_061160 ప్రోటీన్‌గా గుర్తించబడింది. ఈ పరిశీలన మైక్రోస్పోరిడియా జన్యువుల వైవిధ్యం ప్రస్తుతం అతిగా అంచనా వేయబడిందని సూచిస్తుంది: మైక్రోస్పోరిడియాలో అంతరించిపోయాయని ప్రస్తుతం భావిస్తున్న కొన్ని జన్యువులు, వాస్తవానికి అత్యంత విభిన్న రూపాల్లో ఉన్నప్పటికీ, భద్రపరచబడ్డాయి; బదులుగా, పురుగులకు ప్రత్యేకమైన ప్రోటీన్‌ల కోసం మైక్రోస్పోరిడియా జన్యువులను సంకేతీకరిస్తాయని భావించే కొన్ని (ఉదాహరణకు, ఊహాజనిత ప్రోటీన్ M970_061160) వాస్తవానికి ఇతర యూకారియోట్‌లలో కనిపించే అత్యంత వైవిధ్యమైన ప్రోటీన్‌లను సంకేతీకరిస్తాయి.
ఈ పరిశోధన ఫలితం ప్రకారం, rRNA విరూపణ వలన ప్రక్కనే ఉన్న రైబోసోమల్ ప్రోటీన్లలో క్రమ పరిరక్షణ గణనీయంగా నష్టపోవచ్చు, దీనివల్ల ఈ ప్రోటీన్లు సారూప్యత శోధనలకు గుర్తించలేనివిగా మారతాయి. అందువల్ల, చిన్న జన్యువులు గల జీవులలో మనం వాస్తవ అణు క్షీణత స్థాయిని అధికంగా అంచనా వేయవచ్చు, ఎందుకంటే నష్టపోయాయని భావించిన కొన్ని ప్రోటీన్లు, అత్యంత మార్పు చెందిన రూపాలలో అయినప్పటికీ, వాస్తవానికి నిలిచి ఉంటాయి.
అత్యంత తీవ్రమైన జన్యు క్షీణత పరిస్థితులలో పరాన్నజీవులు తమ అణు యంత్రాల పనితీరును ఎలా నిలుపుకోగలవు? అతి చిన్న యూకారియోటిక్ జన్యువులలో ఒకటి కలిగిన జీవి అయిన E. cuniculi యొక్క సంక్లిష్టమైన అణు నిర్మాణాన్ని (రైబోజోమ్) వివరించడం ద్వారా మా అధ్యయనం ఈ ప్రశ్నకు సమాధానమిస్తుంది.
సూక్ష్మజీవి పరాన్నజీవులలోని ప్రోటీన్ మరియు RNA అణువులు, స్వేచ్ఛగా జీవించే జాతులలోని వాటి సజాతీయ అణువుల నుండి తరచుగా భిన్నంగా ఉంటాయని దాదాపు రెండు దశాబ్దాలుగా తెలుసు. ఎందుకంటే వాటిలో నాణ్యత నియంత్రణ కేంద్రాలు ఉండవు, స్వేచ్ఛగా జీవించే సూక్ష్మజీవులలో వాటి పరిమాణంలో 50%కి తగ్గిపోతాయి, మొదలైనవి. అలాగే, వాటి మడతపడటాన్ని మరియు పనితీరును దెబ్బతీసే అనేక బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనాలు కూడా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, అనేక అంతఃకణ పరాన్నజీవులు మరియు ఎండోసింబియాంట్‌లతో సహా చిన్న జన్యువు జీవుల రైబోజోమ్‌లు, స్వేచ్ఛగా జీవించే జాతులతో పోలిస్తే అనేక రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లను మరియు మూడింట ఒక వంతు వరకు rRNA న్యూక్లియోటైడ్‌లను కోల్పోతాయని అంచనా వేయబడింది 27, 29, 30, 49. అయితే, పరాన్నజీవులలో ఈ అణువులు పనిచేసే విధానం చాలావరకు ఒక రహస్యంగానే మిగిలిపోయింది, దీనిని ప్రధానంగా తులనాత్మక జన్యుశాస్త్రం ద్వారా అధ్యయనం చేస్తున్నారు.
కణాంతర్గత పరాన్నజీవులు మరియు ఇతర ఆతిథేయ-పరిమిత జీవుల యొక్క సాంప్రదాయ తులనాత్మక జన్యు అధ్యయనాల నుండి గ్రహించడం కష్టమైన పరిణామంలోని అనేక అంశాలను స్థూల అణువుల నిర్మాణం వెల్లడిస్తుందని మా అధ్యయనం చూపిస్తుంది (అనుబంధ చిత్రం 7). ఉదాహరణకు, eL14 ప్రోటీన్ ఉదాహరణ, పరాన్నజీవి జాతులలోని అణు యంత్రాంగం యొక్క వాస్తవ క్షీణత స్థాయిని మనం అతిగా అంచనా వేయగలమని చూపిస్తుంది. ఎన్సెఫాలిటిక్ పరాన్నజీవులలో వందలాది మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట జన్యువులు ఉన్నాయని ఇప్పుడు నమ్ముతున్నారు. అయితే, మా ఫలితాలు ఈ నిర్దిష్టంగా కనిపించే కొన్ని జన్యువులు వాస్తవానికి ఇతర యూకారియోట్‌లలో సాధారణంగా ఉండే జన్యువుల యొక్క చాలా భిన్నమైన రూపాంతరాలు మాత్రమేనని చూపిస్తున్నాయి. అంతేకాకుండా, msL2 ప్రోటీన్ ఉదాహరణ, మనం కొత్త రైబోసోమల్ ప్రోటీన్‌లను ఎలా విస్మరిస్తామో మరియు పరాన్నజీవి అణు యంత్రాల కంటెంట్‌ను తక్కువగా అంచనా వేస్తామో చూపిస్తుంది. చిన్న అణువుల ఉదాహరణ, పరాన్నజీవి అణు నిర్మాణాలలో వాటికి కొత్త జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను అందించగల అత్యంత అద్భుతమైన ఆవిష్కరణలను మనం ఎలా విస్మరించగలమో చూపిస్తుంది.
మొత్తంగా చూస్తే, ఈ ఫలితాలు ఆతిథేయ జీవికి పరిమితమైన జీవుల అణు నిర్మాణాలకు మరియు స్వేచ్ఛగా జీవించే జీవులలోని వాటికి మధ్య ఉన్న వ్యత్యాసాల గురించి మన అవగాహనను మెరుగుపరుస్తాయి. దీర్ఘకాలంగా క్షీణించి, బలహీనపడి, మరియు వివిధ బలహీనపరిచే ఉత్పరివర్తనాలకు లోనవుతాయని భావించిన అణు యంత్రాలు, వాస్తవానికి క్రమపద్ధతిలో విస్మరించబడిన కొన్ని అసాధారణ నిర్మాణ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయని మేము చూపిస్తున్నాము.
మరోవైపు, E. cuniculi యొక్క రైబోజోములలో మనం కనుగొన్న స్థూలంగా లేని rRNA శకలాలు మరియు సంలీనం చేయబడిన శకలాలు సూచిస్తున్నదేమిటంటే, దాదాపు 3.5 బిలియన్ సంవత్సరాల జాతుల స్వతంత్ర పరిణామం తర్వాత కూడా, జీవరాశి యొక్క మూడు డొమైన్‌లలో భద్రపరచబడిన ప్రాథమిక అణు యంత్రాంగంలోని ఆ భాగాలను కూడా జన్యువుల తగ్గింపు మార్చగలదు.
ఎండోసింబయోటిక్ బ్యాక్టీరియాలోని RNA అణువులపై గతంలో జరిగిన అధ్యయనాల దృష్ట్యా, E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్‌లలోని ఉబ్బెత్తు లేని మరియు సంలీనం చేయబడిన rRNA శకలాలు ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, బుచ్నెరా అఫిడికోలా అనే అఫిడ్ ఎండోసింబయాంట్‌లో, A+T కూర్పు పక్షపాతం మరియు అధిక సంఖ్యలో నాన్-కానానికల్ బేస్ పెయిర్‌ల కారణంగా rRNA మరియు tRNA అణువులు ఉష్ణోగ్రత-సున్నితమైన నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నట్లు చూపబడింది20,50. RNAలోని ఈ మార్పులు, అలాగే ప్రోటీన్ అణువులలోని మార్పులు, ఎండోసింబయాంట్‌లు తమ భాగస్వాములపై ​​అధికంగా ఆధారపడటానికి మరియు ఉష్ణాన్ని బదిలీ చేయలేకపోవడానికి కారణమని ఇప్పుడు భావిస్తున్నారు21, 23. పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా rRNA నిర్మాణాత్మకంగా విభిన్నమైన మార్పులను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, ఈ మార్పుల స్వభావం, తగ్గిన ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు చాపరోన్ ప్రోటీన్‌లపై అధిక ఆధారపడటం అనేవి తగ్గిన జన్యువులను కలిగిన జీవులలోని RNA అణువుల సాధారణ లక్షణాలుగా ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది.
మరోవైపు, మన నిర్మాణాలు చూపిస్తున్నదేమిటంటే, పరాన్నజీవి మైక్రోస్పోరిడియా విస్తృతంగా సంరక్షించబడిన rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలను నిరోధించడానికి ఒక ప్రత్యేక సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేసుకున్నాయి. క్షీణించిన rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాల యొక్క నిర్మాణ అనుకరణలుగా, సమృద్ధిగా మరియు సులభంగా లభించే చిన్న జీవక్రియా ఉత్పన్నాలను ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యాన్ని అవి అభివృద్ధి చేసుకున్నాయి. అణు నిర్మాణ క్షీణత. ఈ అభిప్రాయానికి మద్దతుగా, E. క్యూనిక్యూలీ యొక్క rRNA మరియు రైబోజోమ్‌లలో ప్రోటీన్ శకలాల నష్టాన్ని భర్తీ చేసే చిన్న అణువులు, uL15 మరియు eL30 ప్రోటీన్‌లలోని మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట అవశేషాలకు బంధించబడతాయి అనే వాస్తవం ఉంది. దీనిని బట్టి, రైబోజోమ్‌లకు చిన్న అణువుల బంధం అనేది అనుకూల ఎంపిక యొక్క ఫలితం కావచ్చునని తెలుస్తోంది. దీనిలో, చిన్న అణువుల పట్ల రైబోజోమ్‌ల అనుబంధాన్ని పెంచే సామర్థ్యం కోసం రైబోజోమల్ ప్రోటీన్‌లలోని మైక్రోస్పోరిడియా-నిర్దిష్ట ఉత్పరివర్తనాలు ఎంపిక చేయబడ్డాయి, ఇది మరింత సమర్థవంతమైన రైబోజోమల్ జీవులకు దారితీయవచ్చు. ఈ ఆవిష్కరణ సూక్ష్మజీవి పరాన్నజీవుల అణు నిర్మాణంలో ఒక తెలివైన నూతనత్వాన్ని వెల్లడిస్తుంది మరియు క్షీణ పరిణామం ఉన్నప్పటికీ పరాన్నజీవుల అణు నిర్మాణాలు వాటి పనితీరును ఎలా నిర్వహిస్తాయో అనే దానిపై మనకు మెరుగైన అవగాహనను ఇస్తుంది.
ప్రస్తుతం, ఈ చిన్న అణువుల గుర్తింపు అస్పష్టంగా ఉంది. మైక్రోస్పోరిడియా జాతుల మధ్య రైబోజోమల్ నిర్మాణంలో ఈ చిన్న అణువుల ఆవిర్భావం ఎందుకు భిన్నంగా ఉంటుందో స్పష్టంగా లేదు. ముఖ్యంగా, V. necatrix యొక్క eL20 మరియు K172 ప్రోటీన్‌లలో F170 అవశేషం ఉన్నప్పటికీ, E. cuniculi మరియు P. locustae యొక్క రైబోజోమ్‌లలో న్యూక్లియోటైడ్ బంధనం గమనించబడి, V. necatrix యొక్క రైబోజోమ్‌లలో ఎందుకు గమనించబడదో స్పష్టంగా లేదు. ఈ లోపం 43 uL6 అవశేషం (న్యూక్లియోటైడ్ బంధన పాకెట్‌కు ఆనుకొని ఉన్నది) వల్ల సంభవించవచ్చు, ఇది V. necatrixలో టైరోసిన్‌గా ఉండగా, E. cuniculi మరియు P. locustaeలలో థ్రియోనిన్‌గా లేదు. Tyr43 యొక్క స్థూలమైన ఆరోమాటిక్ సైడ్ చైన్, స్టెరిక్ ఓవర్‌ల్యాప్ కారణంగా న్యూక్లియోటైడ్ బంధనానికి ఆటంకం కలిగించవచ్చు. ప్రత్యామ్నాయంగా, స్పష్టంగా కనిపించే న్యూక్లియోటైడ్ తొలగింపుకు కారణం క్రయో-EM ఇమేజింగ్ యొక్క తక్కువ రిజల్యూషన్ కావచ్చు, ఇది V. necatrix రైబోసోమల్ శకలాల మోడలింగ్‌కు ఆటంకం కలిగిస్తుంది.
మరోవైపు, జీనోమ్ క్షీణత ప్రక్రియ ఒక సృజనాత్మక శక్తిగా ఉండవచ్చని మా పరిశోధన సూచిస్తుంది. ప్రత్యేకించి, E. క్యూనిక్యూలీ రైబోజోమ్ నిర్మాణం ప్రకారం, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్‌లో rRNA మరియు ప్రోటీన్ శకలాలు కోల్పోవడం అనేది, రైబోజోమ్ నిర్మాణంలో మార్పులను ప్రోత్సహించే పరిణామ ఒత్తిడిని సృష్టిస్తుందని తెలుస్తుంది. ఈ వైవిధ్యాలు రైబోజోమ్ యొక్క క్రియాశీల ప్రదేశానికి దూరంగా సంభవిస్తాయి మరియు తగ్గిన rRNA వల్ల దెబ్బతినే సరైన రైబోజోమ్ అమరికను నిర్వహించడానికి (లేదా పునరుద్ధరించడానికి) సహాయపడతాయి. దీనిని బట్టి, మైక్రోస్పోరిడియా రైబోజోమ్ యొక్క ఒక ప్రధాన ఆవిష్కరణ, జీన్ డ్రిఫ్ట్‌ను నిరోధించాల్సిన అవసరంగా పరిణామం చెందిందని తెలుస్తుంది.
బహుశా దీనిని న్యూక్లియోటైడ్ బంధనం ద్వారా ఉత్తమంగా వివరించవచ్చు, ఇది ఇప్పటివరకు ఇతర జీవులలో ఎన్నడూ గమనించబడలేదు. సాధారణ మైక్రోస్పోరిడియాలో న్యూక్లియోటైడ్-బంధన అవశేషాలు ఉండటం, కానీ ఇతర యూకారియోట్‌లలో లేకపోవడం అనే వాస్తవం, న్యూక్లియోటైడ్-బంధన స్థానాలు కేవలం అంతరించిపోవడానికి వేచి ఉన్న అవశేషాలు కావని, లేదా rRNA తిరిగి వ్యక్తిగత న్యూక్లియోటైడ్‌ల రూపంలోకి పునరుద్ధరించబడే చివరి స్థానం కావని సూచిస్తుంది. బదులుగా, ఈ స్థానం అనేక దశల అనుకూల ఎంపిక ద్వారా పరిణామం చెంది ఉండగల ఒక ఉపయోగకరమైన లక్షణంలా కనిపిస్తుంది. న్యూక్లియోటైడ్ బంధన స్థానాలు సహజ ఎంపిక యొక్క ఉప-ఉత్పత్తి కావచ్చు: ఒకసారి ES39L క్షీణించిన తర్వాత, ES39L లేనప్పుడు సరైన రైబోజోమ్ జీవజననాన్ని పునరుద్ధరించడానికి మైక్రోస్పోరిడియా పరిహారం కోరవలసి వస్తుంది. ఈ న్యూక్లియోటైడ్, ES39Lలోని A3186 న్యూక్లియోటైడ్ యొక్క అణు సంపర్కాలను అనుకరించగలదు కాబట్టి, న్యూక్లియోటైడ్ అణువు రైబోజోమ్ యొక్క నిర్మాణ ఖండంగా మారుతుంది, దీని బంధనం eL30 శ్రేణి యొక్క ఉత్పరివర్తన ద్వారా మరింత మెరుగుపరచబడుతుంది.
కణాంతర్గత పరాన్నజీవుల అణు పరిణామం విషయంలో, డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక శక్తులు మరియు జన్యు క్షీణత వలన కలిగే జన్యు ప్రవాహం సమాంతరంగా కాకుండా, ఒకదాని తరువాత ఒకటిగా పనిచేస్తాయని మా అధ్యయనం చూపిస్తుంది. మొదటగా, జన్యు ప్రవాహం జీవాణువులలోని ముఖ్యమైన లక్షణాలను తొలగిస్తుంది, దీనివల్ల ఆ లోటును పూరించడం అత్యంత అవసరం అవుతుంది. పరాన్నజీవులు డార్వినియన్ సహజ ఎంపిక ద్వారా ఈ అవసరాన్ని తీర్చుకున్నప్పుడు మాత్రమే, వాటి స్థూల అణువులు తమ అత్యంత అద్భుతమైన మరియు వినూత్న లక్షణాలను అభివృద్ధి చేసుకునే అవకాశం పొందుతాయి. ముఖ్యంగా, E. cuniculi రైబోజోమ్‌లోని న్యూక్లియోటైడ్ బంధన స్థానాల పరిణామం సూచించేదేమిటంటే, అణు పరిణామంలోని ఈ నష్టం-నుండి-లాభం నమూనా హానికరమైన ఉత్పరివర్తనాలను తగ్గించడమే కాకుండా, కొన్నిసార్లు పరాన్నజీవి స్థూల అణువులకు పూర్తిగా కొత్త విధులను కూడా ప్రసాదిస్తుంది.
ఈ ఆలోచన సెవెల్ రైట్ యొక్క చలన సమతుల్య సిద్ధాంతానికి అనుగుణంగా ఉంది, ఇది కఠినమైన సహజ ఎంపిక వ్యవస్థ జీవుల ఆవిష్కరణ సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తుందని పేర్కొంది51,52,53. అయితే, జన్యు ప్రవాహం సహజ ఎంపికకు అంతరాయం కలిగిస్తే, ఈ ప్రవాహాలు స్వయంగా అనుకూలమైనవి (లేదా హానికరమైనవి) కాని మార్పులను ఉత్పత్తి చేయగలవు, కానీ అధిక ఫిట్‌నెస్ లేదా కొత్త జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను అందించే తదుపరి మార్పులకు దారితీస్తాయి. ఒక జీవ అణువు యొక్క మడత మరియు పనితీరును తగ్గించే అదే రకమైన ఉత్పరివర్తన దాని మెరుగుదలకు ప్రధాన ప్రేరకంగా కనిపిస్తుందని వివరించడం ద్వారా మా చట్రం ఈ ఆలోచనకు మద్దతు ఇస్తుంది. విన్-విన్ పరిణామ నమూనాకు అనుగుణంగా, సాంప్రదాయకంగా క్షీణత ప్రక్రియగా పరిగణించబడే జన్యు క్షయం కూడా ఆవిష్కరణకు ఒక ప్రధాన చోదకమని, కొన్నిసార్లు మరియు బహుశా తరచుగా స్థూల అణువులు కొత్త పరాన్నజీవి కార్యకలాపాలను పొందేందుకు అనుమతిస్తుందని మా అధ్యయనం చూపిస్తుంది. వాటిని ఉపయోగించుకోవచ్చు.