Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan sunacağız.
Mikrobiyal parazitlerin evrimi, parazitlerin gelişmesine neden olan doğal seçilim ile parazitlerin gen kaybetmesine ve zararlı mutasyonlar biriktirmesine neden olan genetik sürüklenme arasındaki bir karşı etkiyi içerir. Burada, bu karşı etkinin tek bir makromolekül ölçeğinde nasıl gerçekleştiğini anlamak için, doğadaki en küçük genomlardan birine sahip ökaryotik bir organizma olan Encephalitozoon cuniculi'nin ribozomunun kriyo-EM yapısını açıklıyoruz. E. cuniculi ribozomlarındaki rRNA'nın aşırı azalmasına, daha önce bilinmeyen kaynaşmış rRNA bağlayıcılarının ve çıkıntısız rRNA'nın evrimi gibi benzeri görülmemiş yapısal değişiklikler eşlik eder. Ek olarak, E. cuniculi ribozomu, parçalanmış rRNA parçalarının ve proteinlerinin yapısal taklitçileri olarak küçük molekülleri kullanma yeteneğini geliştirerek rRNA parçalarının ve proteinlerinin kaybından kurtulmuştur. Genel olarak, uzun süredir küçüldüğü, dejenerasyona uğradığı ve zayıflatıcı mutasyonlara maruz kaldığı düşünülen moleküler yapıların, aşırı moleküler kasılmalara rağmen onları aktif tutan bir dizi telafi edici mekanizmaya sahip olduğunu gösteriyoruz.
Çoğu mikrobiyal parazit grubu konaklarını sömürmek için benzersiz moleküler araçlara sahip olduğundan, genellikle farklı parazit grupları için farklı tedaviler geliştirmek zorunda kalıyoruz1,2. Ancak, yeni kanıtlar parazit evriminin bazı yönlerinin yakınsak ve büyük ölçüde öngörülebilir olduğunu ve mikrobiyal parazitlerde geniş kapsamlı tedavi müdahaleleri için potansiyel bir temel olduğunu gösteriyor3,4,5,6,7,8,9.
Önceki çalışmalar, mikrobiyal parazitlerde genom redüksiyonu veya genom çürümesi adı verilen ortak bir evrimsel eğilimi tanımlamıştır10,11,12,13. Güncel araştırmalar, mikroorganizmalar serbest yaşam tarzlarından vazgeçip hücre içi parazitler (veya endosimbiyontlar) haline geldiklerinde, genomlarının milyonlarca yıl boyunca yavaş ama şaşırtıcı başkalaşımlara uğradığını göstermektedir9,11. Genom çürümesi olarak bilinen bir süreçte, mikrobiyal parazitler, daha önce önemli olan birçok geni psödogenlere dönüştüren ve kademeli gen kaybına ve mutasyonel çöküşe yol açan zararlı mutasyonlar biriktirir14,15. Bu çöküş, yakından ilişkili serbest yaşayan türlere kıyasla en eski hücre içi organizmalardaki genlerin %95'ine kadarını yok edebilir. Bu nedenle, hücre içi parazitlerin evrimi, iki karşıt güç arasındaki bir çekişmedir: Parazitlerin iyileştirilmesine yol açan Darwinci doğal seçilim ve parazitleri unutulmaya terk eden genomun çöküşü. Parazitin bu çekişmeden nasıl çıkıp moleküler yapısının aktivitesini koruyabildiği henüz bilinmiyor.
Genom bozunmasının mekanizması tam olarak anlaşılmamış olsa da, çoğunlukla sık görülen genetik sürüklenmeden dolayı meydana geldiği görülmektedir. Parazitler küçük, aseksüel ve genetik olarak sınırlı popülasyonlarda yaşadıkları için, DNA replikasyonu sırasında bazen meydana gelen zararlı mutasyonları etkili bir şekilde ortadan kaldıramazlar. Bu, zararlı mutasyonların geri döndürülemez bir şekilde birikmesine ve parazit genomunun azalmasına yol açar. Sonuç olarak, parazit yalnızca hücre içi ortamda hayatta kalması için artık gerekli olmayan genleri kaybetmekle kalmaz. Bu mutasyonların en önemli genleri de dahil olmak üzere genom boyunca birikmesine neden olan şey, parazit popülasyonlarının sporadik zararlı mutasyonları etkili bir şekilde ortadan kaldıramamasıdır.
Genom indirgemesine ilişkin mevcut anlayışımızın çoğu, yalnızca genom dizilerinin karşılaştırılmasına dayanmaktadır ve ev işleri işlevlerini yerine getiren ve potansiyel ilaç hedefleri olarak hizmet eden gerçek moleküllerdeki değişikliklere daha az dikkat edilmektedir. Karşılaştırmalı çalışmalar, zararlı hücre içi mikrobiyal mutasyon yükünün, proteinleri ve nükleik asitleri yanlış katlanmaya ve kümelenmeye yatkın hale getirdiğini, bunları daha fazla şaperon bağımlı ve ısıya aşırı duyarlı hale getirdiğini göstermiştir19,20,21,22,23. Ek olarak, bazen 2,5 milyar yıl kadar arayla bağımsız evrim geçiren çeşitli parazitler, protein sentezlerinde5,6 ve DNA onarım mekanizmalarında24 benzer bir kalite kontrol merkezi kaybı yaşamıştır. Bununla birlikte, hücre içi yaşam tarzının, zararlı mutasyonların artan yüküne moleküler adaptasyon dahil olmak üzere hücresel makromoleküllerin diğer tüm özellikleri üzerindeki etkisi hakkında çok az şey bilinmektedir.
Bu çalışmada, hücre içi mikroorganizmaların protein ve nükleik asitlerinin evrimini daha iyi anlamak için, hücre içi parazit Encephalitozoon cuniculi'nin ribozomlarının yapısını belirledik. E. cuniculi, alışılmadık derecede küçük ökaryotik genomlara sahip olan ve bu nedenle genom bozunmasını incelemek için model organizmalar olarak kullanılan bir grup parazitik mikrosporidia'ya ait mantar benzeri bir organizmadır25,26,27,28,29,30. Son zamanlarda, kriyo-EM ribozom yapısı, Microsporidia, Paranosema locustae ve Vairimorpha necatrix'in orta derecede küçülmüş genomları için belirlendi31,32 (~3,2 Mb genom). Bu yapılar, rRNA amplifikasyonunun bir miktar kaybının, komşu ribozomal proteinler arasında yeni temasların gelişmesi veya yeni msL131,32 ribozomal proteinlerinin edinilmesiyle telafi edildiğini göstermektedir. Ensefalitozoon türü (genomu ~2,5 milyon bp), en yakın akrabaları Ordospora ile birlikte, ökaryotlarda genom azalmasının en üst derecesini göstermektedir - 2000'den az protein kodlayan gene sahiptirler ve ribozomlarının yalnızca rRNA genişleme parçalarından (ökaryotik ribozomları bakteriyel ribozomlardan ayıran rRNA parçaları) yoksun olması değil, aynı zamanda E. cuniculi genomunda homologlarının olmaması nedeniyle dört ribozomal proteine ​​sahip olması beklenmektedir26,27,28. Bu nedenle, E. cuniculi ribozomunun genom bozulmasına moleküler adaptasyon için daha önce bilinmeyen stratejileri ortaya çıkarabileceği sonucuna vardık.
Kriyo-EM yapımız karakterize edilen en küçük ökaryotik sitoplazmik ribozomu temsil eder ve genomun nihai indirgeme derecesinin hücrenin ayrılmaz bir parçası olan moleküler makinenin yapısını, birleşmesini ve evrimini nasıl etkilediğine dair içgörü sağlar. E. cuniculi ribozomunun RNA katlanması ve ribozom birleşmesinin yaygın olarak korunan prensiplerinin çoğunu ihlal ettiğini bulduk ve daha önce bilinmeyen yeni bir ribozomal protein keşfettik. Oldukça beklenmedik bir şekilde, mikrosporidia ribozomlarının küçük molekülleri bağlama yeteneğini geliştirdiğini gösteriyoruz ve rRNA ve proteinlerdeki kesilmelerin nihayetinde ribozoma yararlı nitelikler kazandırabilecek evrimsel yenilikleri tetiklediğini varsayıyoruz.
Hücre içi organizmalarda proteinlerin ve nükleik asitlerin evrimini daha iyi anlamak için, ribozomlarını saflaştırmak ve bu ribozomların yapısını belirlemek amacıyla enfekte memeli hücrelerinin kültürlerinden E. cuniculi sporlarını izole etmeye karar verdik. Mikrosporidialar besin ortamında kültürlenemediği için çok sayıda parazitik mikrosporidia elde etmek zordur. Bunun yerine, yalnızca konak hücrenin içinde büyür ve çoğalırlar. Bu nedenle, ribozom saflaştırması için E. cuniculi biyokütlesi elde etmek amacıyla, memeli böbrek hücre hattı RK13'ü E. cuniculi sporlarıyla enfekte ettik ve bu enfekte hücreleri E. cuniculi'nin büyümesi ve çoğalması için birkaç hafta boyunca kültürledik. Yaklaşık yarım metrekarelik enfekte hücre monokatmanı kullanarak, yaklaşık 300 mg Mikrosporidia sporunu saflaştırabildik ve bunları ribozomları izole etmek için kullandık. Daha sonra, saflaştırılmış sporları cam boncuklarla parçaladık ve lizatların aşamalı polietilen glikol fraksiyonasyonunu kullanarak ham ribozomları izole ettik. Bu sayede yapısal analiz için yaklaşık 300 µg ham E. cuniculi ribozomu elde edebildik.
Daha sonra elde edilen ribozom örneklerini kullanarak kriyo-EM görüntüleri topladık ve bu görüntüleri büyük ribozomal alt birim, küçük alt birim başı ve küçük alt birime karşılık gelen maskeler kullanarak işledik. Bu işlem sırasında yaklaşık 108.000 ribozomal parçacığın görüntülerini topladık ve 2,7 Å çözünürlükte kriyo-EM görüntüleri hesapladık (Ek Şekiller 1-3). Daha sonra kriyoEM görüntülerini E. cuniculi ribozomlarıyla ilişkili rRNA, ribozomal protein ve hibernasyon faktörü Mdf1'i modellemek için kullandık (Şekil 1a, b).
a E. cuniculi ribozomunun kış uykusu faktörü Mdf1 ile kompleks halindeki yapısı (pdb id 7QEP). b E. cuniculi ribozomuyla ilişkili kış uykusu faktörü Mdf1'in haritası. c Mikrosporidian türlerindeki kurtarılan rRNA'yı bilinen ribozomal yapılarla karşılaştıran ikincil yapı haritası. Paneller, çoğaltılmış rRNA parçalarının (ES) ve kod çözme bölgesi (DC), sarkinisin halkası (SRL) ve peptidil transferaz merkezi (PTC) dahil olmak üzere ribozom aktif bölgelerinin yerini göstermektedir. d E. cuniculi ribozomunun peptidil transferaz merkezine karşılık gelen elektron yoğunluğu, bu katalitik bölgenin E. cuniculi parazitinde ve H. sapiens dahil olmak üzere konaklarında aynı yapıya sahip olduğunu düşündürmektedir. e, f Kod çözme merkezinin (e) karşılık gelen elektron yoğunluğu ve kod çözme merkezinin şematik yapısı (f), E. cuniculi'nin birçok diğer ökaryotta A1491 (E. coli numaralandırması) yerine U1491 kalıntılarına sahip olduğunu göstermektedir. Bu değişiklik, E. cuniculi'nin bu aktif bölgeyi hedef alan antibiyotiklere duyarlı olabileceğini düşündürmektedir.
V. necatrix ve P. locustae ribozomlarının daha önce belirlenmiş yapılarının aksine (her iki yapı da aynı mikrosporidia ailesi Nosematidae'yi temsil eder ve birbirlerine çok benzerler), 31,32 E. cuniculi ribozomları çok sayıda rRNA ve protein parçalanması sürecinden geçer. Daha fazla denatürasyon (Ek Şekiller 4-6). rRNA'da en çarpıcı değişiklikler, çoğaltılmış 25S rRNA parçası ES12L'nin tamamen kaybını ve h39, h41 ve H18 helikslerinin kısmi dejenerasyonunu içeriyordu (Şekil 1c, Ek Şekil 4). Ribozomal proteinler arasında en dikkat çekici değişiklikler eS30 proteininin tamamen kaybı ve eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 ve eS7 proteinlerinin kısalmasıydı (Ek Şekiller 4, 5).
Böylece, Encephalotozoon/Ordospora türlerinin genomlarının aşırı küçülmesi ribozom yapılarına yansır: E. cuniculi ribozomları, yapısal karakterizasyona tabi tutulan ökaryotik sitoplazmik ribozomlarda en dramatik protein içeriği kaybını yaşar ve yalnızca ökaryotlarda değil, aynı zamanda yaşamın üç alanında da yaygın olarak korunan rRNA ve protein parçalarına bile sahip değildirler. E. cuniculi ribozomunun yapısı, bu değişiklikler için ilk moleküler modeli sağlar ve hem karşılaştırmalı genomik hem de hücre içi biyomoleküler yapı çalışmaları tarafından gözden kaçırılan evrimsel olayları ortaya çıkarır (Ek Şekil 7). Aşağıda, bu olayların her birini olası evrimsel kökenleri ve ribozom işlevi üzerindeki potansiyel etkileriyle birlikte açıklıyoruz.
Daha sonra, büyük rRNA kesintilerine ek olarak, E. cuniculi ribozomlarının aktif bölgelerinden birinde rRNA varyasyonları olduğunu bulduk. E. cuniculi ribozomunun peptidil transferaz merkezi diğer ökaryotik ribozomlarla aynı yapıya sahip olsa da (Şekil 1d), kod çözme merkezi nükleotid 1491'deki dizi varyasyonu nedeniyle farklılık gösterir (E. coli numaralandırması, Şekil 1e, f). Bu gözlem önemlidir çünkü ökaryotik ribozomların kod çözme bölgesi tipik olarak bakteri tipi kalıntılar A1408 ve G1491'e kıyasla G1408 ve A1491 kalıntılarını içerir. Bu varyasyon, bakteriyel ve ökaryotik ribozomların ribozomal antibiyotiklerin aminoglikozit ailesine ve kod çözme bölgesini hedef alan diğer küçük moleküllere karşı farklı hassasiyetlerinin altında yatar. E. cuniculi ribozomunun kod çözme bölgesinde, A1491 kalıntısı U1491 ile değiştirildi ve bu da potansiyel olarak bu aktif bölgeyi hedef alan küçük moleküller için benzersiz bir bağlanma arayüzü oluşturdu. Aynı A14901 varyantı P. locustae ve V. necatrix gibi diğer mikrosporidialarda da mevcut olup, mikrosporidia türleri arasında yaygın olduğunu düşündürmektedir (Şekil 1f).
E. cuniculi ribozom örneklerimiz metabolik olarak inaktif sporlardan izole edildiğinden, stres veya açlık koşulları altında daha önce tanımlanmış ribozom bağlanması için E. cuniculi'nin kriyo-EM haritasını test ettik. Kış uykusu faktörleri 31,32,36,37, 38. Kış uykusuna yatan ribozomun daha önce belirlenmiş yapısını E. cuniculi ribozomunun kriyo-EM haritasıyla eşleştirdik. Yerleştirme için, S. cerevisiae ribozomları kış uykusu faktörü Stm138 ile kompleks halinde, locust ribozomları Lso232 faktörü ile kompleks halinde ve V. necatrix ribozomları Mdf1 ve Mdf231 faktörleri ile kompleks halinde kullanıldı. Aynı zamanda, dinlenme faktörü Mdf1'e karşılık gelen kriyo-EM yoğunluğunu bulduk. Mdf1'in V. necatrix ribozomuna bağlanmasına benzer şekilde, Mdf1 aynı zamanda E. cuniculi ribozomuna da bağlanır ve burada ribozomun E bölgesini bloke eder, bu da muhtemelen parazit sporları vücut inaktivasyonu sonucu metabolik olarak inaktif hale geldiğinde ribozomların kullanılabilir hale gelmesine yardımcı olur (Şekil 2).
Mdf1, parazit sporları metabolik olarak inaktif hale geldiğinde ribozomun inaktif hale gelmesine yardımcı olan ribozomun E bölgesini bloke eder. E. cuniculi ribozomunun yapısında, Mdf1'in protein sentezi sırasında ribozomdan deasile edilmiş tRNA'nın salınmasını kolaylaştıran ribozomun parçası olan L1 ribozom sapıyla daha önce bilinmeyen bir temas kurduğunu bulduk. Bu temaslar, Mdf1'in deasile edilmiş tRNA ile aynı mekanizmayı kullanarak ribozomdan ayrıldığını ve ribozomun protein sentezini yeniden etkinleştirmek için Mdf1'i nasıl uzaklaştırdığına dair olası bir açıklama sağladığını göstermektedir.
Ancak, yapımız Mdf1 ile L1 ribozom bacağı (protein sentezi sırasında ribozomdan deasile edilmiş tRNA'nın salınmasına yardımcı olan ribozomun parçası) arasında bilinmeyen bir temas olduğunu ortaya koydu. Özellikle, Mdf1 deasile edilmiş tRNA molekülünün dirsek segmentiyle aynı temasları kullanır (Şekil 2). Daha önce bilinmeyen bu moleküler modelleme, Mdf1'in deasile edilmiş tRNA ile aynı mekanizmayı kullanarak ribozomdan ayrıldığını gösterdi; bu da ribozomun protein sentezini yeniden etkinleştirmek için bu hibernasyon faktörünü nasıl ortadan kaldırdığını açıklıyor.
rRNA modelini oluştururken, E. cuniculi ribozomunun, kaynaşmış rRNA adını verdiğimiz anormal şekilde katlanmış rRNA parçalarına sahip olduğunu bulduk (Şekil 3). Yaşamın üç alanını kapsayan ribozomlarda, rRNA çoğu rRNA bazının ya baz çifti oluşturup birbirleriyle katlandığı ya da ribozomal proteinlerle etkileşime girdiği yapılara katlanır38,39,40. Ancak, E. cuniculi ribozomlarında, rRNA'lar helikslerinin bazılarını katlanmamış rRNA bölgelerine dönüştürerek bu katlanma ilkesini ihlal ediyor gibi görünüyor.
S. cerevisiae, V. necatrix ve E. cuniculi'deki H18 25S rRNA heliksinin yapısı. Tipik olarak, üç yaşam alanını kapsayan ribozomlarda, bu bağlayıcı 24 ila 34 kalıntı içeren bir RNA heliksine dönüşür. Buna karşın, Microsporidia'da bu rRNA bağlayıcı kademeli olarak sadece 12 kalıntı içeren iki tek zincirli uridin açısından zengin bağlayıcıya indirgenir. Bu kalıntıların çoğu çözücülere maruz kalır. Şekil, parazitik microsporidia'nın rRNA katlanmasının genel prensiplerini ihlal ettiğini göstermektedir; burada rRNA bazları genellikle diğer bazlara bağlanır veya rRNA-protein etkileşimlerine katılır. Microsporidia'da, bazı rRNA parçaları, eski rRNA heliksinin neredeyse düz bir çizgide uzamış tek zincirli bir parçaya dönüştüğü olumsuz bir kıvrım alır. Bu alışılmadık bölgelerin varlığı, mikrosporidia rRNA'sının minimum sayıda RNA bazını kullanarak uzak rRNA parçalarına bağlanmasına olanak tanır.
Bu evrimsel geçişin en çarpıcı örneği H18 25S rRNA heliksinde gözlemlenebilir (Şekil 3). E. coli'den insanlara kadar olan türlerde, bu rRNA heliksinin bazları 24-32 nükleotid içerir ve hafif düzensiz bir heliks oluşturur. Daha önce V. necatrix ve P. locustae'den tanımlanan ribozomal yapılarda,31,32 H18 heliksinin bazları kısmen çözülmüştür, ancak nükleotid baz eşleşmesi korunmuştur. Ancak, E. cuniculi'de bu rRNA parçası en kısa bağlayıcılar haline gelir 228UUUGU232 ve 301UUUUUUUUU307. Tipik rRNA parçalarından farklı olarak, bu uridin açısından zengin bağlayıcılar kıvrılmaz veya ribozomal proteinlerle kapsamlı temas kurmaz. Bunun yerine, rRNA ipliklerinin neredeyse düz bir şekilde uzatıldığı çözücüye açık ve tamamen açılmış yapıları benimserler. Bu gerilmiş konformasyon, E. cuniculi'nin H16 ve H18 rRNA heliksleri arasındaki 33 Å boşluğunu doldurmak için sadece 12 RNA bazını kullanırken, diğer türlerin boşluğu doldurmak için en az iki kat daha fazla rRNA bazına ihtiyaç duymasını açıklıyor.
Böylece, enerjik olarak elverişsiz katlama yoluyla, parazitik mikrosporidia'nın yaşamın üç alanında türler arasında geniş ölçüde korunan rRNA segmentlerini bile daraltmak için bir strateji geliştirdiğini gösterebiliriz. Görünüşe göre, rRNA helikslerini kısa poli-U bağlayıcılara dönüştüren mutasyonları biriktirerek, E. cuniculi distal rRNA parçalarının bağlanması için mümkün olduğunca az nükleotid içeren alışılmadık rRNA parçaları oluşturabilir. Bu, mikrosporidia'nın yapısal ve işlevsel bütünlüğünü kaybetmeden temel moleküler yapılarında nasıl dramatik bir azalma elde ettiğini açıklamaya yardımcı olur.
E. cuniculi rRNA'sının bir diğer sıra dışı özelliği de rRNA'nın kalınlaşmalar olmadan görünmesidir (Şekil 4). Çıkıntılar, RNA heliksinde saklanmak yerine bükülerek dışarı çıkan baz çiftleri olmayan nükleotidlerdir. Çoğu rRNA çıkıntısı, bitişik ribozomal proteinleri veya diğer rRNA parçalarını bağlamaya yardımcı olan moleküler yapıştırıcılar gibi davranır. Çıkıntıların bazıları menteşe görevi görerek rRNA heliksinin üretken protein sentezi için en uygun şekilde bükülmesini ve katlanmasını sağlar 41 .
a Bir rRNA çıkıntısı (S. cerevisiae numaralandırması) E. cuniculi ribozom yapısında yoktur, ancak diğer ökaryotların çoğunda bulunur b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens ve E. cuniculi iç ribozomları. parazitler eski, oldukça korunmuş rRNA çıkıntılarının çoğundan yoksundur. Bu kalınlaşmalar ribozom yapısını stabilize eder; bu nedenle, mikrosporidialarda yoklukları mikrosporidia parazitlerinde rRNA katlanmasının azalmış stabilitesini gösterir. P gövdeleriyle (bakterilerde L7/L12 gövdeleri) karşılaştırma, rRNA çıkıntılarının kaybının bazen kaybolan çıkıntıların yanında yeni çıkıntıların ortaya çıkmasıyla çakıştığını göstermektedir. 23S/28S rRNA'daki H42 heliksi, üç yaşam alanındaki koruması nedeniyle en az 3,5 milyar yaşında olduğu tahmin edilen eski bir çıkıntıya (Saccharomyces cerevisiae'de U1206) sahiptir. Mikrosporidia'da bu çıkıntı ortadan kalkar. Ancak kaybolan çıkıntının yanında yeni bir çıkıntı belirir (E. cuniculi'de A1306).
Çarpıcı bir şekilde, E. cuniculi ribozomlarının diğer türlerde bulunan rRNA çıkıntılarının çoğundan yoksun olduğunu bulduk, buna diğer ökaryotlarda korunan 30'dan fazla çıkıntı da dahildir (Şekil 4a). Bu kayıp, ribozomal alt birimler ile bitişik rRNA heliksleri arasındaki birçok teması ortadan kaldırır, bazen ribozom içinde büyük içi boş boşluklar oluşturarak E. cuniculi ribozomunu daha geleneksel ribozomlara kıyasla daha gözenekli hale getirir (Şekil 4b). Özellikle, bu çıkıntıların çoğunun daha önce tanımlanmış V. necatrix ve P. locustae ribozom yapılarında da kaybolduğunu bulduk, bunlar önceki yapısal analizlerde gözden kaçırılmıştı31,32.
Bazen rRNA çıkıntılarının kaybı, kaybolan çıkıntının yanında yeni çıkıntıların gelişmesiyle birlikte gerçekleşir. Örneğin, ribozomal P-sapı, E. coli'den insanlara kadar hayatta kalan ve bu nedenle 3,5 milyar yaşında olduğu tahmin edilen bir U1208 çıkıntısı (Saccharomyces cerevisiae'de) içerir. Protein sentezi sırasında, bu çıkıntı P sapının açık ve kapalı konformasyonlar arasında hareket etmesine yardımcı olur, böylece ribozom çeviri faktörlerini toplayabilir ve bunları aktif bölgeye iletebilir. E. cuniculi ribozomlarında, bu kalınlaşma yoktur; ancak, yalnızca üç baz çiftinde bulunan yeni bir kalınlaşma (G883), P sapının optimum esnekliğinin geri kazanılmasına katkıda bulunabilir (Şekil 4c).
Çıkıntısız rRNA hakkındaki verilerimiz, rRNA en aza indirilmesinin ribozom yüzeyindeki rRNA elemanlarının kaybıyla sınırlı olmadığını, aynı zamanda ribozom çekirdeğini de içerebileceğini ve serbest yaşayan hücrelerde tanımlanmamış parazite özgü bir moleküler kusur yaratabileceğini düşündürmektedir.
Kanonik ribozomal proteinleri ve rRNA'yı modelledikten sonra, geleneksel ribozomal bileşenlerin kriyo-EM görüntüsünün üç bölümünü açıklayamadığını bulduk. Bu parçalardan ikisi küçük boyutlu moleküllerdir (Şekil 5, Ek Şekil 8). İlk segment, genellikle E. cuniculi'de kısaltılmış olan eL18'in C-terminusu tarafından işgal edilen bir konumda ribozomal proteinler uL15 ve eL18 arasında sıkışmıştır. Bu molekülün kimliğini belirleyemesek de, bu yoğunluk adasının boyutu ve şekli spermidin moleküllerinin varlığıyla iyi bir şekilde açıklanmıştır. Ribozoma bağlanması, uL15 proteinlerindeki (Asp51 ve Arg56) mikrosporidiaya özgü mutasyonlar tarafından stabilize edilir, bu mutasyonlar ribozomun bu küçük moleküle olan afinitesini artırır, çünkü uL15'in küçük molekülü bir ribozomal yapıya sarmasına izin verir. Ek Şekil 2). 8, ek veri 1, 2).
E. cuniculi ribozomuna bağlı riboz dışındaki nükleotidlerin varlığını gösteren Kriyo-EM görüntüleme. E. cuniculi ribozomunda, bu nükleotid çoğu diğer ökaryotik ribozomdaki 25S rRNA A3186 nükleotidi (Saccharomyces cerevisiae numaralandırması) ile aynı yeri işgal eder. b E. cuniculi'nin ribozomal yapısında, bu nükleotid ribozomal proteinler uL9 ve eL20 arasında yer alır ve böylece iki protein arasındaki teması stabilize eder. cd Mikrosporidia türleri arasında eL20 dizi koruma analizi. Microsporidia türlerinin filogenetik ağacı (c) ve eL20 proteininin çoklu dizi hizalaması (d), nükleotid bağlayıcı kalıntılar F170 ve K172'nin, S. lophii hariç, tipik Microsporidia'ların çoğunda korunduğunu göstermektedir. S. lophii, ES39L rRNA uzantısını korumuştur. e Bu şekil, nükleotid bağlayıcı kalıntılar F170 ve K172'nin yalnızca oldukça küçülmüş microsporidia genomunun eL20'sinde bulunduğunu, ancak diğer ökaryotlarda bulunmadığını göstermektedir. Genel olarak, bu veriler Microsporidian ribozomlarının, AMP moleküllerine bağlanan ve bunları ribozomal yapıdaki protein-protein etkileşimlerini stabilize etmek için kullanan bir nükleotid bağlayıcı bölge geliştirdiğini göstermektedir. Microsporidia'da bu bağlanma bölgesinin yüksek oranda korunması ve diğer ökaryotlarda bulunmaması, bu bölgenin Microsporidia için seçici bir hayatta kalma avantajı sağlayabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, mikrosporidia ribozomundaki nükleotid bağlayıcı cep, daha önce açıklandığı gibi dejeneratif bir özellik veya rRNA bozunmasının son biçimi gibi görünmüyor, bunun yerine mikrosporidia ribozomunun küçük molekülleri doğrudan bağlamasına ve bunları moleküler yapı taşları olarak kullanmasına olanak tanıyan yararlı bir evrimsel yenilik. ribozomlar için yapı taşları. Bu keşif, mikrosporidia ribozomunu yapısal yapı taşı olarak tek bir nükleotid kullanan bilinen tek ribozom haline getiriyor. f Nükleotid bağlanmasından türetilen varsayımsal evrimsel yol.
İkinci düşük moleküler ağırlık yoğunluğu ribozomal proteinler uL9 ve eL30 arasındaki arayüzde yer almaktadır (Şekil 5a). Bu arayüz daha önce Saccharomyces cerevisiae ribozomunun yapısında rRNA A3186'nın (ES39L rRNA uzantısının bir parçası) 25S nükleotidi için bir bağlanma yeri olarak tanımlanmıştır38. Dejenere P. locustae ES39L ribozomlarında bu arayüzün bilinmeyen tek bir nükleotide 31 bağlandığı gösterilmiştir ve bu nükleotidin rRNA'nın indirgenmiş son hali olduğu ve rRNA'nın uzunluğunun ~130-230 baz olduğu varsayılmıştır. ES39L tek bir nükleotide 32,43 indirgenmiştir. Kriyo-EM görüntülerimiz yoğunluğun nükleotidlerle açıklanabileceği fikrini desteklemektedir. Ancak yapımızın daha yüksek çözünürlüğü, bu nükleotidin ekstraribozomal bir molekül, muhtemelen AMP olduğunu gösterdi (Şekil 5a, b).
Daha sonra nükleotid bağlanma bölgesinin E. cuniculi ribozomunda görünüp görünmediğini veya daha önce var olup olmadığını sorduk. Nükleotid bağlanması esas olarak eL30 ribozomal proteinindeki Phe170 ve Lys172 kalıntıları tarafından aracılık edildiğinden, bu kalıntıların 4396 temsili ökaryotta korunumunu değerlendirdik. Yukarıdaki uL15 durumunda olduğu gibi, Phe170 ve Lys172 kalıntılarının yalnızca tipik Microsporidia'da yüksek oranda korunduğunu, ancak ES39L rRNA parçasının indirgenmediği atipik Microsporidia Mitosporidium ve Amphiamblys dahil diğer ökaryotlarda bulunmadığını bulduk 44, 45, 46 (Şekil 5c). -e).
Birlikte ele alındığında, bu veriler E. cuniculi ve muhtemelen diğer kanonik mikrosporidia'ların rRNA ve protein seviyelerindeki düşüşü telafi etmek için ribozom yapısındaki çok sayıda küçük metaboliti etkili bir şekilde yakalama yeteneğini geliştirdiği fikrini desteklemektedir. Bunu yaparken, ribozomun dışında nükleotidleri bağlamak için benzersiz bir yetenek geliştirmişlerdir ve parazitik moleküler yapıların bol miktarda küçük metaboliti yakalayarak ve bunları bozulmuş RNA ve protein parçalarının yapısal taklitçileri olarak kullanarak telafi ettiğini göstermektedir.
Kriyo-EM haritamızın simüle edilmemiş üçüncü kısmı, büyük ribozomal alt birimde bulunur. Haritamızın nispeten yüksek çözünürlüğü (2,6 Å), bu yoğunluğun büyük yan zincir kalıntılarının benzersiz kombinasyonlarına sahip proteinlere ait olduğunu ve bu yoğunluğu daha önce bilinmeyen bir ribozomal protein olarak tanımlamamızı sağladığını ve bunu msL2 (Microsporidia'ya özgü protein L2) olarak adlandırdığımızı göstermektedir (yöntemler, şekil 6). Homoloji araştırmamız, msL2'nin Encephaliter ve Orosporidium cinsinin Microsporidia kladında korunduğunu, ancak diğer Microsporidia dahil diğer türlerde bulunmadığını göstermiştir. Ribozomal yapıda, msL2, uzatılmış ES31L rRNA'sının kaybıyla oluşan bir boşluğu doldurur. Bu boşlukta, msL2 rRNA katlanmasını stabilize etmeye yardımcı olur ve ES31L kaybını telafi edebilir (Şekil 6).
a E. cuniculi ribozomlarında bulunan Microsporidia'ya özgü ribozomal protein msL2'nin elektron yoğunluğu ve modeli. b Saccharomyces cerevisiae'nin 80S ribozomu da dahil olmak üzere çoğu ökaryotik ribozomda, çoğu Microsporidian türünde ES19L rRNA amplifikasyonu kaybolmuştur. V. necatrix microsporidia ribozomunun daha önce belirlenmiş yapısı, bu parazitlerde ES19L kaybının yeni msL1 ribozomal proteininin evrimiyle telafi edildiğini düşündürmektedir. Bu çalışmada, E. cuniculi ribozomunun ayrıca ES19L kaybını telafi etmek için ek bir ribozomal RNA taklit proteini geliştirdiğini bulduk. Ancak, msL2 (şu anda varsayımsal ECU06_1135 proteini olarak açıklanmaktadır) ve msL1'in farklı yapısal ve evrimsel kökenleri vardır. c Evrimsel olarak ilgisiz msL1 ve msL2 ribozomal proteinlerinin oluşumunun bu keşfi, ribozomlar rRNA'larında zararlı mutasyonlar biriktirirse, yakın ilişkili türlerin küçük bir alt kümesinde bile benzeri görülmemiş düzeyde bileşimsel çeşitliliğe ulaşabileceklerini düşündürmektedir. Bu keşif, türler arasında oldukça azaltılmış rRNA'sı ve protein bileşimindeki anormal değişkenliğiyle bilinen mitokondriyal ribozomun kökenini ve evrimini açıklığa kavuşturmaya yardımcı olabilir.
Daha sonra msL2 proteinini, V. necatrix ribozomunda bulunan bilinen tek mikrosporidia-spesifik ribozomal protein olan, daha önce tanımlanmış msL1 proteiniyle karşılaştırdık. msL1 ve msL2'nin evrimsel olarak ilişkili olup olmadığını test etmek istedik. Analizimiz, msL1 ve msL2'nin ribozomal yapıda aynı boşluğu işgal ettiğini, ancak farklı birincil ve üçüncül yapılara sahip olduğunu gösterdi; bu da bağımsız evrimsel kökenlerini gösteriyor (Şekil 6). Dolayısıyla, msL2 keşfimiz, kompakt ökaryotik tür gruplarının, rRNA parçalarının kaybını telafi etmek için yapısal olarak farklı ribozomal proteinleri bağımsız olarak evrimleştirebileceğine dair kanıt sağlıyor. Bu bulgu, çoğu sitoplazmik ökaryotik ribozomun, aynı 81 ribozomal protein ailesi de dahil olmak üzere değişmez bir protein içermesi açısından dikkat çekicidir. Mikrosporidia'nın çeşitli kladlarında, uzatılmış rRNA segmentlerinin kaybına yanıt olarak msL1 ve msL2'nin ortaya çıkması, parazitin moleküler mimarisinin bozulmasının, parazitlerin telafi edici mutasyonlar aramasına neden olduğunu ve bunun da sonunda farklı parazit popülasyonlarında edinilmelerine yol açabileceğini düşündürmektedir.
Son olarak, modelimiz tamamlandığında, E. cuniculi ribozomunun bileşimini genom dizisinden tahmin edilenle karşılaştırdık. eL14, eL38, eL41 ve eS30 dahil olmak üzere birkaç ribozomal proteinin, E. cuniculi genomundan homologlarının görünürdeki yokluğu nedeniyle E. cuniculi genomunda eksik olduğu düşünülüyordu. Birçok ribozomal proteinin kaybı, diğer oldukça indirgenmiş hücre içi parazitlerin ve endosimbiyontların çoğunda da tahmin edilmektedir. Örneğin, serbest yaşayan bakterilerin çoğu aynı 54 ribozomal protein ailesini içermesine rağmen, bu protein ailelerinden yalnızca 11'inin, konakçıya sınırlı bakterilerin her analiz edilen genomunda tespit edilebilir homologları vardır. Bu fikri desteklemek için, eL38 ve eL4131,32 proteinlerinden yoksun olan V. necatrix ve P. locustae microsporidia'da deneysel olarak ribozomal protein kaybı gözlemlenmiştir.
Ancak, yapılarımız yalnızca eL38, eL41 ve eS30'un E. cuniculi ribozomunda gerçekten kaybolduğunu gösteriyor. eL14 proteini korundu ve yapımız bu proteinin neden homoloji araştırmasında bulunamadığını gösterdi (Şekil 7). E. cuniculi ribozomlarında, eL14 bağlanma bölgesinin çoğu, rRNA ile çoğaltılan ES39L'nin bozunması nedeniyle kaybolur. ES39L yokluğunda, eL14 ikincil yapısının çoğunu kaybetti ve eL14 dizisinin yalnızca %18'i E. cuniculi ve S. cerevisiae'de aynıydı. Bu zayıf dizi korunumu dikkat çekicidir çünkü 1,5 milyar yıl arayla evrimleşen organizmalar olan Saccharomyces cerevisiae ve Homo sapiens bile eL14'teki aynı kalıntıların %51'inden fazlasını paylaşmaktadır. Bu anormal koruma kaybı, E. cuniculi eL14'ün şu anda eL1427 ribozomal proteini olarak değil, varsayımsal M970_061160 proteini olarak açıklanmasının nedenini açıklamaktadır.
ve Microsporidia ribozomu, eL14 ribozomal protein bağlanma bölgesini kısmen ortadan kaldıran ES39L rRNA uzantısını kaybetti. ES39L yokluğunda, eL14 mikrospor proteini, önceki rRNA bağlayıcı α-heliksinin minimal uzunlukta bir halkaya dönüştüğü ikincil yapı kaybına uğrar. b Çoklu dizi hizalaması, eL14 proteininin ökaryotik türlerde oldukça korunduğunu (maya ve insan homologları arasında %57 dizi benzerliği), ancak mikrosporidialarda zayıf korunduğunu ve farklılaştığını (kalıntıların %24'ünden fazlasının eL14 homologuyla aynı olmadığı) göstermektedir. S. cerevisiae veya H. sapiens'ten). Bu zayıf dizi korunumu ve ikincil yapı değişkenliği, eL14 homologunun neden E. cuniculi'de hiç bulunmadığını ve bu proteinin neden E. cuniculi'de kaybolduğunun düşünüldüğünü açıklar. Buna karşılık, E. cuniculi eL14 daha önce varsayımsal bir M970_061160 proteini olarak açıklanmıştı. Bu gözlem, mikrosporidia genom çeşitliliğinin şu anda abartıldığını gösteriyor: şu anda mikrosporidia'da kaybolduğu düşünülen bazı genler aslında korunuyor, ancak oldukça farklılaşmış formlarda; bunun yerine, bazılarının solucana özgü proteinler için mikrosporidia genlerini kodladığı düşünülüyor (örneğin, varsayımsal protein M970_061160) aslında diğer ökaryotlarda bulunan çok çeşitli proteinleri kodluyor.
Bu bulgu, rRNA denatürasyonunun bitişik ribozomal proteinlerde dizi korunumunun dramatik bir şekilde kaybolmasına yol açabileceğini ve bu proteinlerin homoloji aramaları için tespit edilemez hale gelebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, kaybolduğu düşünülen bazı proteinlerin aslında oldukça değişmiş formlarda da olsa devam etmesi nedeniyle, küçük genom organizmalarındaki gerçek moleküler bozulma derecesini abartmış olabiliriz.
Parazitler, aşırı genom küçültme koşulları altında moleküler makinelerinin işlevini nasıl koruyabilir? Çalışmamız, en küçük ökaryotik genomlardan birine sahip bir organizma olan E. cuniculi'nin karmaşık moleküler yapısını (ribozom) tanımlayarak bu soruyu yanıtlıyor.
Mikrobiyal parazitlerdeki protein ve RNA moleküllerinin, kalite kontrol merkezlerinden yoksun olmaları, serbest yaşayan mikroplarda boyutlarının %50'sine kadar küçülmeleri vb. nedeniyle serbest yaşayan türlerdeki homolog moleküllerinden sıklıkla farklı olduğu yaklaşık yirmi yıldır bilinmektedir. Katlanmayı ve işlevi bozan birçok zayıflatıcı mutasyon. Örneğin, birçok hücre içi parazit ve endosimbiyont da dahil olmak üzere küçük genomlu organizmaların ribozomlarının, serbest yaşayan türlere kıyasla birkaç ribozomal proteinden ve rRNA nükleotidlerinin üçte birinden yoksun olması beklenir 27, 29, 30, 49. Ancak, bu moleküllerin parazitte işlev görme şekli büyük ölçüde bir gizem olarak kalmaya devam etmektedir ve esas olarak karşılaştırmalı genomik yoluyla incelenmektedir.
Çalışmamız, makromoleküllerin yapısının, hücre içi parazitlerin ve diğer konakçıya sınırlı organizmaların geleneksel karşılaştırmalı genomik çalışmalarından çıkarılması zor olan birçok evrim yönünü ortaya çıkarabileceğini göstermektedir (Ek Şekil 7). Örneğin, eL14 proteini örneği, parazitik türlerde moleküler aygıtın gerçek bozulma derecesini abartabileceğimizi göstermektedir. Ensefalitik parazitlerin artık yüzlerce mikrosporidia'ya özgü gene sahip olduğuna inanılmaktadır. Ancak, sonuçlarımız, bu görünüşte özgül genlerden bazılarının aslında diğer ökaryotlarda yaygın olan genlerin çok farklı varyantları olduğunu göstermektedir. Dahası, msL2 proteini örneği, yeni ribozomal proteinleri nasıl göz ardı ettiğimizi ve parazitik moleküler makinelerin içeriğini nasıl hafife aldığımızı göstermektedir. Küçük moleküller örneği, onlara yeni biyolojik aktivite kazandırabilecek parazitik moleküler yapıların en yaratıcı yeniliklerini nasıl göz ardı edebileceğimizi göstermektedir.
Birlikte ele alındığında, bu sonuçlar konakçı-kısıtlı organizmaların moleküler yapıları ile serbest yaşayan organizmalardaki benzerleri arasındaki farkları anlamamızı geliştiriyor. Uzun zamandır indirgenmiş, dejenere olmuş ve çeşitli zayıflatıcı mutasyonlara maruz kalmış olduğu düşünülen moleküler makinelerin, bunun yerine sistematik olarak göz ardı edilmiş bir dizi alışılmadık yapısal özelliğe sahip olduğunu gösteriyoruz.
Öte yandan, E. cuniculi'nin ribozomlarında bulduğumuz hacimli olmayan rRNA parçaları ve kaynaşmış parçalar, genom küçülmesinin, türlerin bağımsız evriminden yaklaşık 3,5 milyar yıl sonra bile yaşamın üç alanında korunan temel moleküler makinenin parçalarını bile değiştirebileceğini düşündürmektedir.
E. cuniculi ribozomlarındaki çıkıntısız ve kaynaşmış rRNA parçaları, endosimbiyotik bakterilerdeki RNA moleküllerinin önceki çalışmaları ışığında özellikle ilgi çekicidir. Örneğin, yaprak biti endosimbiyontu Buchnera aphidicola'da, rRNA ve tRNA moleküllerinin A+T kompozisyon önyargısı ve yüksek oranda kanonik olmayan baz çiftleri nedeniyle sıcaklığa duyarlı yapılara sahip olduğu gösterilmiştir20,50. RNA'daki bu değişimlerin yanı sıra protein moleküllerindeki değişimlerin, artık endosimbiyontların partnerlere aşırı bağımlılığından ve endosimbiyontların ısıyı transfer edememesinden sorumlu olduğu düşünülmektedir21, 23. Parazitik mikrosporidia rRNA'sı yapısal olarak farklı değişimlere sahip olsa da, bu değişimlerin doğası, termal kararlılığın azalmasının ve şaperon proteinlerine daha fazla bağımlılığın, genomları azalmış organizmalardaki RNA moleküllerinin ortak özellikleri olabileceğini düşündürmektedir.
Öte yandan, yapılarımız parazit mikrosporidiaların yaygın olarak korunan rRNA ve protein parçalarına karşı direnç gösterme konusunda benzersiz bir yetenek geliştirdiğini, bol miktarda ve kolayca bulunabilen küçük metabolitleri dejenere rRNA ve protein parçalarının yapısal taklitçileri olarak kullanma yeteneği geliştirdiğini göstermektedir. Moleküler yapı bozulması. . Bu görüş, E. cuniculi'nin rRNA ve ribozomlarındaki protein parçalarının kaybını telafi eden küçük moleküllerin uL15 ve eL30 proteinlerindeki mikrosporidia'ya özgü kalıntılara bağlanması gerçeğiyle desteklenmektedir. Bu, küçük moleküllerin ribozomlara bağlanmasının, ribozomal proteinlerdeki mikrosporidia'ya özgü mutasyonların, küçük moleküller için ribozomların afinitesini artırma yetenekleri nedeniyle seçildiği ve daha verimli ribozomal organizmalara yol açabileceği pozitif seçilimin bir ürünü olabileceğini düşündürmektedir. Keşif, mikrobiyal parazitlerin moleküler yapısında akıllı bir yeniliği ortaya koymakta ve bize parazit moleküler yapılarının indirgeyici evrime rağmen işlevlerini nasıl sürdürdükleri konusunda daha iyi bir anlayış sağlamaktadır.
Şu anda, bu küçük moleküllerin tanımlanması belirsizliğini korumaktadır. Bu küçük moleküllerin ribozomal yapıdaki görünümünün mikrosporidia türleri arasında neden farklı olduğu açık değildir. Özellikle, V. necatrix'in eL20 ve K172 proteinlerinde F170 kalıntısının bulunmasına rağmen, E. cuniculi ve P. locustae'nin ribozomlarında nükleotid bağlanmasının neden gözlemlendiği ve V. necatrix'in ribozomlarında gözlemlenmediği açık değildir. Bu delesyon, V. necatrix'te tirozin olan ve E. cuniculi ve P. locustae'de treonin olmayan 43 uL6 kalıntısından (nükleotid bağlanma cebinin bitişiğinde yer alır) kaynaklanıyor olabilir. Tyr43'ün hacimli aromatik yan zinciri, sterik örtüşme nedeniyle nükleotid bağlanmasına müdahale edebilir. Alternatif olarak, belirgin nükleotid delesyonu, V. necatrix ribozomal parçalarının modellenmesini engelleyen kriyo-EM görüntülemenin düşük çözünürlüğünden kaynaklanıyor olabilir.
Öte yandan, çalışmamız genom bozunma sürecinin yaratıcı bir güç olabileceğini öne sürüyor. Özellikle, E. cuniculi ribozomunun yapısı, mikrosporidia ribozomundaki rRNA ve protein parçalarının kaybının, ribozom yapısındaki değişiklikleri teşvik eden evrimsel bir baskı yarattığını öne sürüyor. Bu varyantlar, ribozomun aktif bölgesinden uzakta meydana gelir ve aksi takdirde azaltılmış rRNA tarafından bozulacak olan optimal ribozom birleşimini korumaya (veya geri yüklemeye) yardımcı olur gibi görünmektedir. Bu, mikrosporidia ribozomunun önemli bir yeniliğinin, gen kaymasını tamponlama ihtiyacına evrilmiş gibi göründüğünü öne sürüyor.
Belki de bu, şimdiye kadar başka organizmalarda hiç gözlemlenmemiş olan nükleotid bağlanmasıyla en iyi şekilde açıklanabilir. Nükleotid bağlayıcı kalıntıların tipik mikrosporidialarda mevcut olması, ancak diğer ökaryotlarda bulunmaması, nükleotid bağlayıcı bölgelerinin sadece yok olmayı bekleyen kalıntılar veya rRNA'nın bireysel nükleotidler formuna geri döndürülmesi için son bölge olmadığını göstermektedir. Bunun yerine, bu bölge birkaç pozitif seçilim turu boyunca evrimleşmiş olabilecek yararlı bir özellik gibi görünmektedir. Nükleotid bağlayıcı bölgeler doğal seçilimin bir yan ürünü olabilir: ES39L bozulduğunda, mikrosporidia ES39L yokluğunda optimum ribozom biyogenezini geri yüklemek için telafi aramaya zorlanır. Bu nükleotid, ES39L'deki A3186 nükleotidinin moleküler temaslarını taklit edebildiğinden, nükleotid molekülü ribozomun bir yapı taşı haline gelir ve bağlanması eL30 dizisinin mutasyonu ile daha da iyileştirilir.
Hücre içi parazitlerin moleküler evrimi açısından, çalışmamız Darwinci doğal seçilim ve genom bozunmasının genetik sürüklenmesinin kuvvetlerinin paralel olarak işlemediğini, aksine salındığını göstermektedir. Öncelikle, genetik sürüklenme biyomoleküllerin önemli özelliklerini ortadan kaldırır ve telafiyi çok gerekli hale getirir. Parazitler bu ihtiyacı Darwinci doğal seçilim yoluyla karşıladığında, makromolekülleri en etkileyici ve yenilikçi özelliklerini geliştirme şansına sahip olacaktır. Önemlisi, E. cuniculi ribozomundaki nükleotid bağlanma bölgelerinin evrimi, bu kayıp-kazanç moleküler evrim modelinin yalnızca zararlı mutasyonları amortize etmekle kalmayıp, bazen parazitik makromoleküllere tamamen yeni işlevler kazandırdığını göstermektedir.
Bu fikir, doğal seçilimin katı bir sisteminin organizmaların yenilik yapma yeteneğini sınırladığını belirten Sewell Wright'ın hareketli denge teorisiyle tutarlıdır51,52,53. Ancak, genetik sürüklenme doğal seçilimi bozarsa, bu sürüklenmeler kendi başlarına uyarlanabilir (veya hatta zararlı) olmayan, ancak daha yüksek uygunluk veya yeni biyolojik aktivite sağlayan daha fazla değişikliğe yol açan değişiklikler üretebilir. Çerçevemiz, bir biyomolekülün katlanmasını ve işlevini azaltan aynı tür mutasyonun, onun iyileşmesinin ana tetikleyicisi gibi göründüğünü göstererek bu fikri desteklemektedir. Kazan-kazan evrimsel modeline uygun olarak, çalışmamız, geleneksel olarak dejeneratif bir süreç olarak görülen genom bozunmasının, bazen ve belki de sıklıkla makromoleküllerin yeni parazitik aktiviteler edinmesine izin vererek, aynı zamanda yeniliğin önemli bir itici gücü olduğunu göstermektedir. bunları kullanabilir.