תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נעבד את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
האבולוציה של טפילים מיקרוביאליים כרוכה בקונטרה בין הברירה הטבעית, הגורמת לטפילים להשתפר, לבין סחיפה גנטית, הגורמת לטפילים לאבד גנים ולצבור מוטציות מזיקות.כאן, על מנת להבין כיצד פעולת הנגד הזו מתרחשת בקנה מידה של מקרומולקולה אחת, אנו מתארים את מבנה ה-cryo-EM של הריבוזום של Encephalitozoon cuniculi, אורגניזם אוקריוטי בעל אחד הגנומים הקטנים ביותר בטבע.ההפחתה הקיצונית של rRNA בריבוזומים E. cuniculi מלווה בשינויים מבניים חסרי תקדים, כמו התפתחות של קישורי rRNA מאוחדים שלא ידועים בעבר ו-rRNA ללא בליטות.בנוסף, הריבוזום E. cuniculi שרד את אובדן שברי rRNA וחלבונים על ידי פיתוח היכולת להשתמש במולקולות קטנות כחיקויים מבניים של שברי rRNA מושפלים וחלבונים.בסך הכל, אנו מראים שלמבנים מולקולריים שנחשבו מזמן להיות מופחתים, מנוונים ונתונים למוטציות מתישות יש מספר מנגנוני פיצוי השומרים אותם פעילים למרות התכווצויות מולקולריות קיצוניות.
מכיוון שלרוב קבוצות הטפילים המיקרוביאליים יש כלים מולקולריים ייחודיים לניצול המארחים שלהם, לעתים קרובות עלינו לפתח טיפולים שונים עבור קבוצות שונות של טפילים1,2.עם זאת, עדויות חדשות מצביעות על כך שחלק מההיבטים של התפתחות הטפילים מתכנסים ובמידה רבה צפויים, מה שמצביע על בסיס פוטנציאלי להתערבויות טיפוליות רחבות בטפילים מיקרוביאליים3,4,5,6,7,8,9.
עבודה קודמת זיהתה מגמה אבולוציונית נפוצה בטפילים מיקרוביאליים הנקראת הפחתת גנום או דעיכת גנום10,11,12,13.מחקרים עדכניים מראים שכאשר מיקרואורגניזמים מוותרים על אורח חייהם החופשי והופכים לטפילים תוך-תאיים (או אנדוסימביונים), הגנום שלהם עובר מטמורפוזות איטיות אך מדהימות במשך מיליוני שנים9,11.בתהליך המכונה ריקבון גנום, טפילים מיקרוביאליים צוברים מוטציות מזיקות שהופכות גנים רבים שהיו חשובים בעבר לפסאודוגנים, מה שמוביל לאובדן הדרגתי של גנים ולקריסת מוטציות14,15.התמוטטות זו יכולה להרוס עד 95% מהגנים באורגניזמים התוך-תאיים העתיקים ביותר בהשוואה למינים בעלי חיים חופשיים קרובים.לפיכך, האבולוציה של הטפילים התוך-תאיים היא משיכה בין שני כוחות מנוגדים: הברירה הטבעית הדרוויניסטית, המובילה לשיפור הטפילים, והתמוטטות הגנום, השלכת טפילים לשכחה.עדיין לא ברור כיצד הצליח הטפיל לצאת מהמשיכה הזו ולשמור על פעילות המבנה המולקולרי שלו.
למרות שהמנגנון של ריקבון הגנום אינו מובן במלואו, נראה שהוא מתרחש בעיקר עקב סחף גנטי תכוף.מכיוון שטפילים חיים באוכלוסיות קטנות, א-מיניות ומוגבלות מבחינה גנטית, הם אינם יכולים לחסל ביעילות מוטציות מזיקות המתרחשות לפעמים במהלך שכפול ה-DNA.זה מוביל להצטברות בלתי הפיכה של מוטציות מזיקות ולהפחתה של גנום הטפיל.כתוצאה מכך, הטפיל לא רק מאבד גנים שאינם נחוצים עוד להישרדותו בסביבה התוך-תאית.חוסר היכולת של אוכלוסיות טפילים לחסל ביעילות מוטציות מזיקות ספורדיות הוא שגורם למוטציות הללו להצטבר בכל הגנום, כולל הגנים החשובים ביותר שלהן.
חלק ניכר מההבנה הנוכחית שלנו לגבי הפחתת גנום מבוסס אך ורק על השוואות של רצפי גנום, עם פחות תשומת לב לשינויים במולקולות בפועל שמבצעות פונקציות משק בית ומשמשות כמטרות פוטנציאליות לתרופות.מחקרים השוואתיים הראו כי הנטל של מוטציות מיקרוביאליות תוך-תאיות מזיקות נראה כגורם לנטייה לחלבונים וחומצות גרעין להתקפל ולהצטבר, מה שהופך אותם ליותר תלויי מלווה ורגישות יתר לחום19,20,21,22,23.בנוסף, טפילים שונים - אבולוציה עצמאית שלעתים מופרדים ב-2.5 מיליארד שנים - חוו אובדן דומה של מרכזי בקרת איכות בסינתזת החלבון שלהם5,6 ומנגנוני תיקון ה-DNA24.עם זאת, מעט ידוע על ההשפעה של אורח חיים תוך תאי על כל שאר המאפיינים של מקרומולקולות תאיות, כולל הסתגלות מולקולרית לעומס הולך וגדל של מוטציות מזיקות.
בעבודה זו, על מנת להבין טוב יותר את האבולוציה של חלבונים וחומצות גרעין של מיקרואורגניזמים תוך תאיים, קבענו את מבנה הריבוזומים של הטפיל התוך תאי Encephalitozoon cuniculi.E. cuniculi הוא אורגניזם דמוי פטרייה השייך לקבוצה של מיקרוספורידיות טפיליות שיש להן גנומים אוקריוטיים קטנים במיוחד ולכן משמשים כמודל של אורגניזמים לחקר ריקבון הגנום25,26,27,28,29,30.לאחרונה, נקבע מבנה הריבוזום cryo-EM עבור גנומים מופחתים במידה מתונה של Microsporidia, Paranosema locustae ו-Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb גנום).מבנים אלה מצביעים על כך שאובדן מסוים של הגברה של rRNA מפצה על ידי התפתחות של קשרים חדשים בין חלבונים ריבוזומים שכנים או רכישת חלבונים ריבוזומליים חדשים msL131,32.מינים Encephalitozoon (גנום ~2.5 מיליון bp), יחד עם קרוב משפחתם Ordospora, מדגימים את הדרגה האולטימטיבית של הפחתת הגנום באאוקריוטים - יש להם פחות מ-2000 גנים מקודדי חלבון, וצפוי שהריבוזומים שלהם אינם נטולי רק שברי התפשטות rRNA (rRNA) שיש גם שברי ריבוזומים של rRNA שיש להם גם שברי ריבוזומים מארבעה. חלבונים ריבוזומליים בשל חוסר ההומולוגים שלהם בגנום E. cuniculi26,27,28.לכן, הגענו למסקנה שהריבוזום E. cuniculi יכול לחשוף אסטרטגיות לא ידועות עד כה להסתגלות מולקולרית להתפרקות הגנום.
מבנה ה-cryo-EM שלנו מייצג את הריבוזום הציטופלזמי האיקריוטי הקטן ביותר שיש לאפיין ומספק תובנה כיצד הדרגה האולטימטיבית של הפחתת הגנום משפיעה על המבנה, ההרכבה והאבולוציה של המנגנון המולקולרי המהווה אינטגרלי לתא.מצאנו שהריבוזום E. cuniculi מפר רבים מהעקרונות השמורים ביותר של קיפול RNA והרכבת ריבוזומים, וגילינו חלבון ריבוזום חדש שלא ידוע בעבר.באופן בלתי צפוי למדי, אנו מראים כי ריבוזומי מיקרוספורידיה פיתחו את היכולת לקשור מולקולות קטנות, ומשערים כי חתכים ב-rRNA וחלבונים מעוררים חידושים אבולוציוניים שעשויים בסופו של דבר להקנות איכויות שימושיות לריבוזום.
כדי לשפר את הבנתנו את האבולוציה של חלבונים וחומצות גרעין באורגניזמים תוך-תאיים, החלטנו לבודד נבגי E. cuniculi מתרבויות של תאי יונקים נגועים על מנת לטהר את הריבוזומים שלהם ולקבוע את המבנה של הריבוזומים הללו.קשה להשיג מספר רב של מיקרוספורידיות טפיליות מכיוון שלא ניתן לגדל מיקרוספורידיה במדיום מזין.במקום זאת, הם גדלים ומתרבים רק בתוך התא המארח.לכן, כדי להשיג ביומסה של E. cuniculi לטיהור ריבוזום, הדבקנו את קו תאי הכליה של היונקים RK13 בנבגי E. cuniculi וטיפחנו תאים נגועים אלה במשך מספר שבועות כדי לאפשר ל- E. cuniculi לגדול ולהתרבות.באמצעות מונו-שכבה של תאים נגועים של כחצי מטר מרובע, הצלחנו לטהר כ-300 מ"ג של נבגי Microsporidia ולהשתמש בהם לבידוד ריבוזומים.לאחר מכן שיבשנו את הנבגים המטוהרים עם חרוזי זכוכית ובידדנו את הריבוזומים הגולמיים תוך שימוש בחלוקה דרגתית של פוליאתילן גליקול של הליסאטים.זה איפשר לנו להשיג כ-300 מיקרוגרם של ריבוזומי E. cuniculi גולמיים לניתוח מבני.
לאחר מכן אספנו תמונות cryo-EM באמצעות דגימות הריבוזום שהתקבלו ועיבדנו את התמונות הללו באמצעות מסכות המתאימות לתת-היחידה הריבוזומלית הגדולה, לראש תת-היחידה הקטן ולתת-היחידה הקטנה.במהלך תהליך זה, אספנו תמונות של כ-108,000 חלקיקים ריבוזומים ותמונות קריו-EM מחושבות ברזולוציה של 2.7 Å (איורים משלימים 1-3).לאחר מכן השתמשנו בתמונות cryoEM כדי לדגמן rRNA, חלבון ריבוזמלי וגורם תרדמה Mdf1 הקשורים לריבוזומים E. cuniculi (איור 1a, ב).
מבנה של ריבוזום E. cuniculi במתחם עם גורם התרדמה Mdf1 (pdb id 7QEP).ב מפה של גורם תרדמה Mdf1 הקשור לריבוזום E. cuniculi.c מפת מבנה משני המשווה rRNA משוחזר במינים מיקרוספורידיים למבנים ריבוזומליים ידועים.הלוחות מציגים את מיקומם של שברי ה-rRNA המוגברים (ES) והאתרים הפעילים של הריבוזום, כולל אתר הפענוח (DC), לולאת הסרקיניצין (SRL) ומרכז הפפטידיל טרנספראז (PTC).ד צפיפות האלקטרונים התואמת למרכז הפפטידיל טרנספראז של הריבוזום E. cuniculi מרמזת שלאתר קטליטי זה יש מבנה זהה בטפיל E. cuniculi והמארחים שלו, כולל H. sapiens.e, f צפיפות האלקטרונים המתאימה של מרכז הפענוח (e) והמבנה הסכמטי של מרכז הפענוח (f) מצביעים על כך של-E. cuniculi יש שאריות U1491 במקום A1491 (מספור E. coli) באוקריוטים רבים אחרים.שינוי זה מצביע על כך ש-E. cuniculi עשוי להיות רגיש לאנטיביוטיקה המכוונת לאתר פעיל זה.
בניגוד למבנים שהוקמו קודם לכן של ריבוזומי V. necatrix ו- P. locustae (שני המבנים מייצגים את אותה משפחת מיקרוספורידיות Nosematidae ודומים מאוד זה לזה), 31,32 ריבוזומי E. cuniculi עוברים תהליכים רבים של פיצול rRNA וחלבונים.דנטורציה נוספת (איורים משלימים 4-6).ב-rRNA, השינויים הבולטים ביותר כללו אובדן מוחלט של מקטע 25S rRNA המוגבר ES12L וניוון חלקי של סלילי h39, h41 ו-H18 (איור 1c, איור משלים 4).בין חלבונים ריבוזומליים, השינויים הבולטים ביותר כללו אובדן מוחלט של החלבון eS30 וקיצור של הדמויות eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 ו-eS7 (משלימים 4, 5).
לפיכך, ההפחתה הקיצונית של הגנום של מיני Encephalotozoon/Ordospora באה לידי ביטוי במבנה הריבוזום שלהם: ריבוזומי E. cuniculi חווים את האובדן הדרמטי ביותר של תכולת חלבון בריבוזומים ציטופלזמיים אוקריוטיים הכפופים לאפיון מבני, ואין להם אפילו את אותם rRNA ושברי חלבון שמשומרים לא רק בשלושה, אלא גם בשברי חיים.המבנה של הריבוזום E. cuniculi מספק את המודל המולקולרי הראשון לשינויים אלה וחושף אירועים אבולוציוניים שהתעלמו מהם הן על ידי גנומיקה השוואתית והן על ידי מחקרים על מבנה ביו-מולקולרי תוך תאי (איור משלים. 7).להלן, אנו מתארים כל אחד מהאירועים הללו יחד עם המקורות האבולוציוניים הסבירים שלהם והשפעתם הפוטנציאלית על תפקוד הריבוזום.
לאחר מכן מצאנו שבנוסף לחיתוך rRNA גדול, לריבוזומי E. cuniculi יש וריאציות rRNA באחד מהאתרים הפעילים שלהם.למרות שלמרכז הפפטידיל טרנספראז של הריבוזום E. cuniculi יש מבנה זהה לריבוזומים אוקריוטיים אחרים (איור 1d), מרכז הפענוח שונה עקב שונות ברצף בנוקלאוטיד 1491 (מספור E. coli, איור 1e, f).תצפית זו חשובה מכיוון שאתר הפענוח של ריבוזומים אוקריוטיים מכיל בדרך כלל שיירים G1408 ו-A1491 בהשוואה לשאריות מסוג חיידקים A1408 ו-G1491.וריאציה זו עומדת בבסיס הרגישות השונה של ריבוזומים חיידקיים ואוקריוטיים למשפחת האמינוגליקוזידים של אנטיביוטיקה ריבוזומלית ומולקולות קטנות אחרות המכוונות לאתר הפענוח.באתר הפענוח של הריבוזום E. cuniculi, שייר A1491 הוחלף ב-U1491, מה שעשוי ליצור ממשק קישור ייחודי למולקולות קטנות המכוונות לאתר פעיל זה.אותו וריאנט של A14901 קיים גם במיקרוספורידיות אחרות כגון P. locustae ו-V. necatrix, מה שמרמז על כך שהיא נפוצה בקרב מיני microsporidia (איור 1f).
מכיוון שדגימות הריבוזום E. cuniculi שלנו בודדו מנבגים לא פעילים מבחינה מטבולית, בדקנו את מפת ה-cryo-EM של E. cuniculi לקשירת ריבוזום שתוארה קודם לכן בתנאי לחץ או רעב.גורמי תרדמה 31,32,36,37, 38. התאמנו את המבנה שהוקם בעבר של הריבוזום התרדמה עם מפת ה-cryo-EM של הריבוזום E. cuniculi.עבור עגינה, נעשה שימוש בריבוזומים S. cerevisiae בקומפלקס עם גורם תרדמה Stm138, ריבוזומי ארבה בקומפלקס עם גורם Lso232, וריבוזומים V. necatrix בקומפלקס עם גורמי Mdf1 ו- Mdf231.במקביל, מצאנו את צפיפות ה-cryo-EM המקבילה לגורם המנוחה Mdf1.בדומה לקשירת Mdf1 לריבוזום V. necatrix, Mdf1 נקשר גם לריבוזום E. cuniculi, שם הוא חוסם את אתר ה-E של הריבוזום, מה שעשוי לעזור להפוך את הריבוזומים לזמינים כאשר נבגי הטפיל הופכים לא פעילים מבחינה מטבולית עם אי הפעלה של הגוף (איור 2).).
Mdf1 חוסם את האתר E של הריבוזום, מה שנראה כמסייע לנטרל את הריבוזום כאשר נבגי הטפיל הופכים ללא פעילים מבחינה מטבולית.במבנה של הריבוזום E. cuniculi, מצאנו כי Mdf1 יוצר מגע שלא היה ידוע קודם לכן עם גזע הריבוזום L1, החלק של הריבוזום המאפשר את שחרור ה-tRNA המאוזן מהריבוזום במהלך סינתזת החלבון.אנשי קשר אלה מצביעים על כך ש-Mdf1 מתנתק מהריבוזום תוך שימוש באותו מנגנון כמו tRNA עם דה-אצטילציה, ומספק הסבר אפשרי לאופן שבו הריבוזום מסיר את Mdf1 כדי להפעיל מחדש את סינתזת החלבון.
עם זאת, המבנה שלנו חשף מגע לא ידוע בין Mdf1 לרגל הריבוזום L1 (החלק של הריבוזום שעוזר לשחרר tRNA מפוזר מהריבוזום במהלך סינתזת חלבון).בפרט, Mdf1 משתמש באותם אנשי קשר כמו קטע המרפק של מולקולת ה-tRNA המפוזרת (איור 2).מודל מולקולרי שלא היה ידוע קודם לכן הראה כי Mdf1 מתנתק מהריבוזום באמצעות אותו מנגנון כמו tRNA deacetylated, מה שמסביר כיצד הריבוזום מסיר את גורם השינה הזה כדי להפעיל מחדש את סינתזת החלבון.
בעת בניית מודל ה-rRNA, מצאנו שלריבוזום E. cuniculi יש שברי rRNA מקופלים בצורה חריגה, שאותם קראנו rRNA מאוחד (איור 3).בריבוזומים המשתרעים על פני שלושת תחומי החיים, rRNA מתקפל למבנים שבהם רוב בסיסי ה-rRNA או זוג בסיסים ומתקפלים זה עם זה או מקיימים אינטראקציה עם חלבונים ריבוזומליים38,39,40.עם זאת, בריבוזומים E. cuniculi, נראה כי rRNA מפרים את עקרון הקיפול הזה על ידי המרת חלק מהסלילים שלהם לאזורי rRNA לא מקופלים.
מבנה של סליל rRNA H18 25S ב-S. cerevisiae, V. necatrix ו-E. cuniculi.בדרך כלל, בריבוזומים המשתרעים על שלושת תחומי החיים, מקשר זה מתפתל לסליל RNA המכיל 24 עד 34 שיירים.ב-Microsporidia, לעומת זאת, מקשר rRNA זה מצטמצם בהדרגה לשני מקשרים עשירים באורידין חד-גדילי המכילים רק 12 שיירים.רוב השאריות הללו חשופות לממיסים.האיור מראה שנראה כי microsporidia טפילי מפר את העקרונות הכלליים של קיפול rRNA, כאשר בסיסי rRNA מחוברים בדרך כלל לבסיסים אחרים או מעורבים באינטראקציות בין rRNA לחלבון.במיקרוספורידיה, חלק מקטעי ה-rRNA מקבלים קפל שלילי, שבו סליל ה-rRNA הקודם הופך לשבר חד-גדילי מוארך כמעט בקו ישר.נוכחותם של אזורים יוצאי דופן אלו מאפשרת למיקרוספורידיה rRNA לקשור שברי rRNA מרוחקים באמצעות מספר מינימלי של בסיסי RNA.
הדוגמה הבולטת ביותר למעבר אבולוציוני זה ניתן לראות בסליל H18 25S rRNA (איור 3).במינים מ-E. coli ועד לבני אדם, הבסיסים של סליל rRNA זה מכילים 24-32 נוקלאוטידים, היוצרים סליל מעט לא סדיר.במבנים ריבוזומליים שזוהו בעבר מ-V. necatrix ו-P. locustae,31,32 הבסיסים של הליקס H18 אינם מפותלים חלקית, אך זיווג בסיסים נוקלאוטידים נשמר.עם זאת, ב-E. cuniculi קטע rRNA זה הופך למקשרים הקצרים ביותר 228UUUGU232 ו-301UUUUUUUUUU307.בניגוד לשברי rRNA טיפוסיים, קישורים אלה העשירים באורידין אינם מתפתלים או יוצרים מגע נרחב עם חלבונים ריבוזומליים.במקום זאת, הם מאמצים מבנים פתוחים לממסים ונפרשים לחלוטין שבהם גדילי ה-rRNA מורחבים כמעט ישרים.המבנה המתוח הזה מסביר כיצד E. cuniculi משתמש רק ב-12 בסיסי RNA כדי למלא את הפער של 33 Å בין סלילי rRNA H16 ו-H18, בעוד שמינים אחרים דורשים לפחות פי שניים יותר בסיסי rRNA כדי למלא את הפער.
לפיכך, אנו יכולים להדגים שבאמצעות קיפול שלילי מבחינה אנרגטית, מיקרוספורידיות טפיליות פיתחו אסטרטגיה לכווץ אפילו את אותם מקטעי rRNA שנותרו שמורים באופן נרחב על פני מינים בשלושת תחומי החיים.ככל הנראה, על ידי צבירת מוטציות ההופכות את סלילי rRNA לקושרים קצרים מסוג poly-U, E. cuniculi יכול ליצור שברי rRNA יוצאי דופן המכילים כמה שפחות נוקלאוטידים לקשירה של שברי rRNA דיסטליים.זה עוזר להסביר כיצד microsporidia השיגה הפחתה דרמטית במבנה המולקולרי הבסיסי שלהם מבלי לאבד את השלמות המבנית והתפקודית שלהם.
תכונה יוצאת דופן נוספת של E. cuniculi rRNA היא הופעת rRNA ללא עיבויים (איור 4).בליטות הן נוקלאוטידים ללא זוגות בסיסים שמתפתלים מתוך סליל ה-RNA במקום להסתתר בו.רוב בליטות ה-rRNA פועלות כדבקים מולקולריים, ועוזרים לקשור חלבונים ריבוזומליים סמוכים או שברי rRNA אחרים.חלק מהבליטים פועלים כצירים, ומאפשרים לסליל rRNA להתגמש ולהתקפל בצורה אופטימלית לסינתזת חלבון פרודוקטיבית 41 .
א בליטה של ​​rRNA (מספור S. cerevisiae) נעדרת ממבנה הריבוזום E. cuniculi, אך קיימת ברוב האיקריוטים האחרים b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens ו-E. cuniculi ריבוזומים פנימיים.לטפילים חסרים רבים מבליטות ה-rRNA העתיקות והשמורות ביותר.עיבויים אלו מייצבים את מבנה הריבוזום;לכן, היעדרם במיקרוספורידיה מעיד על יציבות מופחתת של קיפול rRNA בטפילי מיקרוספורידיה.השוואה לגזעי P (גבעולים L7/L12 בחיידקים) מראה כי אובדן בליטות rRNA עולה בקנה אחד לפעמים עם הופעת בליטות חדשות לצד הבליטות האבודות.לסליל H42 ב-rRNA 23S/28S יש בליטה עתיקה (U1206 ב-Saccharomyces cerevisiae) שגילה לפחות 3.5 מיליארד שנים בשל הגנתו בשלושה תחומי חיים.במיקרוספורידיה, בליטה זו מתבטלת.עם זאת, בליטה חדשה הופיעה ליד הבליטה האבודה (A1306 ב-E. cuniculi).
באופן מדהים, מצאנו שלריבוזומי E. cuniculi חסרים את רוב בליטות ה-rRNA המצויות במינים אחרים, כולל יותר מ-30 בליטות שנשמרו באוקריוטים אחרים (איור 4א).אובדן זה מבטל מגעים רבים בין תת-יחידות ריבוזומליות וסלילי rRNA סמוכים, ולפעמים יוצר חללים חלולים גדולים בתוך הריבוזום, מה שהופך את הריבוזום E. cuniculi לנקבובי יותר בהשוואה לריבוזומים מסורתיים יותר (איור 4b).יש לציין כי מצאנו שרוב הבליטות הללו אבדו גם במבני הריבוזום V. necatrix ו-P. locusstae שזוהו בעבר, אשר התעלמו מניתוחים מבניים קודמים31,32.
לעיתים אובדן בליטות rRNA מלווה בהתפתחות של בליטות חדשות לצד הבליטה האבודה.לדוגמה, גזע ה-P הריבוזומלי מכיל בליטה U1208 (ב-Saccharomyces cerevisiae) ששרד מ-E. coli לבני אדם ולכן מוערך בגיל 3.5 מיליארד שנים.במהלך סינתזת חלבון, בליטה זו מסייעת לגזע P לנוע בין קונפורמציות פתוחות לסגורות, כך שהריבוזום יכול לגייס גורמי תרגום ולהעביר אותם לאתר הפעיל.בריבוזומים E. cuniculi, עיבוי זה נעדר;עם זאת, עיבוי חדש (G883) הממוקם רק בשלושה זוגות בסיסים יכול לתרום לשיקום הגמישות האופטימלית של גזע P (איור 4c).
הנתונים שלנו על rRNA ללא בליטות מצביעים על כך שמזעור rRNA אינו מוגבל לאובדן של רכיבי rRNA על פני הריבוזום, אלא עשוי לערב גם את גרעין הריבוזום, יצירת פגם מולקולרי ספציפי לטפיל שלא תואר בתאים חיים חופשיים.נצפים מינים חיים.
לאחר מודלים של חלבונים ריבוזומליים קנוניים ו-rRNA, מצאנו שרכיבים ריבוזומים קונבנציונליים אינם יכולים להסביר את שלושת החלקים של תמונת ה-cryo-EM.שניים מהשברים הללו הם מולקולות קטנות בגודלן (איור 5, איור משלים 8).המקטע הראשון כרוך בין החלבונים הריבוזומליים uL15 ו-eL18 במיקום הנתפס בדרך כלל על ידי קצה ה-C של eL18, המקוצר ב-E. cuniculi.למרות שאיננו יכולים לקבוע את זהותה של מולקולה זו, הגודל והצורה של אי צפיפות זה מוסברים היטב על ידי נוכחות של מולקולות spermidine.הקישור שלו לריבוזום מיוצבת על ידי מוטציות ספציפיות למיקרוספורידיה בחלבוני uL15 (Asp51 ו-Arg56), שנראה כי מגבירים את הזיקה של הריבוזום למולקולה קטנה זו, שכן הן מאפשרות ל-uL15 לעטוף את המולקולה הקטנה למבנה ריבוזום.איור משלים 2).8, נתונים נוספים 1, 2).
הדמיית Cryo-EM המראה נוכחות של נוקלאוטידים מחוץ לריבוז הקשורים לריבוזום E. cuniculi.בריבוזום E. cuniculi, נוקלאוטיד זה תופס את אותו מקום כמו הנוקלאוטיד 25S rRNA A3186 (מספור Saccharomyces cerevisiae) ברוב הריבוזומים האיקריוטיים האחרים.ב במבנה הריבוזומלי של E. cuniculi, נוקלאוטיד זה ממוקם בין החלבונים הריבוזומליים uL9 ו-eL20, ובכך מייצב את המגע בין שני החלבונים.ניתוח שימור רצף cd eL20 בקרב מיני microsporidia.העץ הפילוגנטי של מיני Microsporidia (c) ויישור רצף מרובה של חלבון eL20 (d) מראים ששאריות קושרי נוקלאוטידים F170 ו-K172 נשמרות ברוב ה-Microsporidia האופייניות, למעט S. lophii, למעט Microsporidia המסועפת המוקדמת, ששמרה על סיומת ES39L.איור זה מראה ששאריות קושרי נוקלאוטידים F170 ו-K172 נמצאים רק ב-eL20 של גנום המיקרו-ספורידיה המופחת מאוד, אך לא באאוקריוטים אחרים.בסך הכל, נתונים אלו מצביעים על כך שריבוזומים מיקרוספורידיים פיתחו אתר קישור של נוקלאוטידים שנראה כקושר מולקולות AMP ומשתמש בהן כדי לייצב אינטראקציות חלבון-חלבון במבנה הריבוזומי.השימור הגבוה של אתר קישור זה ב-Microsporidia והיעדרו באוקריוטים אחרים מצביע על כך שאתר זה עשוי לספק יתרון הישרדותי סלקטיבי עבור Microsporidia.לפיכך, נראה כי הכיס קושר הנוקלאוטידים בריבוזום המיקרוספורידיה אינו תכונה מנוונת או צורה סופית של פירוק rRNA כפי שתואר קודם, אלא חידוש אבולוציוני שימושי המאפשר לריבוזום המיקרוספורידיה לקשור ישירות מולקולות קטנות, תוך שימוש בהן כאבני בניין מולקולריים.אבני בניין לריבוזומים.תגלית זו הופכת את ריבוזום המיקרוספורידיה לריבוזום היחיד הידוע בשימוש בנוקלאוטיד בודד כאבן הבניין המבני שלו.f מסלול אבולוציוני היפותטי הנגזר מקשירת נוקלאוטידים.
צפיפות המשקל המולקולרי הנמוך השנייה ממוקמת בממשק בין חלבונים ריבוזומליים uL9 ו-eL30 (איור 5a).ממשק זה תואר בעבר במבנה של הריבוזום Saccharomyces cerevisiae כאתר קישור לנוקלאוטיד 25S של rRNA A3186 (חלק מהרחבת rRNA ES39L)38.הוכח כי בריבוזומים מנוונים P. locustae ES39L, ממשק זה קושר נוקלאוטיד בודד 31 לא ידוע, וההנחה היא שנוקלאוטיד זה הוא צורה סופית מופחתת של rRNA, שבה אורך ה-rRNA הוא ~130-230 בסיסים.ES39L מצטמצם לנוקלאוטיד בודד 32.43.תמונות ה-cryo-EM שלנו תומכות ברעיון שניתן להסביר את הצפיפות על ידי נוקלאוטידים.עם זאת, הרזולוציה הגבוהה יותר של המבנה שלנו הראתה שהנוקלאוטיד הזה הוא מולקולה חוץ-ריבוזומלית, אולי AMP (איור 5a, ב).
לאחר מכן שאלנו האם אתר הקישור של הנוקלאוטיד הופיע בריבוזום E. cuniculi או שהוא קיים בעבר.מכיוון שקשירת נוקלאוטידים מתווכת בעיקר על ידי שיירי Phe170 ו- Lys172 בחלבון הריבוזומלי eL30, הערכנו את השימור של שיירים אלה ב-4396 איקריוטים מייצגים.כמו במקרה של uL15 לעיל, מצאנו ששאריות Phe170 ו-Lys172 נשמרות מאוד רק ב-Microsporidia טיפוסי, אך נעדרות באיקריוטים אחרים, כולל Microsporidia Mitosporidium ו-Amphiamblys לא טיפוסיים, שבהם מקטע ES39L rRNA אינו מופחת 44, 45c, fragment.-ה).
יחד, נתונים אלה תומכים ברעיון ש-E. cuniculi ואולי מיקרו-ספורידיות קנוניות אחרות פיתחו את היכולת ללכוד ביעילות מספר רב של מטבוליטים קטנים במבנה הריבוזום כדי לפצות על הירידה ברמות ה-rRNA והחלבון.בכך הם פיתחו יכולת ייחודית לקשור נוקלאוטידים מחוץ לריבוזום, מה שמראה שמבנים מולקולריים טפילים מפצים על ידי לכידת מטבוליטים קטנים בשפע ושימוש בהם כחיקויים מבניים של שברי RNA ושברי חלבון מושפלים..
החלק השלישי הלא מדומה של מפת ה-cryo-EM שלנו, נמצא בתת-היחידה הריבוזומלית הגדולה.הרזולוציה הגבוהה יחסית (2.6 Å) של המפה שלנו מעידה על כך שצפיפות זו שייכת לחלבונים עם שילובים ייחודיים של שאריות שרשרת צד גדולות, מה שאפשר לנו לזהות את הצפיפות הזו כחלבון ריבוזמלי שלא היה ידוע קודם לכן שזיהינו בשם זה נקרא msL2 (Microsporidia-specific protein L2) (שיטות, איור 6).החיפוש ההומולוגי שלנו הראה ש-msL2 נשמר ב-Microsporidia clade של הסוג Encephaliter ו- Orosporidium, אך נעדר במינים אחרים, כולל Microsporidia אחרים.במבנה הריבוזומלי, msL2 תופס פער שנוצר עקב אובדן ה-rRNA המורחב ES31L.בריק זה, msL2 עוזר לייצב קיפול rRNA ויכול לפצות על אובדן ES31L (איור 6).
צפיפות אלקטרונים ומודל של החלבון הריבוזומלי הספציפי ל-Microsporidia msL2 שנמצא בריבוזומים E. cuniculi.רוב הריבוזומים האיקריוטיים, כולל הריבוזום 80S של Saccharomyces cerevisiae, סובלים מהגברת rRNA של ES19L שאבדה ברוב המינים המיקרוספורידיים.המבנה שהוקם קודם לכן של הריבוזום V. necatrix microsporidia מצביע על כך שהאובדן של ES19L בטפילים אלו יפוצה על ידי האבולוציה של החלבון הריבוזומי החדש msL1.במחקר זה, מצאנו שהריבוזום E. cuniculi פיתח גם חלבון מחקה RNA ריבוזומלי נוסף כפיצוי לכאורה על אובדן ES19L.עם זאת, ל-msL2 (המוזכר כיום כחלבון ECU06_1135 ההיפותטי) ול-msL1 יש מקורות מבניים ואבולוציוניים שונים.ג גילוי זה של יצירת חלבוני ריבוזומים msL1 ו-msL2 שאינם קשורים אבולוציונית מרמז שאם הריבוזומים צוברים מוטציות מזיקות ב-rRNA שלהם, הם יכולים להשיג רמות חסרות תקדים של מגוון הרכב אפילו בתת-קבוצה קטנה של מינים קרובים.תגלית זו יכולה לעזור להבהיר את המקור וההתפתחות של הריבוזום המיטוכונדריאלי, הידוע ב-rRNA המופחת מאוד שלו ובשונות חריגה בהרכב החלבון בין המינים.
לאחר מכן השווינו את החלבון msL2 עם חלבון msL1 שתואר קודם לכן, החלבון הריבוזומלי הספציפי היחיד למיקרוספורידיה שנמצא בריבוזום V. necatrix.רצינו לבדוק אם msL1 ו-msL2 קשורים אבולוציונית.הניתוח שלנו הראה כי msL1 ו-msL2 תופסים את אותו חלל במבנה הריבוזומי, אך יש להם מבנים ראשוניים ושלישוניים שונים, מה שמעיד על המקור האבולוציוני העצמאי שלהם (איור 6).לפיכך, הגילוי שלנו של msL2 מספק ראיות לכך שקבוצות של מינים אוקריוטיים קומפקטיים יכולים להתפתח באופן עצמאי חלבונים ריבוזומליים שונים מבחינה מבנית כדי לפצות על אובדן שברי rRNA.ממצא זה בולט בכך שרוב הריבוזומים האיקריוטים הציטופלזמיים מכילים חלבון בלתי משתנה, כולל אותה משפחה של 81 חלבונים ריבוזומים.הופעתם של msL1 ו-msL2 בקלידים שונים של מיקרוספורידיה בתגובה לאובדן מקטעי rRNA מורחבים מרמזת כי השפלה של הארכיטקטורה המולקולרית של הטפיל גורמת לטפילים לחפש מוטציות מפצות, מה שעלול להוביל בסופו של דבר לרכישתן באוכלוסיות טפילים שונות.מבנים.
לבסוף, כשהמודל שלנו הושלם, השווינו את הרכב הריבוזום E. cuniculi עם זה שנחזה מרצף הגנום.מספר חלבונים ריבוזומליים, כולל eL14, eL38, eL41 ו-eS30, נחשבו בעבר כחסרים בגנום E. cuniculi עקב היעדר לכאורה של ההומולוגים שלהם מהגנום E. cuniculi.אובדן של חלבונים ריבוזומליים רבים צפוי גם ברוב הטפילים התוך-תאיים והאנדוסימביונים האחרים המופחתים מאוד.לדוגמה, למרות שרוב החיידקים החיים החופשיים מכילים את אותה משפחה של 54 חלבונים ריבוזומליים, רק ל-11 ממשפחות החלבונים הללו יש הומולוגיות ניתנות לזיהוי בכל גנום מנותח של חיידקים מוגבלים מארח.לתמיכה בתפיסה זו, אובדן חלבונים ריבוזומליים נצפה בניסוי ב-V. necatrix ו-P. locustae microsporidia, אשר חסרים את החלבונים eL38 ו-eL4131,32.
עם זאת, המבנים שלנו מראים שרק eL38, eL41 ו-eS30 הולכים לאיבוד בריבוזום E. cuniculi.החלבון eL14 נשמר והמבנה שלנו הראה מדוע לא ניתן למצוא חלבון זה בחיפוש ההומולוגיה (איור 7).בריבוזומים E. cuniculi, רוב אתר הקישור eL14 אובד עקב השפלה של ES39L המוגבר ב-rRNA.בהיעדר ES39L, eL14 איבד את רוב המבנה המשני שלו, ורק 18% מרצף eL14 היה זהה ב-E. cuniculi וב-S. cerevisiae.שימור רצף לקוי זה יוצא דופן מכיוון שאפילו Saccharomyces cerevisiae ו- Homo sapiens - אורגניזמים שהתפתחו בהפרש של 1.5 מיליארד שנים זה מזה - חולקים יותר מ-51% מאותם שאריות ב-eL14.אובדן שימור חריג זה מסביר מדוע E. cuniculi eL14 מסומן כיום כחלבון המשוער M970_061160 ולא כחלבון הריבוזום eL1427.
והריבוזום Microsporidia איבד את סיומת ה-rRNA של ES39L, אשר ביטלה חלקית את אתר הקישור של חלבון eL14.בהיעדר ES39L, החלבון eL14 microspore עובר אובדן מבנה משני, שבו α-helix קושר rRNA לשעבר מתנוון ללולאה באורך מינימלי.ב יישור רצף מרובה מראה שהחלבון eL14 שמור מאוד במינים אוקריוטיים (זהות רצף של 57% בין הומולוגים של שמרים והומולוגים אנושיים), אך שמור בצורה גרועה ומסתעף במיקרוספורידיה (שבו לא יותר מ-24% מהשיירים זהים להומלוג eL14).מ-S. cerevisiae או H. sapiens).שימור רצף לקוי זה ושונות מבנה משני מסבירים מדוע ההומלוג eL14 מעולם לא נמצא ב-E. cuniculi ומדוע החלבון הזה אבד ב-E. cuniculi.לעומת זאת, E. cuniculi eL14 סומן בעבר כחלבון M970_061160 משוער.תצפית זו מעידה על כך שמגוון הגנום של מיקרוספורידיה מוערך כיום יתר על המידה: כמה גנים הנחשבים כיום לאיבוד במיקרוספורידיה נשמרים למעשה, אם כי בצורות מובחנות מאוד;במקום זאת, חלקם נחשבים כמקודדים לגנים של microsporidia עבור חלבונים ספציפיים לתולעת (למשל, החלבון ההיפותטי M970_061160) למעשה מקודד לחלבונים המגוונים מאוד שנמצאים באוקריוטים אחרים.
ממצא זה מצביע על כך שדנטורציה של rRNA יכולה להוביל לאובדן דרמטי של שימור הרצף בחלבונים ריבוזומליים סמוכים, מה שהופך את החלבונים הללו לבלתי ניתנים לזיהוי עבור חיפושים הומולוגיים.לפיכך, אנו עלולים להעריך יתר על המידה את מידת הפירוק המולקולרי בפועל באורגניזמים גנום קטנים, מכיוון שחלק מהחלבונים הנחשבים לאיבוד ממשיכים, אם כי בצורות מאוד משתנות.
כיצד יכולים טפילים לשמור על תפקוד המכונות המולקולריות שלהם בתנאים של הפחתת גנום קיצונית?המחקר שלנו עונה על שאלה זו על ידי תיאור המבנה המולקולרי המורכב (ריבוזום) של E. cuniculi, אורגניזם עם אחד מהגנומים האיקריוטיים הקטנים ביותר.
זה ידוע כבר כמעט שני עשורים שמולקולות חלבון ו-RNA בטפילים מיקרוביאליים נבדלות לרוב מהמולקולות ההומולוגיות שלהן במינים חיים חופשיים, משום שהן חסרות מרכזי בקרת איכות, מצטמצמות ל-50% מגודלן בחיידקים חיים חופשיים וכו'.מוטציות מתישות רבות הפוגעות בקיפול ובתפקוד.לדוגמה, הריבוזומים של אורגניזמים גנום קטנים, כולל טפילים תוך-תאיים ואנדוסימביונטים רבים, צפויים לחסר מספר חלבונים ריבוזומים ועד שליש מהנוקלאוטידים של rRNA בהשוואה למינים חיים חופשיים 27, 29, 30, 49. עם זאת, האופן שבו מולקולות אלו מתפקדות בעיקר ב-mystery גנומיקה באמצעות שרידי טפיל גדול.
המחקר שלנו מראה שהמבנה של מקרומולקולות יכול לחשוף היבטים רבים של אבולוציה שקשה לחלץ ממחקרים גנומיים השוואתיים מסורתיים של טפילים תוך-תאיים ואורגניזמים אחרים המוגבלים מארח (איור משלים 7).לדוגמה, הדוגמה של חלבון eL14 מראה שאנו יכולים להעריך יתר על המידה את מידת הפירוק בפועל של המנגנון המולקולרי במינים טפילים.לטפילים אנצפליטיים מאמינים כיום שיש מאות גנים ספציפיים למיקרוספורידיה.עם זאת, התוצאות שלנו מראות שחלק מהגנים הספציפיים לכאורה הללו הם למעשה רק גרסאות שונות מאוד של גנים הנפוצים באוקריוטים אחרים.יתרה מכך, הדוגמה של חלבון msL2 מראה כיצד אנו מתעלמים מחלבונים ריבוזומליים חדשים וממעיטים בתוכן של מכונות מולקולריות טפיליות.הדוגמה של מולקולות קטנות מראה כיצד אנו יכולים להתעלם מהחידושים הגאונים ביותר במבנים מולקולריים טפיליים שיכולים להעניק להם פעילות ביולוגית חדשה.
יחד, תוצאות אלו משפרות את הבנתנו את ההבדלים בין המבנים המולקולריים של אורגניזמים מוגבלים מארח לבין מקביליהם באורגניזמים חיים חופשיים.אנו מראים שלמכונות מולקולריות, שנחשבו זמן רב שהן מופחתות, מתנוונות וכפופות למוטציות מתישות שונות, יש במקום זאת קבוצה של תכונות מבניות יוצאות דופן שמתעלמות ממנה באופן שיטתי.
מצד שני, מקטעי ה-rRNA הלא מגושמים והמקטעים המאוחדים שמצאנו בריבוזומים של E. cuniculi מצביעים על כך שהפחתת הגנום יכולה לשנות אפילו את אותם חלקים של המנגנון המולקולרי הבסיסי שנשמרו בשלושת תחומי החיים - לאחר כמעט 3.5 מיליארד שנים.אבולוציה עצמאית של מינים.
שברי ה-rRNA נטולי הבליטה וההתמזגים בריבוזומי E. cuniculi מעניינים במיוחד לאור מחקרים קודמים על מולקולות RNA בחיידקים אנדוזימביוטיים.לדוגמה, ב-endosymbiont הכנימה Buchnera aphidicola, מולקולות rRNA ו-tRNA הוכחו כבעלי מבנים רגישים לטמפרטורה עקב הטיית הרכב A+T ושיעור גבוה של זוגות בסיסים לא קנוניים20,50.שינויים אלה ב-RNA, כמו גם שינויים במולקולות החלבון, נחשבים כיום כאחראים לתלות היתר של אנדוסימביונטים בשותפים וחוסר היכולת של אנדוסימביונטים להעביר חום 21, 23 .למרות של-rRNA של microsporidia טפילית יש שינויים מובחנים מבחינה מבנית, אופי השינויים הללו מצביע על כך שיציבות תרמית מופחתת ותלות גבוהה יותר בחלבוני מלווה עשויים להיות מאפיינים נפוצים של מולקולות RNA באורגניזמים עם גנום מופחת.
מצד שני, המבנים שלנו מראים שמיקרוספורידיה הטפילים פיתחו יכולת ייחודית להתנגד לשברי rRNA ושברי חלבון שנשמרו באופן נרחב, ופיתחו את היכולת להשתמש במטבוליטים קטנים בשפע וזמינים כמו חיקויים מבניים של שברי rRNA ושברי חלבון מנוונים.פירוק מבנה מולקולרי..דעה זו נתמכת על ידי העובדה שמולקולות קטנות המפצות על אובדן שברי חלבון ב-rRNA והריבוזומים של E. cuniculi נקשרות לשאריות ספציפיות למיקרוספורידיה בחלבונים uL15 ו-eL30.הדבר מצביע על כך שקישור של מולקולות קטנות לריבוזומים עשוי להיות תוצר של ברירה חיובית, שבה נבחרו מוטציות ספציפיות למיקרוספורידיה בחלבונים ריבוזומים בשל יכולתן להגביר את הזיקה של ריבוזומים למולקולות קטנות, מה שעשוי להוביל לאורגניזמים ריבוזומים יעילים יותר.התגלית חושפת חידוש חכם במבנה המולקולרי של טפילים מיקרוביאליים ונותנת לנו הבנה טובה יותר של האופן שבו מבנים מולקולריים טפילים שומרים על תפקודם למרות האבולוציה הרדוקטיבית.
נכון לעכשיו, הזיהוי של מולקולות קטנות אלו נותר לא ברור.לא ברור מדוע הופעתן של מולקולות קטנות אלו במבנה הריבוזומלי שונה בין מיני מיקרוספורידיה.בפרט, לא ברור מדוע נצפה קשירת נוקלאוטידים בריבוזומים של E. cuniculi ו-P. locustae, ולא בריבוזומים של V. necatrix, למרות נוכחות שארית F170 בחלבוני eL20 ו-K172 של V. necatrix.מחיקה זו עלולה להיגרם על ידי שייר 43 uL6 (הנמצא בסמוך לכיס הקישור של הנוקלאוטיד), שהוא טירוזין ב-V. necatrix ולא threonine ב-E. cuniculi ו-P. locustae.שרשרת הצד הארומטית המסורבלת של Tyr43 יכולה להפריע לקישור הנוקלאוטידים עקב חפיפה סטרית.לחלופין, מחיקת הנוקלאוטידים הנראית לעין עשויה לנבוע מהרזולוציה הנמוכה של הדמיית cryo-EM, אשר מעכבת את המודלים של שברי ריבוזומים V. necatrix.
מצד שני, העבודה שלנו מציעה שתהליך ריקבון הגנום עשוי להיות כוח המצאתי.בפרט, המבנה של הריבוזום E. cuniculi מצביע על כך שאובדן של rRNA ושברי חלבון בריבוזום המיקרוספורידיה יוצר לחץ אבולוציוני שמקדם שינויים במבנה הריבוזום.וריאנטים אלה מתרחשים רחוק מהאתר הפעיל של הריבוזום ונראה שהם עוזרים לשמור (או לשחזר) מכלול ריבוזום אופטימלי שאחרת היה מופרע על ידי rRNA מופחת.זה מצביע על כך שחידוש גדול של ריבוזום המיקרוספורידיה התפתח לצורך לחצץ סחף גנים.
אולי זה מומחש בצורה הטובה ביותר על ידי קשירת נוקלאוטידים, שמעולם לא נצפתה באורגניזמים אחרים עד כה.העובדה ששאריות קושרת נוקלאוטידים קיימות במיקרוספורידיות טיפוסיות, אך לא באוקריוטים אחרים, מעידה על כך שאתרי קשירת נוקלאוטידים הם לא רק שרידים שמחכים להיעלם, או האתר הסופי ל-rRNA שישוחזר לצורת נוקלאוטידים בודדים.במקום זאת, האתר הזה נראה כמו תכונה שימושית שיכולה הייתה להתפתח על פני מספר סבבים של בחירה חיובית.אתרי הקישור של נוקלאוטידים עשויים להיות תוצר לוואי של ברירה טבעית: ברגע ש-ES39L מתפורר, המיקרוספורידיות נאלצות לחפש פיצוי כדי לשחזר ביוגנזה אופטימלית של הריבוזום בהיעדר ES39L.מכיוון שנוקלאוטיד זה יכול לחקות את המגעים המולקולריים של הנוקלאוטיד A3186 ב-ES39L, מולקולת הנוקלאוטידים הופכת לאבן בניין של הריבוזום, שהקישור שלו משתפר עוד יותר על ידי מוטציה של רצף eL30.
לגבי האבולוציה המולקולרית של טפילים תוך-תאיים, המחקר שלנו מראה שכוחות הברירה הטבעית הדרוויניסטית והסחף הגנטי של ריקבון הגנום אינם פועלים במקביל, אלא מתנודדים.ראשית, סחף גנטי מבטל תכונות חשובות של ביו-מולקולות, מה שהופך את הפיצוי לדרוש מאוד.רק כאשר טפילים יספקו את הצורך הזה באמצעות הברירה הטבעית הדרווינית, תהיה למקרומולקולות שלהם סיכוי לפתח את התכונות המרשימות והחדשניות ביותר שלהם.חשוב לציין, האבולוציה של אתרי הקישור של נוקלאוטידים בריבוזום E. cuniculi מרמזת שדפוס הפסד לרווח זה של אבולוציה מולקולרית לא רק מפחית מוטציות מזיקות, אלא לפעמים מעניק פונקציות חדשות לגמרי למקרומולקולות טפיליות.
רעיון זה תואם את תיאוריית שיווי המשקל הנעים של סוול רייט, הקובעת שמערכת קפדנית של ברירה טבעית מגבילה את יכולתם של אורגניזמים לחדש51,52,53.עם זאת, אם סחף גנטי משבש את הברירה הטבעית, סחיפות אלו עלולות לייצר שינויים שאינם כשלעצמם הסתגלניים (או אפילו מזיקים) אך להוביל לשינויים נוספים המספקים כושר גבוה יותר או פעילות ביולוגית חדשה.המסגרת שלנו תומכת ברעיון הזה על ידי המחשה שאותו סוג של מוטציה שמפחית את הקפל והתפקוד של ביומולקולה נראה כטריגר העיקרי לשיפור שלה.בהתאם למודל האבולוציוני של win-win, המחקר שלנו מראה כי ריקבון הגנום, הנחשב באופן מסורתי כתהליך ניווני, הוא גם מניע מרכזי של חדשנות, לפעמים ואולי אפילו לעתים קרובות מאפשר למקרומולקולות לרכוש פעילויות טפיליות חדשות.יכול להשתמש בהם.