Faleminderit që vizituat Nature.com.Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta bëjmë faqen pa stile dhe JavaScript.
Evolucioni i parazitëve mikrobikë përfshin një kundërveprim midis seleksionimit natyror, i cili bën që parazitët të përmirësohen, dhe zhvendosjes gjenetike, e cila bën që parazitët të humbasin gjenet dhe të grumbullojnë mutacione të dëmshme.Këtu, për të kuptuar se si ndodh ky kundërveprim në shkallën e një makromolekule të vetme, ne përshkruajmë strukturën krio-EM të ribozomit të Encephalitozoon cuniculi, një organizëm eukariotik me një nga gjenomet më të vogla në natyrë.Reduktimi ekstrem i rARN-së në ribozomet E. cuniculi shoqërohet me ndryshime strukturore të paprecedentë, si evolucioni i lidhësve të bashkuar të rARN-së të panjohur më parë dhe rARN-së pa fryrje.Përveç kësaj, ribozomi E. cuniculi i mbijetoi humbjes së fragmenteve dhe proteinave të rRNA duke zhvilluar aftësinë për të përdorur molekula të vogla si imitues strukturorë të fragmenteve dhe proteinave të degraduara të rRNA.Në përgjithësi, ne tregojmë se strukturat molekulare që mendohet prej kohësh të jenë të reduktuara, të degjeneruara dhe të nënshtruara ndaj mutacioneve dobësuese kanë një numër mekanizmash kompensues që i mbajnë ato aktive pavarësisht kontraktimeve ekstreme molekulare.
Për shkak se shumica e grupeve të parazitëve mikrobikë kanë mjete unike molekulare për të shfrytëzuar bujtësit e tyre, ne shpesh duhet të zhvillojmë terapi të ndryshme për grupe të ndryshme parazitësh1,2.Megjithatë, provat e reja sugjerojnë se disa aspekte të evolucionit të parazitëve janë konvergjente dhe kryesisht të parashikueshme, duke treguar një bazë të mundshme për ndërhyrje të gjera terapeutike në parazitët mikrobikë3,4,5,6,7,8,9.
Puna e mëparshme ka identifikuar një prirje të zakonshme evolucionare në parazitët mikrobikë të quajtur reduktimi i gjenomit ose prishja e gjenomit10,11,12,13.Hulumtimet aktuale tregojnë se kur mikroorganizmat heqin dorë nga stili i tyre i jetesës së lirë dhe bëhen parazitë ndërqelizorë (ose endosimbiontë), gjenomet e tyre pësojnë metamorfoza të ngadalta por të mahnitshme gjatë miliona viteve9,11.Në një proces të njohur si prishja e gjenomit, parazitët mikrobikë grumbullojnë mutacione të dëmshme që kthejnë shumë gjene të rëndësishme më parë në pseudogjene, duke çuar në humbje graduale të gjeneve dhe në kolaps mutacional14,15.Ky kolaps mund të shkatërrojë deri në 95% të gjeneve në organizmat më të vjetër ndërqelizor në krahasim me speciet e lidhura ngushtë me jetë të lirë.Kështu, evolucioni i parazitëve ndërqelizor është një tërheqje e luftës midis dy forcave kundërshtare: përzgjedhjes natyrore darviniane, që çon në përmirësimin e parazitëve dhe kolapsit të gjenomit, duke i hedhur parazitët në harresë.Se si paraziti arriti të dilte nga kjo tërheqje dhe të ruante aktivitetin e strukturës së tij molekulare mbetet e paqartë.
Megjithëse mekanizmi i prishjes së gjenomit nuk është kuptuar plotësisht, duket se ndodh kryesisht për shkak të zhvendosjes së shpeshtë gjenetike.Për shkak se parazitët jetojnë në popullata të vogla, aseksuale dhe gjenetikisht të kufizuara, ata nuk mund të eliminojnë në mënyrë efektive mutacionet e dëmshme që ndodhin ndonjëherë gjatë replikimit të ADN-së.Kjo çon në akumulimin e pakthyeshëm të mutacioneve të dëmshme dhe reduktimin e gjenomit të parazitit.Si rezultat, paraziti jo vetëm që humbet gjenet që nuk janë më të nevojshme për mbijetesën e tij në mjedisin ndërqelizor.Është paaftësia e popullatave të parazitëve për të eliminuar në mënyrë efektive mutacionet e dëmshme sporadike që bën që këto mutacione të grumbullohen në të gjithë gjenomin, duke përfshirë gjenet e tyre më të rëndësishme.
Pjesa më e madhe e të kuptuarit tonë aktual të reduktimit të gjenomit bazohet vetëm në krahasimet e sekuencave të gjenomit, me më pak vëmendje ndaj ndryshimeve në molekulat aktuale që kryejnë funksione të ruajtjes së shtëpisë dhe shërbejnë si objektiva të mundshëm të drogës.Studimet krahasuese kanë treguar se barra e mutacioneve mikrobike të dëmshme ndërqelizore duket se i predispozon proteinat dhe acidet nukleike për t'u palosur dhe grumbulluar gabimisht, duke i bërë ato më të varura nga pasagjerët dhe më të ndjeshëm ndaj nxehtësisë19,20,21,22,23.Përveç kësaj, parazitë të ndryshëm – evolucioni i pavarur ndonjëherë i ndarë deri në 2.5 miliardë vjet – përjetuan një humbje të ngjashme të qendrave të kontrollit të cilësisë në sintezën e tyre të proteinave5,6 dhe mekanizmat e riparimit të ADN-së24.Megjithatë, dihet pak për ndikimin e stilit të jetës ndërqelizore në të gjitha vetitë e tjera të makromolekulave qelizore, duke përfshirë përshtatjen molekulare ndaj një barre në rritje të mutacioneve të dëmshme.
Në këtë punim, për të kuptuar më mirë evolucionin e proteinave dhe acideve nukleike të mikroorganizmave ndërqelizor, përcaktuam strukturën e ribozomeve të parazitit ndërqelizor Encephalitozoon cuniculi.E. cuniculi është një organizëm i ngjashëm me kërpudhat që i përket një grupi mikrosporidesh parazitare që kanë gjenome eukariote jashtëzakonisht të vogla dhe për këtë arsye përdoren si organizma model për të studiuar prishjen e gjenomit25,26,27,28,29,30.Kohët e fundit, struktura e ribozomit krio-EM u përcaktua për gjenomet e reduktuara mesatarisht të Microsporidia, Paranosema locustae dhe Vairimorpha necatrix31,32 (~ 3.2 Mb gjenom).Këto struktura sugjerojnë që disa humbje të amplifikimit të rARN-së kompensohen nga zhvillimi i kontakteve të reja midis proteinave ribozomale fqinje ose nga përvetësimi i proteinave ribozomale të reja msL131,32.Speciet Encephalitozoon (gjenomi ~2.5 milion bp), së bashku me të afërmin e tyre më të afërt Ordospora, demonstrojnë shkallën përfundimtare të reduktimit të gjenomit tek eukariotët - ata kanë më pak se 2000 gjene kodifikuese të proteinave dhe pritet që ribozomet e tyre jo vetëm të mos kenë fragmente të zgjerimit të rARN-së (rRNA fragmente të proteinave të ribosomaleve) të cilat dallojnë gjithashtu fragmente ribosomal ribosomal ribosomal. s për shkak të mungesës së homologëve në gjenomën E. cuniculi26,27,28.Prandaj, arritëm në përfundimin se ribozomi E. cuniculi mund të zbulojë strategji të panjohura më parë për përshtatjen molekulare ndaj prishjes së gjenomit.
Struktura jonë krio-EM përfaqëson ribozomin më të vogël eukariotik citoplazmatik që duhet karakterizuar dhe ofron një pasqyrë se si shkalla përfundimtare e reduktimit të gjenomit ndikon në strukturën, montimin dhe evolucionin e makinerisë molekulare që është integrale në qelizë.Ne zbuluam se ribozomi E. cuniculi shkel shumë nga parimet e konservuara gjerësisht të palosjes së ARN-së dhe montimit të ribozomit, dhe zbuluam një proteinë të re ribozomale të panjohur më parë.Krejt papritur, ne tregojmë se ribozomet e mikrosporidisë kanë evoluar aftësinë për të lidhur molekula të vogla dhe supozojmë se shkurtimet në rARN dhe proteinat shkaktojnë risi evolucionare që në fund mund të japin cilësi të dobishme në ribozomin.
Për të përmirësuar të kuptuarit tonë për evolucionin e proteinave dhe acideve nukleike në organizmat ndërqelizorë, vendosëm të izolonim sporet E. cuniculi nga kulturat e qelizave të infektuara të gjitarëve në mënyrë që të pastrojmë ribozomet e tyre dhe të përcaktojmë strukturën e këtyre ribozomeve.Është e vështirë për të marrë një numër të madh të mikrosporideve parazitare sepse mikrosporidia nuk mund të kultivohet në një mjedis ushqyes.Në vend të kësaj, ato rriten dhe riprodhohen vetëm brenda qelizës pritëse.Prandaj, për të marrë biomasë E. cuniculi për pastrimin e ribozomit, ne infektuam linjën qelizore të veshkave të gjitarëve RK13 me spore E. cuniculi dhe i kultivuam këto qeliza të infektuara për disa javë për të lejuar E. cuniculi të rritet dhe të shumohet.Duke përdorur një shtresë qelizore të infektuar prej rreth gjysmë metri katror, ​​ne mundëm të pastronim rreth 300 mg spore Microsporidia dhe t'i përdorim ato për të izoluar ribozomet.Më pas ne ndërpremë sporet e pastruara me rruaza qelqi dhe izoluam ribozomet e papërpunuara duke përdorur fraksionimin hap pas hapi të glikolit të polietilenit të lizave.Kjo na lejoi të merrnim afërsisht 300 µg ribozome të papërpunuara E. cuniculi për analiza strukturore.
Më pas mblodhëm imazhe krio-EM duke përdorur mostrat e ribozomit që rezultuan dhe i përpunuam këto imazhe duke përdorur maska ​​që korrespondojnë me nën-njësinë e madhe ribozomale, kokën e nën-njësisë së vogël dhe nën-njësinë e vogël.Gjatë këtij procesi, ne mblodhëm imazhe të rreth 108,000 grimcave ribozomale dhe llogaritëm imazhe krio-EM me një rezolucion prej 2,7 Å (Figurat suplementare 1-3).Më pas përdorëm imazhet cryoEM për të modeluar rRNA, proteinën ribozomale dhe faktorin e letargjisë Mdf1 të lidhur me ribozomet E. cuniculi (Fig. 1a, b).
një Struktura e ribozomit E. cuniculi në kompleks me faktorin e letargjisë Mdf1 (pdb id 7QEP).b Harta e faktorit të letargjisë Mdf1 i lidhur me ribozomin E. cuniculi.c Harta e strukturës dytësore që krahason rARN-në e rikuperuar në speciet Microsporidian me strukturat e njohura ribozomale.Panelet tregojnë vendndodhjen e fragmenteve të përforcuar të rRNA (ES) dhe vendeve aktive të ribozomit, duke përfshirë vendin e dekodimit (DC), lakun e sarcinicinës (SRL) dhe qendrën e peptidil transferazës (PTC).d Dendësia e elektroneve që korrespondon me qendrën e peptidil transferazës së ribozomit E. cuniculi sugjeron që ky vend katalitik ka të njëjtën strukturë në parazitin E. cuniculi dhe nikoqirët e tij, duke përfshirë H. sapiens.e, f Dendësia përkatëse e elektroneve të qendrës së dekodimit (e) dhe struktura skematike e qendrës së dekodimit (f) tregojnë se E. cuniculi ka mbetje U1491 në vend të A1491 (numërimi E. coli) në shumë eukariote të tjerë.Ky ndryshim sugjeron që E. cuniculi mund të jetë i ndjeshëm ndaj antibiotikëve që synojnë këtë zonë aktive.
Ndryshe nga strukturat e krijuara më parë të ribozomeve V. necatrix dhe P. locustae (të dyja strukturat përfaqësojnë të njëjtën familje mikrosporidia Nosematidae dhe janë shumë të ngjashme me njëra-tjetrën), 31,32 ribozomet E. cuniculi i nënshtrohen proceseve të shumta të fragmentimit të rRNA dhe proteinave.Denatyrim i mëtejshëm (Figurat suplementare 4-6).Në rRNA, ndryshimet më të habitshme përfshinin humbjen e plotë të fragmentit ES12L të përforcuar të 25S rRNA dhe degjenerimin e pjesshëm të helikave h39, h41 dhe H18 (Fig. 1c, Fig. 4 plotësuese).Ndër proteinat ribozomale, ndryshimet më të habitshme përfshinin humbjen e plotë të proteinës eS30 dhe shkurtimin e proteinave eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 dhe eS7 (Figurat suplementare 4, 5).
Kështu, reduktimi ekstrem i gjenomave të specieve Encephalotozoon/Ordospora reflektohet në strukturën e tyre ribozome: Ribozomet E. cuniculi përjetojnë humbjen më dramatike të përmbajtjes së proteinave në ribozomet citoplazmike eukariote që i nënshtrohen karakterizimit strukturor, dhe ato nuk kanë as ato rRNA dhe fragmente proteinike të përfshira jo vetëm në domenin e shërbimit të proteinave.Struktura e ribozomit E. cuniculi ofron modelin e parë molekular për këto ndryshime dhe zbulon ngjarje evolucionare që janë anashkaluar si nga gjenomika krahasuese ashtu edhe nga studimet e strukturës biomolekulare ndërqelizore (Fig. 7 plotësuese).Më poshtë, ne përshkruajmë secilën nga këto ngjarje së bashku me origjinën e tyre të mundshme evolucionare dhe ndikimin e tyre të mundshëm në funksionin e ribozomit.
Më pas zbuluam se, përveç shkurtimeve të mëdha të rARN-së, ribozomet e E. cuniculi kanë variacione të rRNA në një nga vendet e tyre aktive.Megjithëse qendra e peptidil transferazës së ribozomit E. cuniculi ka të njëjtën strukturë si ribozomet e tjerë eukariote (Fig. 1d), qendra e dekodimit ndryshon për shkak të ndryshimit të sekuencës në nukleotidin 1491 (numërimi i E. coli, Fig. 1e, f).Ky vëzhgim është i rëndësishëm sepse vendi i dekodimit të ribozomeve eukariote zakonisht përmban mbetje G1408 dhe A1491 në krahasim me mbetjet e tipit bakterial A1408 dhe G1491.Ky variacion qëndron në themel të ndjeshmërisë së ndryshme të ribozomeve bakteriale dhe eukariote ndaj familjes së aminoglikozideve të antibiotikëve ribozomalë dhe molekulave të tjera të vogla që synojnë vendin e dekodimit.Në vendin e dekodimit të ribozomit E. cuniculi, mbetja A1491 u zëvendësua me U1491, duke krijuar potencialisht një ndërfaqe unike lidhëse për molekulat e vogla që synojnë këtë zonë aktive.I njëjti variant A14901 është gjithashtu i pranishëm në mikrosporidia të tjera si P. locustae dhe V. necatrix, duke sugjeruar se është i përhapur midis specieve mikrosporidia (Fig. 1f).
Për shkak se mostrat tona të ribozomit E. cuniculi ishin të izoluara nga sporet metabolike joaktive, ne testuam hartën krio-EM të E. cuniculi për lidhjen e ribozomit të përshkruar më parë në kushte stresi ose uria.Faktorët e letargjisë 31,32,36,37, 38. Ne përputhëm strukturën e krijuar më parë të ribozomit në letargji me hartën krio-EM të ribozomit E. cuniculi.Për docking, ribozomet S. cerevisiae u përdorën në kompleks me faktorin e letargjisë Stm138, ribozomet e karkalecit në kompleks me faktorin Lso232 dhe ribozomet V. necatrix në kompleks me faktorët Mdf1 dhe Mdf231.Në të njëjtën kohë, ne gjetëm densitetin cryo-EM që korrespondon me faktorin e pushimit Mdf1.Ngjashëm me lidhjen e Mdf1 me ribozomin V. necatrix, Mdf1 gjithashtu lidhet me ribozomin E. cuniculi, ku bllokon vendin E të ribozomit, ndoshta duke ndihmuar në vënien në dispozicion të ribozomeve kur sporet e parazitit bëhen metabolikisht joaktive pas inaktivizimit të trupit (Figura 2).).
Mdf1 bllokon vendin E të ribozomit, i cili duket se ndihmon në çaktivizimin e ribozomit kur sporet e parazitit bëhen metabolikisht joaktive.Në strukturën e ribozomit E. cuniculi, ne zbuluam se Mdf1 formon një kontakt të panjohur më parë me trungun e ribozomit L1, pjesa e ribozomit që lehtëson çlirimin e tARN-së së deaciluar nga ribozomi gjatë sintezës së proteinave.Këto kontakte sugjerojnë që Mdf1 shkëputet nga ribozomi duke përdorur të njëjtin mekanizëm si tRNA e deacetiluar, duke ofruar një shpjegim të mundshëm për mënyrën se si ribozomi heq Mdf1 për të riaktivizuar sintezën e proteinave.
Sidoqoftë, struktura jonë zbuloi një kontakt të panjohur midis Mdf1 dhe këmbës së ribozomit L1 (pjesa e ribozomit që ndihmon në lirimin e tRNA të deaciluar nga ribozomi gjatë sintezës së proteinave).Në veçanti, Mdf1 përdor të njëjtat kontakte si segmenti i bërrylit të molekulës së deaciluar tRNA (Fig. 2).Ky modelim molekular i panjohur më parë tregoi se Mdf1 shkëputet nga ribozomi duke përdorur të njëjtin mekanizëm si tRNA e deacetiluar, e cila shpjegon se si ribozomi heq këtë faktor të letargjisë për të riaktivizuar sintezën e proteinave.
Gjatë ndërtimit të modelit të rARN-së, ne zbuluam se ribozomi E. cuniculi ka fragmente të rARN-së të palosura anormalisht, të cilat ne i quajtëm rRNA të shkrirë (Fig. 3).Në ribozomet që shtrihen në tre domenet e jetës, rRNA paloset në struktura në të cilat shumica e bazave të rRNA ose çiftohen dhe palosen me njëra-tjetrën ose ndërveprojnë me proteinat ribozomale38,39,40.Megjithatë, në ribozomet E. cuniculi, rARN-të duket se shkelin këtë parim të palosjes duke konvertuar disa nga helikat e tyre në rajone rRNA të shpalosura.
Struktura e spirales rRNA H18 25S në S. cerevisiae, V. necatrix dhe E. cuniculi.Në mënyrë tipike, në ribozomet që përfshijnë tre domenet e jetës, ky lidhës rrotullohet në një spirale ARN që përmban 24 deri në 34 mbetje.Në të kundërt, në Microsporidia, ky lidhës rARN zvogëlohet gradualisht në dy lidhës të pasur me uridinë me një zinxhir që përmbajnë vetëm 12 mbetje.Shumica e këtyre mbetjeve janë të ekspozuara ndaj tretësve.Figura tregon se mikrosporidia parazitare duket se shkel parimet e përgjithshme të palosjes së rARN-së, ku bazat e rARN-së zakonisht lidhen me baza të tjera ose përfshihen në ndërveprimet rRNA-proteinë.Në mikrosporidi, disa fragmente të rARN-së marrin një palosje të pafavorshme, në të cilën spiralen e mëparshme rRNA bëhet një fragment me një fije floku të zgjatur pothuajse në një vijë të drejtë.Prania e këtyre rajoneve të pazakonta lejon microsporidia rRNA të lidh fragmente të largëta të rRNA duke përdorur një numër minimal bazash ARN.
Shembulli më i mrekullueshëm i këtij tranzicioni evolucionar mund të vërehet në spiralen H18 25S rRNA (Fig. 3).Në speciet nga E. coli te njerëzit, bazat e kësaj spiraleje rARN përmbajnë 24-32 nukleotide, duke formuar një spirale pak të çrregullt.Në strukturat ribozomale të identifikuara më parë nga V. necatrix dhe P. locustae, 31,32 bazat e spirales H18 janë pjesërisht të zbërthyera, por çiftimi i bazës nukleotide është ruajtur.Megjithatë, në E. cuniculi ky fragment i ARN-së bëhet ndërlidhësi më i shkurtër 228UUUGU232 dhe 301UUUUUUUUUU307.Ndryshe nga fragmentet tipike të rARN-së, këta lidhës të pasur me uridinë nuk mbështjellen ose nuk bëjnë kontakt të gjerë me proteinat ribozomale.Në vend të kësaj, ata adoptojnë struktura të hapura nga tretës dhe plotësisht të shpalosura në të cilat vargjet rARN shtrihen pothuajse drejt.Ky konformacion i shtrirë shpjegon se si E. cuniculi përdor vetëm 12 baza ARN për të mbushur hendekun 33 Å midis helikave të rRNA H16 dhe H18, ndërsa speciet e tjera kërkojnë të paktën dy herë më shumë baza rRNA për të mbushur boshllëkun.
Kështu, ne mund të demonstrojmë se, përmes palosjes së pafavorshme energjetike, mikrosporidia parazitare kanë zhvilluar një strategji për të kontraktuar edhe ato segmente rRNA që mbeten gjerësisht të ruajtura në të gjitha speciet në të tre fushat e jetës.Me sa duket, duke grumbulluar mutacione që transformojnë spirale të rRNA në lidhës të shkurtër poli-U, E. cuniculi mund të formojë fragmente të pazakonta të rRNA që përmbajnë sa më pak nukleotide të jetë e mundur për lidhjen e fragmenteve distale të rRNA.Kjo ndihmon për të shpjeguar se si mikrosporidia arriti një reduktim dramatik në strukturën e tyre bazë molekulare pa humbur integritetin e tyre strukturor dhe funksional.
Një tipar tjetër i pazakontë i rARN-së së E. cuniculi është shfaqja e rARN-së pa trashje (Fig. 4).Fryrjet janë nukleotide pa çifte bazash që përdredhin jashtë spirales së ARN-së në vend që të fshihen në të.Shumica e zgjatjeve të rARN-së veprojnë si ngjitës molekularë, duke ndihmuar në lidhjen e proteinave ribozomale ngjitur ose të fragmenteve të tjera të rRNA.Disa nga fryrjet veprojnë si mentesha, duke lejuar që spiralen rRNA të përkulet dhe të paloset në mënyrë optimale për sintezën produktive të proteinave 41 .
a Një zgjatje e rRNA (numërimi S. cerevisiae) mungon në strukturën e ribozomit E. cuniculi, por është e pranishme në shumicën e eukariotëve të tjerë b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens dhe ribozomeve të brendshme E. cuniculi.parazitëve u mungojnë shumë nga fryrjet e lashta, shumë të ruajtura të rRNA.Këto trashje stabilizojnë strukturën e ribozomit;prandaj, mungesa e tyre në mikrosporidia tregon një stabilitet të reduktuar të palosjes së rARN-së në parazitët e mikrosporideve.Krahasimi me kërcellet P (rrjedhjet L7/L12 te bakteret) tregon se humbja e gungave të rRNA ndonjëherë përkon me shfaqjen e gungave të reja pranë gungave të humbura.Spiralja H42 në rRNA 23S/28S ka një fryrje të lashtë (U1206 në Saccharomyces cerevisiae) që vlerësohet të jetë të paktën 3.5 miliardë vjet e vjetër për shkak të mbrojtjes së saj në tre fusha të jetës.Në mikrosporidia, kjo fryrje eliminohet.Megjithatë, një fryrje e re u shfaq pranë fryrjes së humbur (A1306 në E. cuniculi).
Çuditërisht, ne zbuluam se ribozomeve të E. cuniculi u mungojnë shumica e fryrjeve të rRNA që gjenden në specie të tjera, duke përfshirë më shumë se 30 fryrje të konservuara në eukariote të tjerë (Fig. 4a).Kjo humbje eliminon shumë kontakte midis nënnjësive ribozomale dhe spiraleve ngjitur të rARN-së, ndonjëherë duke krijuar zbrazëtira të mëdha brenda ribozomit, duke e bërë ribozomin E. cuniculi më poroz në krahasim me ribozomet më tradicionale (Fig. 4b).Veçanërisht, ne zbuluam se shumica e këtyre fryrjeve humbën gjithashtu në strukturat ribozome të V. necatrix dhe P. locustae të identifikuara më parë, të cilat u anashkaluan nga analizat e mëparshme strukturore31,32.
Ndonjëherë humbja e fryrjeve të rARN shoqërohet me zhvillimin e fryrjeve të reja pranë fryrjes së humbur.Për shembull, kërcelli ribozomal P përmban një fryrje U1208 (në Saccharomyces cerevisiae) që mbijetoi nga E. coli te njerëzit dhe për këtë arsye vlerësohet të jetë 3.5 miliardë vjet e vjetër.Gjatë sintezës së proteinave, kjo fryrje ndihmon kërcellin P të lëvizë midis konformacioneve të hapura dhe të mbyllura në mënyrë që ribozomi të mund të rekrutojë faktorët e përkthimit dhe t'i dërgojë ato në zonën aktive.Në ribozomet E. cuniculi, kjo trashje mungon;megjithatë, një trashje e re (G883) e vendosur vetëm në tre çifte bazash mund të kontribuojë në rivendosjen e fleksibilitetit optimal të kërcellit P (Fig. 4c).
Të dhënat tona për rRNA pa fryrje sugjerojnë se minimizimi i rRNA nuk kufizohet në humbjen e elementeve të rRNA në sipërfaqen e ribozomit, por mund të përfshijë gjithashtu bërthamën e ribozomit, duke krijuar një defekt molekular specifik për parazitin që nuk është përshkruar në qelizat me jetë të lirë.vërehen specie të gjalla.
Pas modelimit të proteinave kanonike ribozomale dhe rARN-së, ne zbuluam se përbërësit konvencionalë ribozomalë nuk mund të shpjegojnë tre pjesët e imazhit krio-EM.Dy nga këto fragmente janë molekula të vogla në madhësi (Fig. 5, Fig. Suplementare 8).Segmenti i parë është i vendosur midis proteinave ribozomale uL15 dhe eL18 në një pozicion që zakonisht zënë fundi C i eL18, i cili shkurtohet në E. cuniculi.Edhe pse ne nuk mund të përcaktojmë identitetin e kësaj molekule, madhësia dhe forma e këtij ishulli me densitet shpjegohet mirë nga prania e molekulave të spermidinës.Lidhja e tij me ribozomin stabilizohet nga mutacionet specifike të mikrosporidisë në proteinat uL15 (Asp51 dhe Arg56), të cilat duket se rrisin afinitetin e ribozomit për këtë molekulë të vogël, pasi lejojnë uL15 të mbështjellë molekulën e vogël në një strukturë ribozomale.Figura plotësuese 2).8, të dhëna shtesë 1, 2).
Imazhe Cryo-EM që tregon praninë e nukleotideve jashtë ribozës të lidhur me ribozomin E. cuniculi.Në ribozomin E. cuniculi, ky nukleotid zë të njëjtin vend si nukleotidi 25S rRNA A3186 (numërimi Saccharomyces cerevisiae) në shumicën e ribozomeve të tjerë eukariote.b Në strukturën ribozomale të E. cuniculi, ky nukleotid ndodhet midis proteinave ribozomale uL9 dhe eL20, duke stabilizuar kështu kontaktin midis dy proteinave.Analiza e ruajtjes së sekuencës cd eL20 midis specieve të mikrosporideve.Pema filogjenetike e specieve Microsporidia (c) dhe rreshtimi i shumëfishtë i sekuencës së proteinës eL20 (d) tregojnë se mbetjet e lidhjes së nukleotideve F170 dhe K172 janë të ruajtura në shumicën e Microsporidiave tipike, me përjashtim të S. lophii, me përjashtim të Microsporidia-ve të degëzuara të hershme.e Kjo figurë tregon se mbetjet e lidhjes së nukleotideve F170 dhe K172 janë të pranishme vetëm në eL20 të gjenomit të mikrosporidisë shumë të reduktuar, por jo në eukariotët e tjerë.Në përgjithësi, këto të dhëna sugjerojnë se ribozomet Microsporidian kanë zhvilluar një vend lidhjeje nukleotide që duket se lidh molekulat AMP dhe i përdor ato për të stabilizuar ndërveprimet protein-proteinë në strukturën ribozomale.Ruajtja e lartë e kësaj zone lidhëse në Microsporidia dhe mungesa e saj në eukariote të tjerë sugjeron që kjo zonë mund të sigurojë një avantazh selektiv mbijetese për Microsporidia.Kështu, xhepi i lidhjes së nukleotideve në ribozomin e mikrosporidisë nuk duket të jetë një tipar i degjeneruar ose formë përfundimtare e degradimit të rARN-së siç përshkruhet më parë, por më tepër një risi e dobishme evolucionare që lejon ribozomin e mikrosporidisë të lidh drejtpërdrejt molekulat e vogla, duke i përdorur ato si blloqe ndërtuese molekulare.blloqe ndërtimi për ribozomet.Ky zbulim e bën ribozomin e mikrosporidisë të vetmin ribozom të njohur që përdor një nukleotid të vetëm si bllokun e tij strukturor të ndërtimit.f Rrugë hipotetike evolucionare që rrjedh nga lidhja e nukleotideve.
Dendësia e dytë me peshë molekulare të ulët ndodhet në ndërfaqen ndërmjet proteinave ribozomale uL9 dhe eL30 (Fig. 5a).Kjo ndërfaqe u përshkrua më parë në strukturën e ribozomit Saccharomyces cerevisiae si një vend lidhës për nukleotidin 25S të rRNA A3186 (pjesë e shtrirjes së rRNA ES39L)38.U tregua se në ribozomet e degjeneruara të P. locustae ES39L, kjo ndërfaqe lidh një nukleotid të vetëm të panjohur 31, dhe supozohet se ky nukleotid është një formë përfundimtare e reduktuar e rRNA, në të cilën gjatësia e rARN është ~130-230 baza.ES39L reduktohet në një nukleotid të vetëm 32.43.Imazhet tona krio-EM mbështesin idenë se dendësia mund të shpjegohet nga nukleotidet.Megjithatë, rezolucioni më i lartë i strukturës sonë tregoi se ky nukleotid është një molekulë ekstraribozomale, ndoshta AMP (Fig. 5a, b).
Më pas pyetëm nëse vendi i lidhjes së nukleotideve u shfaq në ribozomin E. cuniculi apo nëse ekzistonte më parë.Meqenëse lidhja e nukleotideve ndërmjetësohet kryesisht nga mbetjet Phe170 dhe Lys172 në proteinën ribozomale eL30, ne vlerësuam ruajtjen e këtyre mbetjeve në 4396 eukariote përfaqësuese.Ashtu si në rastin e uL15 më sipër, ne zbuluam se mbetjet Phe170 dhe Lys172 janë shumë të ruajtura vetëm në Microsporidia tipike, por mungojnë në eukariotët e tjerë, duke përfshirë Microsporidia atipike Mitosporidium dhe Amphiamblys, në të cilat ES39L rRNA fragment nuk është reduktuar (4, 454, Fig. 44,6).-e).
Të marra së bashku, këto të dhëna mbështesin idenë se E. cuniculi dhe ndoshta mikrosporidia të tjera kanonike kanë evoluar aftësinë për të kapur në mënyrë efikase një numër të madh metabolitësh të vegjël në strukturën e ribozomit për të kompensuar rënien e niveleve të rRNA dhe proteinave.Duke vepruar kështu, ata kanë zhvilluar një aftësi unike për të lidhur nukleotidet jashtë ribozomit, duke treguar se strukturat molekulare parazitare kompensojnë duke kapur metabolitë të vegjël të bollshëm dhe duke i përdorur ato si imitues strukturorë të ARN-së dhe fragmenteve të proteinave të degraduara..
Pjesa e tretë e pasimuluar e hartës sonë krio-EM, e gjetur në njësinë e madhe ribozomale.Rezolucioni relativisht i lartë (2,6 Å) i hartës sonë sugjeron që kjo densitet i përket proteinave me kombinime unike të mbetjeve të mëdha të zinxhirit anësor, gjë që na lejoi ta identifikonim këtë densitet si një proteinë ribozomale të panjohur më parë, të cilën e identifikuam si msL2 (proteina specifike e mikrosporidisë L2) (metodat, figura 6).Kërkimi ynë i homologjisë tregoi se msL2 është ruajtur në kladin Microsporidia të gjinisë Encephaliter dhe Orosporidium, por mungon në specie të tjera, duke përfshirë Microsporidia të tjera.Në strukturën ribozomale, msL2 zë një hendek të formuar nga humbja e rARN-së së zgjeruar ES31L.Në këtë zbrazëti, msL2 ndihmon në stabilizimin e palosjes së rRNA dhe mund të kompensojë humbjen e ES31L (Figura 6).
një densitet elektronik dhe modeli i proteinës ribozomale specifike për Microsporidia msL2 që gjendet në ribozomet E. cuniculi.b Shumica e ribozomeve eukariote, duke përfshirë ribozomin 80S të Saccharomyces cerevisiae, kanë përforcim të rRNA ES19L të humbur në shumicën e specieve Microsporidian.Struktura e krijuar më parë e ribozomit të V. necatrix microsporidia sugjeron që humbja e ES19L në këta parazitë kompensohet nga evolucioni i proteinës së re ribozomale msL1.Në këtë studim, ne zbuluam se ribozomi E. cuniculi gjithashtu zhvilloi një proteinë shtesë imituese të ARN-së ribozomale si një kompensim i dukshëm për humbjen e ES19L.Megjithatë, msL2 (aktualisht e shënuar si proteina hipotetike ECU06_1135) dhe msL1 kanë origjinë të ndryshme strukturore dhe evolucionare.c Ky zbulim i gjenerimit të proteinave ribozomale msL1 dhe msL2 të palidhura nga evolucioni, sugjeron që nëse ribozomet grumbullojnë mutacione të dëmshme në rARN-në e tyre, ata mund të arrijnë nivele të paprecedentë të diversitetit të përbërjes qoftë edhe në një nëngrup të vogël speciesh të lidhura ngushtë.Ky zbulim mund të ndihmojë në sqarimin e origjinës dhe evolucionit të ribozomit mitokondrial, i cili njihet për rARN-në e tij shumë të reduktuar dhe ndryshueshmërinë jonormale në përbërjen e proteinave në të gjithë speciet.
Më pas krahasuam proteinën msL2 me proteinën msL1 të përshkruar më parë, e vetmja proteinë ribozomale specifike e mikrosporidisë e gjetur në ribozomin V. necatrix.Ne donim të testonim nëse msL1 dhe msL2 janë të lidhura evolucionarisht.Analiza jonë tregoi se msL1 dhe msL2 zënë të njëjtën zgavër në strukturën ribozomale, por kanë struktura të ndryshme parësore dhe terciare, gjë që tregon origjinën e tyre të pavarur evolucionare (Fig. 6).Kështu, zbulimi ynë i msL2 ofron dëshmi se grupet e specieve kompakte eukariote mund të evoluojnë në mënyrë të pavarur proteina ribozomale të dallueshme strukturore për të kompensuar humbjen e fragmenteve të rRNA.Ky zbulim është i dukshëm në atë që shumica e ribozomeve eukariotike citoplazmike përmbajnë një proteinë të pandryshueshme, duke përfshirë të njëjtën familje prej 81 proteinash ribozomale.Shfaqja e msL1 dhe msL2 në klade të ndryshme të mikrosporideve në përgjigje të humbjes së segmenteve të zgjeruara të rARN-së sugjeron që degradimi i arkitekturës molekulare të parazitit bën që parazitët të kërkojnë mutacione kompensuese, të cilat përfundimisht mund të çojnë në marrjen e tyre në popullata të ndryshme parazitësh.strukturat.
Më në fund, kur modeli ynë përfundoi, ne krahasuam përbërjen e ribozomit E. cuniculi me atë të parashikuar nga sekuenca e gjenomit.Disa proteina ribozomale, duke përfshirë eL14, eL38, eL41 dhe eS30, më parë mendohej se mungonin në gjenomin E. cuniculi për shkak të mungesës së dukshme të homologëve të tyre nga gjenomi E. cuniculi.Humbja e shumë proteinave ribozomale parashikohet gjithashtu në shumicën e parazitëve dhe endosimbioneve të tjera ndërqelizore shumë të reduktuara.Për shembull, megjithëse shumica e baktereve me jetë të lirë përmbajnë të njëjtën familje prej 54 proteinash ribozomale, vetëm 11 nga këto familje proteinash kanë homologë të dallueshëm në çdo gjenom të analizuar të baktereve të kufizuara nga bujtësi.Në mbështetje të këtij nocioni, një humbje e proteinave ribozomale është vërejtur eksperimentalisht në V. necatrix dhe P. locustae microsporidia, të cilave u mungojnë proteinat eL38 dhe eL4131,32.
Megjithatë, strukturat tona tregojnë se vetëm eL38, eL41 dhe eS30 në të vërtetë humbasin në ribozomin E. cuniculi.Proteina eL14 u konservua dhe struktura jonë tregoi pse kjo proteinë nuk mund të gjendej në kërkimin e homologjisë (Fig. 7).Në ribozomet E. cuniculi, pjesa më e madhe e zonës lidhëse eL14 humbet për shkak të degradimit të ES39L të përforcuar me rRNA.Në mungesë të ES39L, eL14 humbi pjesën më të madhe të strukturës së tij dytësore dhe vetëm 18% e sekuencës eL14 ishte identike në E. cuniculi dhe S. cerevisiae.Kjo ruajtje e dobët e sekuencës është e jashtëzakonshme sepse edhe Saccharomyces cerevisiae dhe Homo sapiens - organizma që evoluan 1.5 miliardë vjet larg - ndajnë më shumë se 51% të të njëjtave mbetje në eL14.Kjo humbje anormale e ruajtjes shpjegon pse E. cuniculi eL14 aktualisht është shënuar si proteina e supozuar M970_061160 dhe jo si proteina ribozomale eL1427.
dhe Ribozomi Microsporidia humbi shtrirjen ES39L rRNA, e cila eliminoi pjesërisht vendin e lidhjes së proteinës ribozomale eL14.Në mungesë të ES39L, proteina mikrospore eL14 pëson një humbje të strukturës dytësore, në të cilën ish-a-spiralja lidhëse me rRNA degjeneron në një lak me gjatësi minimale.b Rreshtimi i sekuencave të shumëfishta tregon se proteina eL14 është shumë e ruajtur në speciet eukariote (57% e sekuencës së identitetit midis homologëve të majasë dhe njerëzve), por e konservuar dobët dhe divergjente në mikrosporidi (në të cilat jo më shumë se 24% e mbetjeve janë identike me homologun eL14).nga S. cerevisiae ose H. sapiens).Ky ruajtje e dobët e sekuencës dhe ndryshueshmëria e strukturës dytësore shpjegon pse homologu eL14 nuk është gjetur kurrë në E. cuniculi dhe pse kjo proteinë mendohet se ka humbur në E. cuniculi.Në të kundërt, E. cuniculi eL14 u shënua më parë si një proteinë e supozuar M970_061160.Ky vëzhgim sugjeron që diversiteti i gjenomit të mikrosporidisë është aktualisht i mbivlerësuar: disa gjene që aktualisht mendohet se janë të humbura në mikrosporidia, në fakt janë ruajtur, megjithëse në forma shumë të diferencuara;Në vend të kësaj, disa mendohet se kodojnë për gjenet e mikrosporidisë për proteinat specifike të krimbave (p.sh., proteina hipotetike M970_061160) në fakt kodon për proteinat shumë të ndryshme që gjenden në eukariotët e tjerë.
Ky zbulim sugjeron se denatyrimi i rRNA mund të çojë në një humbje dramatike të ruajtjes së sekuencës në proteinat ribozomale ngjitur, duke i bërë këto proteina të pazbulueshme për kërkime homologjike.Kështu, ne mund të mbivlerësojmë shkallën aktuale të degradimit molekular në organizmat e vegjël të gjenomit, pasi disa proteina që mendohet se janë të humbura në të vërtetë vazhdojnë, megjithëse në forma shumë të ndryshuara.
Si mund të ruajnë parazitët funksionin e makinave të tyre molekulare në kushtet e reduktimit ekstrem të gjenomit?Studimi ynë i përgjigjet kësaj pyetjeje duke përshkruar strukturën komplekse molekulare (ribozom) të E. cuniculi, një organizëm me një nga gjenomet më të vogla eukariote.
Dihet prej gati dy dekadash që molekulat e proteinave dhe ARN-së në parazitët mikrobikë shpesh ndryshojnë nga molekulat e tyre homologe në speciet e lira, sepse atyre u mungojnë qendrat e kontrollit të cilësisë, reduktohen në 50% të madhësisë së tyre në mikrobet me jetë të lirë, etj.shumë mutacione dobësuese që dëmtojnë palosjen dhe funksionin.Për shembull, ribozomet e organizmave të vegjël të gjenomit, duke përfshirë shumë parazitë ndërqelizorë dhe endosimbiontë, pritet të kenë mungesë të disa proteinave ribozomale dhe deri në një të tretën e nukleotideve të rARN-së në krahasim me speciet me jetë të lirë 27, 29, 30, 49. Megjithatë, mënyra se si këto molekula të studiuara në një parazitë të përafërt, mbetet kryesisht në masë të madhe nëpërmjet një paraziti.
Studimi ynë tregon se struktura e makromolekulave mund të zbulojë shumë aspekte të evolucionit që janë të vështira për t'u nxjerrë nga studimet tradicionale gjenomike krahasuese të parazitëve ndërqelizor dhe organizmave të tjerë të kufizuar nga bujtësi (Fig. 7 plotësuese).Për shembull, shembulli i proteinës eL14 tregon se ne mund të mbivlerësojmë shkallën aktuale të degradimit të aparatit molekular në speciet parazitare.Tani besohet se parazitët encefalitë kanë qindra gjene specifike për mikrosporidi.Sidoqoftë, rezultatet tona tregojnë se disa nga këto gjene në dukje specifike janë në fakt variante shumë të ndryshme të gjeneve që janë të zakonshme në eukariotët e tjerë.Për më tepër, shembulli i proteinës msL2 tregon se si ne anashkalojmë proteinat e reja ribozomale dhe nënvlerësojmë përmbajtjen e makinave molekulare parazitare.Shembulli i molekulave të vogla tregon se si mund të anashkalojmë risitë më të zgjuara në strukturat molekulare parazitare që mund t'u japin atyre aktivitet të ri biologjik.
Të marra së bashku, këto rezultate përmirësojnë të kuptuarit tonë për ndryshimet midis strukturave molekulare të organizmave të kufizuar nga pritësi dhe homologëve të tyre në organizmat me jetë të lirë.Ne tregojmë se makinat molekulare, që prej kohësh mendohet të jenë të reduktuara, të degjeneruara dhe të nënshtruara ndaj mutacioneve të ndryshme dobësuese, në vend të kësaj kanë një grup karakteristikash strukturore të pazakonta të anashkaluara sistematikisht.
Nga ana tjetër, fragmentet jo të mëdha të rRNA dhe fragmentet e shkrira që gjetëm në ribozomet e E. cuniculi sugjerojnë se reduktimi i gjenomit mund të ndryshojë edhe ato pjesë të makinerisë molekulare bazë që ruhen në tre domenet e jetës - pas pothuajse 3.5 miliardë vjetësh.evolucioni i pavarur i specieve.
Fragmentet e rARN-së pa fryrje dhe të shkrira në ribozomet E. cuniculi janë me interes të veçantë në dritën e studimeve të mëparshme të molekulave të ARN-së në bakteret endosimbiotike.Për shembull, në endosimbiontin e afideve Buchnera aphidicola, molekulat rRNA dhe tARN janë treguar të kenë struktura të ndjeshme ndaj temperaturës për shkak të paragjykimit të përbërjes A+T dhe një përqindje të lartë të çifteve të bazave jo-kanonike20,50.Këto ndryshime në ARN, si dhe ndryshimet në molekulat e proteinave, tani mendohet se janë përgjegjëse për mbivarësinë e endosimbionteve nga partnerët dhe paaftësinë e endosimbionteve për të transferuar nxehtësinë 21, 23 .Megjithëse rRNA parazitare e mikrosporidisë ka ndryshime strukturore të dallueshme, natyra e këtyre ndryshimeve sugjeron që reduktimi i qëndrueshmërisë termike dhe varësia më e lartë nga proteinat kaperone mund të jenë tipare të zakonshme të molekulave të ARN-së në organizmat me gjenom të reduktuar.
Nga ana tjetër, strukturat tona tregojnë se mikrosporidi i parazitëve ka evoluar një aftësi unike për t'i rezistuar fragmenteve të rRNA dhe proteinave të konservuara gjerësisht, duke zhvilluar aftësinë për të përdorur metabolitë të vegjël të bollshëm dhe lehtësisht të disponueshëm si imitues strukturorë të rRNA dhe fragmenteve proteinike të degjeneruara.Degradimi i strukturës molekulare..Ky mendim mbështetet nga fakti se molekulat e vogla që kompensojnë humbjen e fragmenteve proteinike në rARN dhe ribozomet e E. cuniculi lidhen me mbetjet specifike të mikrosporidisë në proteinat uL15 dhe eL30.Kjo sugjeron që lidhja e molekulave të vogla me ribozomet mund të jetë një produkt i seleksionimit pozitiv, në të cilin mutacionet specifike të Microsporidia në proteinat ribozomale janë përzgjedhur për aftësinë e tyre për të rritur afinitetin e ribozomeve për molekulat e vogla, gjë që mund të çojë në organizma ribozomalë më efikasë.Zbulimi zbulon një risi të zgjuar në strukturën molekulare të parazitëve mikrobikë dhe na jep një kuptim më të mirë se si strukturat molekulare të parazitëve ruajnë funksionin e tyre pavarësisht nga evolucioni reduktues.
Aktualisht, identifikimi i këtyre molekulave të vogla mbetet i paqartë.Nuk është e qartë pse shfaqja e këtyre molekulave të vogla në strukturën ribozomale ndryshon midis specieve mikrosporidia.Në veçanti, nuk është e qartë pse lidhja e nukleotideve vërehet në ribozomet e E. cuniculi dhe P. locustae, dhe jo në ribozomet e V. necatrix, pavarësisht nga prania e mbetjes F170 në proteinat eL20 dhe K172 të V. necatrix.Ky fshirje mund të shkaktohet nga mbetja 43 uL6 (e vendosur ngjitur me xhepin e lidhjes së nukleotideve), e cila është tirozina në V. necatrix dhe jo threonina në E. cuniculi dhe P. locustae.Zinxhiri anësor aromatik i rëndë i Tyr43 mund të ndërhyjë në lidhjen e nukleotideve për shkak të mbivendosjes sterike.Përndryshe, fshirja e dukshme e nukleotideve mund të jetë për shkak të rezolucionit të ulët të imazhit krio-EM, i cili pengon modelimin e fragmenteve ribozomale të V. necatrix.
Nga ana tjetër, puna jonë sugjeron se procesi i zbërthimit të gjenomit mund të jetë një forcë shpikëse.Në veçanti, struktura e ribozomit E. cuniculi sugjeron që humbja e rRNA dhe fragmenteve të proteinave në ribozomin e mikrosporidisë krijon presion evolucionar që nxit ndryshime në strukturën e ribozomit.Këto variante ndodhin larg vendit aktiv të ribozomit dhe duket se ndihmojnë në ruajtjen (ose rivendosjen) e montimit optimal të ribozomit që përndryshe do të prishej nga rRNA e reduktuar.Kjo sugjeron që një risi e madhe e ribozomit të mikrosporidisë duket se ka evoluar në një nevojë për të zbutur zhvendosjen e gjeneve.
Ndoshta kjo është ilustruar më së miri nga lidhja e nukleotideve, e cila nuk është vërejtur kurrë në organizma të tjerë deri më tani.Fakti që mbetjet e lidhjes së nukleotideve janë të pranishme në mikrosporidi tipike, por jo në eukariotët e tjerë, sugjeron që vendet e lidhjes së nukleotideve nuk janë thjesht relike që presin të zhduken, ose vendi përfundimtar që rRNA të rikthehet në formën e nukleotideve individuale.Në vend të kësaj, kjo faqe duket si një veçori e dobishme që mund të ketë evoluar gjatë disa raundeve të përzgjedhjes pozitive.Vendet e lidhjes së nukleotideve mund të jenë një nënprodukt i seleksionimit natyror: pasi ES39L të degradohet, mikrosporidia detyrohet të kërkojë kompensim për të rivendosur biogjenezën optimale të ribozomeve në mungesë të ES39L.Meqenëse ky nukleotid mund të imitojë kontaktet molekulare të nukleotidit A3186 në ES39L, molekula nukleotide bëhet një bllok ndërtimi i ribozomit, lidhja e të cilit përmirësohet më tej nga mutacioni i sekuencës eL30.
Në lidhje me evolucionin molekular të parazitëve ndërqelizor, studimi ynë tregon se forcat e përzgjedhjes natyrore darviniane dhe zhvendosja gjenetike e zbërthimit të gjenomit nuk funksionojnë paralelisht, por luhaten.Së pari, zhvendosja gjenetike eliminon tipare të rëndësishme të biomolekulave, duke e bërë kompensimin jashtëzakonisht të nevojshëm.Vetëm kur parazitët e plotësojnë këtë nevojë përmes seleksionimit natyror darvinian, makromolekulat e tyre do të kenë një shans për të zhvilluar tiparet e tyre më mbresëlënëse dhe inovative.E rëndësishmja, evolucioni i vendeve të lidhjes së nukleotideve në ribozomin E. cuniculi sugjeron që ky model humbje-për-fitim i evolucionit molekular jo vetëm që amortizon mutacionet e dëmshme, por ndonjëherë u jep funksione krejtësisht të reja makromolekulave parazitare.
Kjo ide është në përputhje me teorinë e ekuilibrit lëvizës të Sewell Wright, e cila thotë se një sistem i rreptë i seleksionimit natyror kufizon aftësinë e organizmave për të inovuar51,52,53.Megjithatë, nëse zhvendosja gjenetike prish seleksionimin natyror, këto lëvizje mund të prodhojnë ndryshime që në vetvete nuk janë adaptive (apo edhe të dëmshme), por çojnë në ndryshime të mëtejshme që ofrojnë përshtatshmëri më të lartë ose aktivitet të ri biologjik.Kuadri ynë e mbështet këtë ide duke ilustruar se i njëjti lloj mutacioni që redukton palosjen dhe funksionin e një biomolekule duket të jetë shkaktari kryesor për përmirësimin e saj.Në përputhje me modelin evolucionar të favorshëm, studimi ynë tregon se prishja e gjenomit, e parë tradicionalisht si një proces degjenerues, është gjithashtu një shtytës kryesor i inovacionit, ndonjëherë dhe ndoshta edhe shpesh duke i lejuar makromolekulat të fitojnë aktivitete të reja parazitare.mund t'i përdorin ato.