Asante kwa kutembelea Nature.com.Toleo la kivinjari unachotumia lina uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Mageuzi ya vimelea vya microbial inahusisha kupingana kati ya uteuzi wa asili, ambayo husababisha vimelea kuboresha, na kuruka kwa maumbile, ambayo husababisha vimelea kupoteza jeni na kukusanya mabadiliko mabaya.Hapa, ili kuelewa jinsi kupingana huku kunatokea kwa kiwango cha macromolecule moja, tunaelezea muundo wa cryo-EM wa ribosome ya Encephalitozoon cuniculi, kiumbe cha eukaryotic na moja ya genomes ndogo zaidi katika asili.Kupungua kwa kiwango kikubwa cha rRNA katika E. cuniculi ribosomu huambatana na mabadiliko ya miundo ambayo hayajawahi kushuhudiwa, kama vile mageuzi ya viunganishi vilivyounganishwa vya rRNA vilivyounganishwa hapo awali na rRNA bila bulges.Kwa kuongezea, E. cuniculi ribosomu ilinusurika kupotea kwa vipande vya rRNA na protini kwa kukuza uwezo wa kutumia molekuli ndogo kama mwigo wa miundo ya vipande na protini za rRNA zilizoharibika.Kwa jumla, tunaonyesha kwamba miundo ya molekuli iliyofikiriwa kupunguzwa kwa muda mrefu, kuharibika, na kuathiriwa na mabadiliko yanayodhoofisha ina njia kadhaa za kufidia ambazo huzifanya kuwa amilifu licha ya mikazo mikali ya molekuli.
Kwa sababu vikundi vingi vya vimelea vya vijidudu vina zana za kipekee za molekuli kunyonya mwenyeji wao, mara nyingi inatubidi tutengeneze matibabu tofauti kwa vikundi tofauti vya vimelea1,2.Hata hivyo, ushahidi mpya unapendekeza kwamba baadhi ya vipengele vya mageuzi ya vimelea vinaungana na vinaweza kutabirika kwa kiasi kikubwa, ikionyesha uwezekano wa msingi wa uingiliaji kati wa matibabu katika vimelea vya microbial3,4,5,6,7,8,9.
Kazi iliyotangulia imebainisha mwelekeo wa mageuzi wa kawaida katika vimelea vidogo vidogo vinavyoitwa kupunguza jenomu au kuoza kwa jenomu10,11,12,13.Utafiti wa sasa unaonyesha kwamba vijidudu vinapoacha mtindo wao wa kuishi bila malipo na kuwa vimelea vya ndani ya seli (au endosymbionts), jenomu zao hupitia metamorphoses polepole lakini ya kushangaza zaidi ya mamilioni ya miaka9,11.Katika mchakato unaojulikana kama kuoza kwa jenomu, vimelea vya vijidudu hukusanya mabadiliko mabaya ambayo hugeuza jeni nyingi muhimu hapo awali kuwa pseudojene, na kusababisha upotevu wa jeni taratibu na kuporomoka kwa mabadiliko14,15.Kuporomoka huku kunaweza kuharibu hadi 95% ya jeni katika viumbe vikongwe zaidi vya ndani ya seli ikilinganishwa na spishi zinazoishi huru zinazohusiana kwa karibu.Kwa hivyo, mageuzi ya vimelea vya intracellular ni kuvuta-vita kati ya nguvu mbili zinazopingana: uteuzi wa asili wa Darwin, unaosababisha uboreshaji wa vimelea, na kuanguka kwa genome, kutupa vimelea kwenye usahaulifu.Jinsi vimelea viliweza kuibuka kutoka kwa kuvuta kamba hii na kuhifadhi shughuli za muundo wake wa molekuli bado haijulikani wazi.
Ingawa utaratibu wa kuoza kwa jenomu haueleweki kikamilifu, inaonekana kutokea hasa kutokana na kuyumba mara kwa mara kwa kijeni.Kwa sababu vimelea huishi katika idadi ndogo, isiyo na jinsia, na yenye mipaka ya kinasaba, haviwezi kuondoa ipasavyo mabadiliko mabaya ambayo wakati mwingine hutokea wakati wa urudufishaji wa DNA.Hii inasababisha mkusanyiko usioweza kutenduliwa wa mabadiliko hatari na kupunguzwa kwa jenomu ya vimelea.Matokeo yake, vimelea sio tu kupoteza jeni ambazo hazihitaji tena kwa maisha yake katika mazingira ya intracellular.Ni kutokuwa na uwezo wa idadi ya vimelea kuondoa kwa ufanisi mabadiliko mabaya ya mara kwa mara ambayo husababisha mabadiliko haya kukusanya katika genome, ikiwa ni pamoja na jeni zao muhimu zaidi.
Mengi ya uelewa wetu wa sasa wa upunguzaji wa jenomu unategemea tu ulinganifu wa mfuatano wa jenomu, huku kukiwa na umakini mdogo kwa mabadiliko katika molekuli halisi ambazo hufanya kazi za utunzaji wa nyumbani na kutumika kama shabaha zinazowezekana za dawa.Uchunguzi linganishi umeonyesha kuwa mzigo wa mabadiliko mabaya ya vijiumbe ndani ya seli inaonekana kutayarisha protini na asidi ya nukleiki kuharibika na kujumlishwa, na kuzifanya kuwa tegemezi zaidi na nyeti kwa joto19,20,21,22,23 zaidi.Kwa kuongezea, vimelea mbalimbali—mageuzi huru wakati mwingine yakitenganishwa kwa miaka bilioni 2.5—walipata hasara sawa ya vituo vya kudhibiti ubora katika usanisi wao wa protini5,6 na taratibu za kutengeneza DNA24.Hata hivyo, kidogo inajulikana kuhusu athari za mtindo wa maisha wa ndani ya seli kwa sifa nyingine zote za macromolecules za seli, ikiwa ni pamoja na kukabiliana na molekuli kwa mzigo unaoongezeka wa mabadiliko mabaya.
Katika kazi hii, ili kuelewa vyema mageuzi ya protini na asidi ya nucleic ya microorganisms intracellular, tuliamua muundo wa ribosomes ya vimelea vya intracellular Encephalitozoon cuniculi.E. cuniculi ni kiumbe kinachofanana na fangasi kilicho katika kundi la vimelea vya microsporidia ambavyo vina jenomu ndogo za yukariyoti isivyo kawaida na kwa hivyo hutumiwa kama viumbe vya mfano kuchunguza uozo wa jenomu25,26,27,28,29,30.Hivi majuzi, muundo wa cryo-EM ribosomu ulibainishwa kwa jenomu zilizopunguzwa kwa wastani za Microsporidia, Paranosema locustae, na Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb genome).Miundo hii inapendekeza kwamba upotezaji fulani wa ukuzaji wa rRNA hulipwa na ukuzaji wa mawasiliano mapya kati ya protini za ribosomal za jirani au kupatikana kwa protini mpya za msL131,32 za ribosomal.Spishi Encephalitozoon (jenomu ~ bp milioni 2.5), pamoja na jamaa yao wa karibu zaidi Ordospora, wanaonyesha kiwango cha mwisho cha upunguzaji wa jenomu katika yukariyoti - wana chini ya jeni 2000 za usimbaji wa protini, na inatarajiwa kwamba ribosomes zao hazina tu vipande vya upanuzi vya rRNA (ribosome) ambazo pia zina sehemu nne za ribosomu (rRNA) ambazo pia zinatofautisha bakteria ya rRNA protini za ribosomal kutokana na ukosefu wao wa homologues katika E. cuniculi genome26,27,28.Kwa hivyo, tulihitimisha kuwa E. cuniculi ribosomu inaweza kufichua mikakati isiyojulikana hapo awali ya kukabiliana na molekuli kwa kuoza kwa jenomu.
Muundo wetu wa cryo-EM unawakilisha ribosomu ndogo zaidi ya yukariyoti ya saitoplazimu kuwa na sifa na hutoa maarifa kuhusu jinsi kiwango cha mwisho cha upunguzaji wa jenomu huathiri muundo, mkusanyiko, na mageuzi ya mitambo ya molekuli ambayo ni muhimu kwa seli.Tuligundua kwamba E. cuniculi ribosomu inakiuka kanuni nyingi zilizohifadhiwa za kukunja RNA na mkusanyiko wa ribosomu, na tukagundua protini mpya ya ribosomali, isiyojulikana hapo awali.Bila kutarajia, tunaonyesha kwamba ribosomu za microsporidia zimetoa uwezo wa kuunganisha molekuli ndogo, na tunakisia kwamba upunguzaji wa rRNA na protini huanzisha uvumbuzi wa mageuzi ambao hatimaye unaweza kutoa sifa muhimu kwenye ribosomu.
Ili kuboresha uelewa wetu wa mageuzi ya protini na asidi nucleic katika viumbe vya ndani ya seli, tuliamua kutenga E. cuniculi spores kutoka kwa tamaduni za seli za mamalia zilizoambukizwa ili kutakasa ribosomu zao na kuamua muundo wa ribosomes hizi.Ni vigumu kupata idadi kubwa ya microsporidia ya vimelea kwa sababu microsporidia haiwezi kupandwa katika kati ya virutubisho.Badala yake, hukua na kuzaliana tu ndani ya seli mwenyeji.Kwa hivyo, ili kupata E. cuniculi biomass kwa ajili ya utakaso wa ribosomu, tuliambukiza seli ya figo ya mamalia RK13 na spora za E. cuniculi na kuzikuza seli hizi zilizoambukizwa kwa wiki kadhaa ili kuruhusu E. cuniculi kukua na kuongezeka.Kwa kutumia monolayer ya seli iliyoambukizwa ya karibu nusu mita ya mraba, tuliweza kusafisha kuhusu 300 mg ya spora za Microsporidia na kuzitumia kutenga ribosomes.Kisha tulivuruga spora zilizosafishwa na shanga za glasi na tukatenga ribosomu ghafi kwa kutumia sehemu ya hatua kwa hatua ya polyethilini ya glikoli ya lysates.Hii ilituruhusu kupata takriban 300 µg za ribosomu ghafi za E. cuniculi kwa uchanganuzi wa muundo.
Kisha tulikusanya picha za cryo-EM kwa kutumia sampuli za ribosomu na kuchakata picha hizi kwa kutumia vinyago vinavyolingana na kitengo kikubwa cha ribosomal, kichwa cha kitengo kidogo, na kitengo kidogo.Wakati wa mchakato huu, tulikusanya picha za takriban chembe 108,000 za ribosomal na kukokotoa picha za cryo-EM zenye mwonekano wa 2.7 Å (Takwimu za Ziada 1-3).Kisha tulitumia picha za cryoEM kuiga rRNA, protini ya ribosomal, na kipengele cha hibernation Mdf1 kinachohusishwa na E. cuniculi ribosomu (Mchoro 1a, b).
Muundo wa E. cuniculi ribosomu katika changamano na kipengele cha hibernation Mdf1 (pdb id 7QEP).b Ramani ya kipengele cha hibernation Mdf1 inayohusishwa na E. cuniculi ribosomu.c Ramani ya pili ya muundo ikilinganisha rRNA iliyopatikana katika spishi za Microsporidian na miundo ya ribosomal inayojulikana.Paneli zinaonyesha eneo la vipande vya rRNA vilivyoimarishwa (ES) na tovuti amilifu za ribosomu, ikijumuisha tovuti ya kusimbua (DC), kitanzi cha sarcinicin (SRL), na kituo cha uhamishaji cha peptidyl (PTC).d Msongamano wa elektroni unaolingana na kituo cha peptidyl transferase cha E. cuniculi ribosomu unapendekeza kwamba tovuti hii ya kichocheo ina muundo sawa katika vimelea vya E. cuniculi na vipawa vyake, ikiwa ni pamoja na H. sapiens.e, f Msongamano wa elektroni unaolingana wa kituo cha kusimbua (e) na muundo wa mpangilio wa kituo cha kusimbua (f) unaonyesha kuwa E. cuniculi ina mabaki ya U1491 badala ya A1491 (nambari za E. koli) katika yukariyoti nyingine nyingi.Mabadiliko haya yanapendekeza kuwa E. cuniculi inaweza kuwa nyeti kwa viuavijasumu vinavyolenga tovuti hii inayotumika.
Tofauti na miundo iliyoanzishwa hapo awali ya V. necatrix na P. locustae ribosomes (miundo yote miwili inawakilisha familia ya microsporidia Nosematidae na ni sawa sana kwa kila mmoja), ribosomu 31,32 E. cuniculi hupitia michakato mingi ya rRNA na mgawanyiko wa protini.Denaturation zaidi (Takwimu za ziada 4-6).Katika rRNA, mabadiliko ya kushangaza zaidi yalijumuisha upotezaji kamili wa kipande cha 25S rRNA ES12L na kuzorota kwa sehemu ya h39, h41, na heli H18 (Mchoro 1c, Kielelezo cha 4 cha Nyongeza).Miongoni mwa protini za ribosomal, mabadiliko ya kushangaza zaidi yalijumuisha upotezaji kamili wa protini ya eS30 na ufupishaji wa eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, na protini za eS7 (Takwimu za Nyongeza 4, 5).
Kwa hivyo, upunguzaji uliokithiri wa jenomu za spishi za Encephalotozoon/Ordospora huonyeshwa katika muundo wao wa ribosomu: E. cuniculi ribosomu hupata upotevu mkubwa zaidi wa maudhui ya protini katika ribosomu za saitoplazimu ya yukariyoti zinazoathiriwa na sifa za kimuundo, na hazina hata hizo rRNA na vipande vya protini vilivyowekwa kwenye vikoa vitatu vya uhai, pia si sehemu tatu za uhai.Muundo wa E. cuniculi ribosomu hutoa modeli ya kwanza ya molekuli kwa mabadiliko haya na inaonyesha matukio ya mageuzi ambayo yamepuuzwa na genomics linganishi na tafiti za muundo wa biomolecular intracellular (Mchoro wa Nyongeza. 7).Hapo chini, tunaelezea kila moja ya matukio haya pamoja na uwezekano wa chimbuko la mageuzi na athari zake zinazowezekana kwenye utendaji wa ribosomu.
Kisha tukagundua kwamba, pamoja na vipunguzo vikubwa vya rRNA, E. cuniculi ribosomu zina tofauti za rRNA katika mojawapo ya tovuti zinazofanya kazi.Ijapokuwa kituo cha uhamisho wa peptidyl cha E. cuniculi ribosomu kina muundo sawa na ribosomu nyingine za yukariyoti (Mchoro 1d), kituo cha kusimbua kinatofautiana kutokana na tofauti ya mlolongo wa nyukleotidi 1491 ( E. coli namba, Mtini. 1e, f).Uchunguzi huu ni muhimu kwa sababu mahali pa kusimbua ribosomu za yukariyoti kwa kawaida huwa na mabaki G1408 na A1491 ikilinganishwa na mabaki ya aina ya bakteria A1408 na G1491.Tofauti hii ni msingi wa unyeti tofauti wa ribosomu za bakteria na yukariyoti kwa familia ya aminoglikosidi ya viuavijasumu vya ribosomali na molekuli nyingine ndogo zinazolenga tovuti ya kusimbua.Katika tovuti ya kusimbua ya E. cuniculi ribosomu, mabaki A1491 yalibadilishwa na U1491, uwezekano wa kuunda kiolesura cha kipekee cha kuunganisha kwa molekuli ndogo zinazolenga tovuti hii inayotumika.A14901 lahaja hiyo pia ni sasa katika microsporidia nyingine kama vile P. locustae na V. necatrix, kupendekeza kuwa ni kuenea miongoni mwa aina microsporidia (Mtini. 1f).
Kwa sababu sampuli zetu za E. cuniculi ribosomu zilitengwa kutoka kwa chembe zisizofanya kazi katika kimetaboliki, tulijaribu ramani ya cryo-EM ya E. cuniculi kwa ajili ya kumfunga ribosomu iliyoelezwa hapo awali chini ya hali ya mkazo au njaa.Sababu za hibernation 31,32,36,37, 38. Tulilinganisha muundo ulioanzishwa hapo awali wa ribosomu ya hibernating na ramani ya cryo-EM ya E. cuniculi ribosomu.Kwa upangaji, ribosomu za S. cerevisiae zilitumiwa katika hali changamano na kipengele cha hibernation Stm138, ribosomu za nzige katika changamano na kipengele cha Lso232, na ribosomu za V. necatrix katika changamano na vipengele vya Mdf1 na Mdf231.Wakati huo huo, tulipata wiani wa cryo-EM unaofanana na sababu ya kupumzika Mdf1.Sawa na Mdf1 inayofunga kwa V. necatrix ribosomu, Mdf1 pia hufungamana na E. cuniculi ribosomu, ambapo huzuia tovuti ya E ya ribosomu, ikiwezekana kusaidia kufanya ribosomu kupatikana wakati spora za vimelea zinapoacha kufanya kazi kwenye mwili (Mchoro 2).)
Mdf1 huzuia tovuti ya E ya ribosomu, ambayo inaonekana kusaidia kuzima ribosomu wakati spora za vimelea hazifanyi kazi katika kimetaboliki.Katika muundo wa E. cuniculi ribosomu, tuligundua kuwa Mdf1 huunda mguso usiojulikana hapo awali na shina la ribosomu L1, sehemu ya ribosomu ambayo huwezesha kutolewa kwa tRNA iliyozimika kutoka kwa ribosomu wakati wa usanisi wa protini.Anwani hizi zinapendekeza kuwa Mdf1 hujitenga na ribosomu kwa kutumia utaratibu sawa na tRNA iliyoharibika, ikitoa maelezo yanayowezekana ya jinsi ribosomu huondoa Mdf1 ili kuwezesha usanisi wa protini.
Hata hivyo, muundo wetu ulifichua mgusano usiojulikana kati ya Mdf1 na mguu wa ribosomu L1 (sehemu ya ribosomu ambayo husaidia kutoa tRNA iliyoharibika kutoka kwa ribosomu wakati wa usanisi wa protini).Hasa, Mdf1 hutumia waasiliani sawa na sehemu ya kiwiko cha molekuli ya tRNA iliyozimwa (Mchoro 2).Muundo huu wa molekuli ambao haukujulikana hapo awali ulionyesha kuwa Mdf1 hutengana na ribosomu kwa kutumia utaratibu sawa na tRNA ya deacetylated, ambayo inaelezea jinsi ribosomu huondoa kipengele hiki cha hibernation ili kuanzisha upya usanisi wa protini.
Wakati wa kuunda mfano wa rRNA, tuligundua kuwa E. cuniculi ribosomu ina vipande vya rRNA vilivyokunjwa kwa njia isiyo ya kawaida, ambayo tuliiita fused rRNA (Mchoro 3).Katika ribosomu zinazoenea katika nyanja tatu za maisha, rRNA hujikunja katika miundo ambayo besi nyingi za rRNA ama jozi ya msingi na kukunjwa kila mmoja au kuingiliana na protini za ribosomal38,39,40.Hata hivyo, katika E. cuniculi ribosomu, rRNAs inaonekana kukiuka kanuni hii ya kukunja kwa kubadilisha baadhi ya helikosi zao kuwa maeneo ya rRNA ambayo hayajafunuliwa.
Muundo wa H18 25S rRNA hesi katika S. cerevisiae, V. necatrix, na E. cuniculi.Kwa kawaida, katika ribosomu zinazozunguka vikoa vitatu vya maisha, kiunganishi hiki hujikunja hadi kwenye hesi ya RNA ambayo ina mabaki 24 hadi 34.Katika Microsporidia, kinyume chake, kiunganishi hiki cha rRNA kinapunguzwa hatua kwa hatua hadi viunganishi viwili vyenye uridine vyenye safu moja vyenye mabaki 12 tu.Wengi wa mabaki haya yanakabiliwa na vimumunyisho.Takwimu inaonyesha kwamba microsporidia ya vimelea inaonekana kukiuka kanuni za jumla za kukunja rRNA, ambapo besi za rRNA kawaida huunganishwa na besi nyingine au kushiriki katika mwingiliano wa rRNA-protini.Katika microsporidia, baadhi ya vipande vya rRNA huchukua mkunjo usiofaa, ambapo helix ya zamani ya rRNA inakuwa kipande cha kamba moja kilichopanuliwa karibu katika mstari wa moja kwa moja.Uwepo wa mikoa hii isiyo ya kawaida inaruhusu microsporidia rRNA kuunganisha vipande vya mbali vya rRNA kwa kutumia idadi ndogo ya besi za RNA.
Mfano wa kushangaza zaidi wa mpito huu wa mageuzi unaweza kuzingatiwa katika helix ya H18 25S rRNA (Mchoro 3).Katika aina kutoka kwa E. coli hadi kwa wanadamu, misingi ya helix hii ya rRNA ina nucleotides 24-32, na kutengeneza helix isiyo ya kawaida kidogo.Katika miundo ya ribosomal iliyotambuliwa hapo awali kutoka kwa V. necatrix na P. locustae,31,32 besi za helix H18 hazijaunganishwa kwa sehemu, lakini uunganishaji wa msingi wa nukleotidi huhifadhiwa.Hata hivyo, katika E. cuniculi kipande hiki cha rRNA kinakuwa viunganishi vifupi zaidi 228UUUGU232 na 301UUUUUUUU307.Tofauti na vipande vya kawaida vya rRNA, viunganishi hivi vilivyo na uridine havijiviringi au kuwasiliana sana na protini za ribosomal.Badala yake, hupitisha miundo ya kutengenezea-wazi na iliyofunuliwa kikamilifu ambayo nyuzi za rRNA hupanuliwa karibu moja kwa moja.Muunganisho huu uliopanuliwa unaeleza jinsi E. cuniculi anavyotumia besi 12 pekee za RNA kujaza pengo la 33 Å kati ya heli H16 na H18 rRNA, wakati spishi zingine zinahitaji angalau besi nyingi za rRNA kujaza pengo.
Kwa hivyo, tunaweza kuonyesha kwamba, kwa njia ya kujikunja isiyofaa kwa nguvu, microsporidia ya vimelea imeunda mkakati wa kukandamiza hata sehemu hizo za rRNA ambazo zimesalia kuhifadhiwa kwa upana katika spishi zote katika nyanja tatu za maisha.Inavyoonekana, kwa kukusanya mabadiliko ambayo hubadilisha heli za rRNA kuwa viunganishi vifupi vya poly-U, E. cuniculi inaweza kuunda vipande visivyo vya kawaida vya rRNA vyenye nyukleotidi chache iwezekanavyo kwa kuunganisha vipande vya rRNA za mbali.Hii husaidia kueleza jinsi microsporidia ilipata kupunguzwa kwa kiasi kikubwa kwa muundo wao wa kimsingi wa molekuli bila kupoteza uadilifu wao wa kimuundo na utendaji.
Kipengele kingine kisicho cha kawaida cha E. cuniculi rRNA ni kuonekana kwa rRNA bila thickenings (Mchoro 4).Bulges ni nyukleotidi zisizo na jozi za msingi ambazo hujikunja kutoka kwa helix ya RNA badala ya kujificha ndani yake.Protrusions nyingi za rRNA hufanya kama viambatisho vya molekuli, kusaidia kuunganisha protini za ribosomal zilizo karibu au vipande vingine vya rRNA.Baadhi ya uvimbe hufanya kama bawaba, kuruhusu helix ya rRNA kujikunja na kukunjwa vyema kwa usanisi wa protini wenye tija 41 .
a An rRNA protrusion (kuhesabu nambari za S. cerevisiae) haipo kwenye muundo wa E. cuniculi ribosomu, lakini iko katika yukariyoti nyingine nyingi b E. koli, S. cerevisiae, H. sapiens, na E. cuniculi ribosomu za ndani.vimelea hawana bulges nyingi za kale, zilizohifadhiwa sana za rRNA.Unene huu huimarisha muundo wa ribosome;kwa hiyo, kutokuwepo kwao katika microsporidia kunaonyesha utulivu uliopungua wa kukunja rRNA katika vimelea vya microsporidia.Kulinganisha na shina za P (shina za L7/L12 katika bakteria) zinaonyesha kuwa upotevu wa matuta ya rRNA wakati mwingine hupatana na kuonekana kwa vijiti vipya karibu na matuta yaliyopotea.H42 helix katika 23S/28S rRNA ina uvimbe wa kale (U1206 katika Saccharomyces cerevisiae) unaokadiriwa kuwa na umri wa angalau miaka bilioni 3.5 kutokana na ulinzi wake katika nyanja tatu za maisha.Katika microsporidia, bulge hii imeondolewa.Hata hivyo, uvimbe mpya ulionekana karibu na uharibifu uliopotea (A1306 katika E. cuniculi).
Kwa kushangaza, tuligundua kwamba E. cuniculi ribosomu hawana bulges nyingi za rRNA zinazopatikana katika aina nyingine, ikiwa ni pamoja na bulges zaidi ya 30 iliyohifadhiwa katika yukariyoti nyingine (Mchoro 4a).Upotevu huu huondoa miunganisho mingi kati ya subuniti za ribosomal na helikopta za rRNA zilizo karibu, wakati mwingine huunda utupu mkubwa ndani ya ribosomu, na kufanya E. cuniculi ribosomu kuwa na vinyweleo zaidi ikilinganishwa na ribosomu zaidi za jadi (Mchoro 4b).Hasa, tuligundua kwamba mengi ya uvimbe huu pia yalipotea katika miundo ya awali ya V. necatrix na P. locustae ribosomu, ambayo ilipuuzwa na uchanganuzi wa awali wa miundo31,32.
Wakati mwingine kupoteza kwa rRNA hufuatana na maendeleo ya vidonda vipya karibu na uharibifu uliopotea.Kwa mfano, ribosomal P-shina ina uvimbe wa U1208 (katika Saccharomyces cerevisiae) ambao ulinusurika kutoka kwa E. koli hadi kwa wanadamu na kwa hivyo inakadiriwa kuwa na umri wa miaka bilioni 3.5.Wakati wa usanisi wa protini, uvimbe huu husaidia shina la P kusonga kati ya miunganisho iliyo wazi na iliyofungwa ili ribosomu iweze kukusanya vipengele vya utafsiri na kuziwasilisha kwenye tovuti inayotumika.Katika E. cuniculi ribosomu, unene huu haupo;hata hivyo, unene mpya (G883) ulio katika jozi tatu za msingi pekee unaweza kuchangia urejesho wa unyumbulifu bora wa shina la P (Mchoro 4c).
Data yetu juu ya rRNA bila bulges zinaonyesha kuwa kupunguza rRNA sio tu kwa kupoteza vipengele vya rRNA kwenye uso wa ribosomu, lakini pia kunaweza kuhusisha kiini cha ribosomu, na kuunda kasoro ya molekuli maalum ya vimelea ambayo haijaelezewa katika seli zinazoishi.viumbe hai vinazingatiwa.
Baada ya kuiga protini za kanuni za ribosomal na rRNA, tuligundua kuwa vipengele vya kawaida vya ribosomal haviwezi kueleza sehemu tatu za picha ya cryo-EM.Mbili ya vipande hivi ni molekuli ndogo kwa ukubwa (Kielelezo 5, Kielelezo cha 8 cha Nyongeza).Sehemu ya kwanza imewekwa kati ya protini za ribosomal uL15 na eL18 katika nafasi ambayo kawaida inashikiliwa na C-terminus ya eL18, ambayo imefupishwa katika E. cuniculi.Ingawa hatuwezi kuamua utambulisho wa molekuli hii, ukubwa na sura ya kisiwa hiki cha msongamano huelezewa vizuri na kuwepo kwa molekuli za spermidine.Kufunga kwake kwa ribosomu kunaimarishwa na mabadiliko maalum ya microsporidia katika protini za uL15 (Asp51 na Arg56), ambayo inaonekana kuongeza mshikamano wa ribosomu kwa molekuli hii ndogo, kwani huruhusu uL15 kukunja molekuli ndogo katika muundo wa ribosomal.Kielelezo cha Nyongeza 2).8, data ya ziada 1, 2).
Picha ya Cryo-EM inayoonyesha kuwepo kwa nyukleotidi nje ya ribosi inayofungamana na E. cuniculi ribosomu.Katika E. cuniculi ribosomu, nyukleotidi hii inachukua nafasi sawa na 25S rRNA A3186 nyukleotidi (Saccharomyces cerevisiae namba) katika ribosomu nyingine nyingi za yukariyoti.b Katika muundo wa ribosomal wa E. cuniculi, nyukleotidi hii iko kati ya protini za ribosomal uL9 na eL20, na hivyo kuleta utulivu wa mawasiliano kati ya protini hizo mbili.cd eL20 uchanganuzi wa uhifadhi wa mpangilio kati ya spishi za microsporidia.Mti wa filojenetiki wa spishi za Microsporidia (c) na mpangilio wa mfuatano mwingi wa protini ya eL20 (d) unaonyesha kuwa mabaki yanayofunga nyukleotidi F170 na K172 yanahifadhiwa katika Mikrosporidia ya kawaida, isipokuwa S. lophii, isipokuwa matawi ya mapema ya Microsporidia, ambayo huhifadhi Microsporidia ES39.e Takwimu hii inaonyesha kwamba mabaki ya kuunganisha nyukleotidi F170 na K172 yapo tu katika eL20 ya genome ya microsporidia iliyopunguzwa sana, lakini si katika yukariyoti nyingine.Kwa ujumla, data hizi zinapendekeza kwamba ribosomu za Microsporidia zimeunda tovuti inayofunga nyukleotidi ambayo inaonekana kufunga molekuli za AMP na kuzitumia kuleta utulivu wa mwingiliano wa protini na protini katika muundo wa ribosomali.Uhifadhi wa juu wa tovuti hii ya kuunganisha katika Microsporidia na ukosefu wake katika yukariyoti nyingine unaonyesha kuwa tovuti hii inaweza kutoa faida ya kuchagua kwa Microsporidia.Kwa hivyo, mfuko unaofunga nyukleotidi katika ribosomu ya microsporidia hauonekani kuwa kipengele kilichoharibika au aina ya mwisho ya uharibifu wa rRNA kama ilivyoelezwa hapo awali, lakini ni uvumbuzi muhimu wa mageuzi ambao huruhusu ribosomu ya microsporidia kuunganisha moja kwa moja molekuli ndogo, kuzitumia kama vizuizi vya kujenga molekuli.vitalu vya ujenzi kwa ribosomes.Ugunduzi huu hufanya ribosomu ya microsporidia kuwa ribosomu pekee inayojulikana kutumia nyukleotidi moja kama kizuizi chake cha ujenzi.f Njia ya mageuzi ya dhahania inayotokana na kuunganisha nyukleotidi.
Uzito wa pili wa uzito wa chini wa Masi iko kwenye interface kati ya protini za ribosomal uL9 na eL30 (Mchoro 5a).Kiolesura hiki kilielezewa hapo awali katika muundo wa Saccharomyces cerevisiae ribosome kama tovuti inayofunga nyukleotidi ya 25S ya rRNA A3186 (sehemu ya kiendelezi cha ES39L rRNA)38.Ilionyeshwa kuwa katika ribosomu za P. locustae ES39L zilizoharibika, kiolesura hiki hufunga nyukleotidi 31 isiyojulikana, na inachukuliwa kuwa nyukleotidi hii ni aina ya mwisho iliyopunguzwa ya rRNA, ambayo urefu wa rRNA ni ~ 130-230 besi.ES39L imepunguzwa hadi nyukleotidi moja 32.43.Picha zetu za cryo-EM zinaunga mkono wazo kwamba msongamano unaweza kuelezewa na nyukleotidi.Hata hivyo, azimio la juu la muundo wetu lilionyesha kuwa nucleotide hii ni molekuli ya extraribosomal, ikiwezekana AMP (Mchoro 5a, b).
Kisha tuliuliza ikiwa tovuti ya kuunganisha nyukleotidi ilionekana kwenye E. cuniculi ribosomu au kama ilikuwepo hapo awali.Kwa kuwa ufungaji wa nyukleotidi hupatanishwa zaidi na mabaki ya Phe170 na Lys172 katika protini ya eL30 ya ribosomal, tulitathmini uhifadhi wa masalia haya katika yukariyoti wakilishi 4396.Kama ilivyo kwa uL15 hapo juu, tuligundua kuwa mabaki ya Phe170 na Lys172 yanahifadhiwa sana tu katika Microsporidia ya kawaida, lakini haipo katika yukariyoti nyingine, ikiwa ni pamoja na Microsporidia Mitosporidium na Amphiamblys, ambayo kipande cha ES39L rRNA si kupunguzwa, 5c 4, 5c4 (5c 4, Fig4).-e).
Kwa pamoja, data hizi zinaunga mkono wazo kwamba E. cuniculi na ikiwezekana mikrosporidia nyinginezo zimetoa uwezo wa kunasa kwa ufanisi idadi kubwa ya metabolites ndogo katika muundo wa ribosomu ili kufidia kupungua kwa viwango vya rRNA na protini.Kwa kufanya hivyo, wamekuza uwezo wa kipekee wa kuunganisha nyukleotidi nje ya ribosomu, kuonyesha kwamba miundo ya molekuli ya vimelea hufidia kwa kukamata metabolites ndogo nyingi na kuzitumia kama mifano ya miundo ya RNA iliyoharibika na vipande vya protini..
Sehemu ya tatu isiyoiga ya ramani yetu ya cryo-EM, inayopatikana katika kitengo kidogo cha ribosomal.Azimio la juu kiasi (2.6 Å) la ramani yetu linapendekeza kwamba msongamano huu ni wa protini zilizo na michanganyiko ya kipekee ya mabaki makubwa ya minyororo ya kando, ambayo ilituruhusu kutambua msongamano huu kama protini ya ribosomal isiyojulikana hapo awali ambayo tuliitambua kama Iliitwa msL2 (Microsporidia- protini maalum L2) (mbinu, takwimu 6).Utafutaji wetu wa homolojia ulionyesha kuwa msL2 imehifadhiwa katika clade ya Microsporidia ya jenasi Encephaliter na Orosporidium, lakini haipo katika aina nyingine, ikiwa ni pamoja na Microsporidia nyingine.Katika muundo wa ribosomal, msL2 inachukua pengo linaloundwa na kupoteza kwa ES31L rRNA iliyopanuliwa.Katika utupu huu, msL2 husaidia kuleta utulivu wa kukunja kwa rRNA na inaweza kufidia hasara ya ES31L (Mchoro 6).
msongamano wa elektroni na mfano wa protini maalum ya ribosomal ya Microsporidia msL2 inayopatikana katika E. cuniculi ribosomu.b Ribosomu nyingi za yukariyoti, ikijumuisha ribosomu ya 80S ya Saccharomyces cerevisiae, zina ukuzaji wa ES19L rRNA uliopotea katika spishi nyingi za Microsporidia.Muundo ulioanzishwa hapo awali wa V. necatrix microsporidia ribosomu unapendekeza kwamba upotevu wa ES19L katika vimelea hivi hulipwa na mabadiliko ya msL1 ribosomal protini mpya.Katika utafiti huu, tuligundua kuwa E. cuniculi ribosomu pia ilitengeneza protini inayoiga ya ribosomal RNA kama fidia inayoonekana kwa upotevu wa ES19L.Hata hivyo, msL2 (ambayo kwa sasa imefafanuliwa kama protini dhahania ya ECU06_1135) na msL1 zina asili tofauti za kimuundo na mageuzi.c Ugunduzi huu wa uzalishaji wa protini za ribosomal za msL1 na msL2 ambazo hazihusiani kimageuzi unapendekeza kwamba ikiwa ribosomu zitakusanya mabadiliko hatari katika rRNA yao, zinaweza kufikia viwango visivyo na kifani vya uanuwai wa utunzi hata katika kikundi kidogo cha spishi zinazohusiana kwa karibu.Ugunduzi huu unaweza kusaidia kufafanua asili na mageuzi ya ribosomu ya mitochondrial, ambayo inajulikana kwa rRNA yake iliyopunguzwa sana na kutofautiana kwa kawaida katika utungaji wa protini katika aina mbalimbali.
Kisha tulilinganisha protini ya msL2 na protini ya msL1 iliyoelezwa hapo awali, protini pekee inayojulikana ya microsporidia-specific ribosomal inayopatikana katika ribosomu ya V. necatrix.Tulitaka kupima kama msL1 na msL2 zinahusiana kimageuzi.Uchunguzi wetu ulionyesha kuwa msL1 na msL2 huchukua cavity sawa katika muundo wa ribosomal, lakini wana miundo tofauti ya msingi na ya juu, ambayo inaonyesha asili yao ya mageuzi ya kujitegemea (Mchoro 6).Kwa hivyo, ugunduzi wetu wa msL2 unatoa ushahidi kwamba vikundi vya spishi zilizoshikana za yukariyoti zinaweza kubadilika kwa kujitegemea kimuundo tofauti za protini za ribosomali ili kufidia upotevu wa vipande vya rRNA.Ugunduzi huu unajulikana kwa kuwa ribosomu nyingi za yukariyoti za cytoplasmic zina protini isiyobadilika, ikijumuisha familia moja ya protini 81 za ribosomal.Kuonekana kwa msL1 na msL2 katika makundi mbalimbali ya microsporidia katika kukabiliana na upotevu wa sehemu za rRNA zilizopanuliwa zinaonyesha kuwa uharibifu wa usanifu wa molekuli ya vimelea husababisha vimelea kutafuta mabadiliko ya fidia, ambayo inaweza hatimaye kusababisha upatikanaji wao katika idadi tofauti ya vimelea.miundo.
Hatimaye, kielelezo chetu kilipokamilika, tulilinganisha utunzi wa E. cuniculi ribosomu na ule uliotabiriwa kutoka kwa mfuatano wa jenomu.Protini kadhaa za ribosomal, ikiwa ni pamoja na eL14, eL38, eL41, na eS30, hapo awali zilidhaniwa kuwa hazipo kwenye jenomu ya E. cuniculi kutokana na kutokuwepo kwa homologue zao kutoka kwa E. cuniculi genome.Kupotea kwa protini nyingi za ribosomal pia kunatabiriwa katika vimelea vingine vingi vilivyopunguzwa sana vya ndani ya seli na endosymbionts.Kwa mfano, ingawa bakteria wengi wanaoishi bila malipo wana familia moja ya protini 54 za ribosomal, ni familia 11 tu kati ya hizi za protini zilizo na homologues zinazoweza kutambulika katika kila jenomu iliyochanganuliwa ya bakteria walio na vizuizi.Katika kuunga mkono wazo hili, upotevu wa protini za ribosomal umeonekana kwa majaribio katika V. necatrix na P. locustae microsporidia, ambazo hazina protini za eL38 na eL4131,32.
Hata hivyo, miundo yetu inaonyesha kwamba ni eL38, eL41, na eS30 pekee ndizo zinazopotea katika E. cuniculi ribosomu.Protini ya eL14 ilihifadhiwa na muundo wetu ulionyesha kwa nini protini hii haikuweza kupatikana katika utafutaji wa homolojia (Mchoro 7).Katika E. cuniculi ribosomu, tovuti nyingi za kuunganisha eL14 hupotea kutokana na uharibifu wa ES39L iliyokuzwa na rRNA.Kwa kukosekana kwa ES39L, eL14 ilipoteza zaidi ya muundo wake wa sekondari, na 18% tu ya mlolongo wa eL14 ulikuwa sawa katika E. cuniculi na S. cerevisiae.Uhifadhi huu duni wa mfuatano ni wa ajabu kwa sababu hata Saccharomyces cerevisiae na Homo sapiens—viumbe vilivyobadilika kwa miaka bilioni 1.5—hushiriki zaidi ya 51% ya masalia sawa katika eL14.Upotevu huu wa ajabu wa uhifadhi unaeleza kwa nini E. cuniculi eL14 kwa sasa inafafanuliwa kama protini ya kuweka M970_061160 na si kama protini ya eL1427 ribosomal.
na Ribosomu ya Microsporidia ilipoteza kiendelezi cha ES39L rRNA, ambacho kiliondoa kwa kiasi tovuti ya kumfunga protini ya ribosomal eL14.Kwa kukosekana kwa ES39L, protini ya microspore ya eL14 inakabiliwa na hasara ya muundo wa sekondari, ambapo α-helix ya zamani ya rRNA-binding hupungua kwenye kitanzi cha urefu mdogo.b Mpangilio wa mfuatano wa aina nyingi unaonyesha kwamba protini ya eL14 imehifadhiwa sana katika spishi za yukariyoti (kitambulisho cha mfuatano wa 57% kati ya chachu na homologue za binadamu), lakini haijahifadhiwa vizuri na tofauti katika microsporidia (ambayo si zaidi ya 24% ya mabaki yanafanana na homologue ya eL14).kutoka kwa S. cerevisiae au H. sapiens).Uhifadhi huu duni wa mfuatano na utofauti wa muundo wa pili unaeleza kwa nini homologue ya eL14 haijawahi kupatikana katika E. cuniculi na kwa nini protini hii inadhaniwa kuwa imepotea katika E. cuniculi.Kinyume chake, E. cuniculi eL14 hapo awali ilifafanuliwa kama protini ya kuweka M970_061160.Uchunguzi huu unapendekeza kwamba utofauti wa jenomu ya microsporidia kwa sasa umekadiriwa kupita kiasi: baadhi ya jeni zinazofikiriwa kupotea katika microsporidia kwa kweli zimehifadhiwa, ingawa katika aina tofauti sana;badala yake, baadhi hufikiriwa kuweka jeni za microsporidia kwa protini maalum za minyoo (kwa mfano, protini dhahania M970_061160) huweka misimbo ya protini nyingi tofauti zinazopatikana katika yukariyoti nyingine.
Ugunduzi huu unapendekeza kuwa urekebishaji wa rRNA unaweza kusababisha upotezaji mkubwa wa uhifadhi wa mfuatano katika protini za ribosomal zilizo karibu, na kufanya protini hizi zisionekane kwa utafutaji wa homolojia.Kwa hivyo, tunaweza kukadiria kupita kiasi kiwango halisi cha uharibifu wa molekuli katika viumbe vidogo vya jenomu, kwa kuwa baadhi ya protini zinazofikiriwa kupotea huendelea kudumu, ingawa zimebadilishwa sana.
Je, vimelea vinawezaje kuhifadhi kazi ya mashine zao za molekuli chini ya hali ya upunguzaji mkubwa wa jenomu?Utafiti wetu unajibu swali hili kwa kuelezea muundo changamano wa molekuli (ribosomu) ya E. cuniculi, kiumbe chenye mojawapo ya jenomu ndogo zaidi za yukariyoti.
Imejulikana kwa karibu miongo miwili kwamba molekuli za protini na RNA katika vimelea vya microbial mara nyingi hutofautiana na molekuli zao za homologous katika aina za maisha ya bure kwa sababu hawana vituo vya udhibiti wa ubora, hupunguzwa hadi 50% ya ukubwa wao katika microbes hai, nk.mabadiliko mengi yenye kudhoofisha ambayo yanaathiri kukunja na kufanya kazi.Kwa mfano, ribosomu za viumbe vidogo vya genome, ikiwa ni pamoja na vimelea vingi vya ndani ya seli na endosymbionts, zinatarajiwa kukosa protini kadhaa za ribosomal na hadi theluthi moja ya nyukleotidi za rRNA ikilinganishwa na spishi zinazoishi huru 27, 29, 30, 49. Hata hivyo, jinsi molekuli hizi zinavyofanya kazi katika vimelea kuu vinavyochunguzwa hubakia.
Utafiti wetu unaonyesha kwamba muundo wa macromolecules unaweza kufichua vipengele vingi vya mageuzi ambayo ni vigumu kutoa kutoka kwa masomo ya jadi ya kulinganisha ya genomic ya vimelea vya ndani ya seli na viumbe vingine vilivyozuiliwa (Mchoro wa ziada wa 7).Kwa mfano, mfano wa protini ya eL14 unaonyesha kwamba tunaweza kukadiria kiwango halisi cha uharibifu wa vifaa vya molekuli katika spishi za vimelea.Vimelea vya encephalitis sasa wanaaminika kuwa na mamia ya jeni maalum za microsporidia.Hata hivyo, matokeo yetu yanaonyesha kwamba baadhi ya jeni hizi zinazoonekana kuwa maalum ni lahaja tofauti sana za jeni ambazo ni za kawaida katika yukariyoti nyingine.Zaidi ya hayo, mfano wa protini ya msL2 unaonyesha jinsi tunavyopuuza protini mpya za ribosomal na kudharau maudhui ya mashine za molekuli za vimelea.Mfano wa molekuli ndogo unaonyesha jinsi tunavyoweza kupuuza uvumbuzi wa busara zaidi katika miundo ya molekuli ya vimelea ambayo inaweza kuwapa shughuli mpya ya kibiolojia.
Yakijumuishwa, matokeo haya yanaboresha uelewa wetu wa tofauti kati ya miundo ya molekuli ya viumbe vilivyowekewa vikwazo na wenzao katika viumbe hai bila malipo.Tunaonyesha kwamba mashine za molekuli, ambazo kwa muda mrefu zilifikiriwa kupunguzwa, kuharibika, na kuathiriwa na mabadiliko mbalimbali yanayodhoofisha, badala yake zina seti ya vipengele vya miundo isiyo ya kawaida vilivyopuuzwa kwa utaratibu.
Kwa upande mwingine, vipande vya rRNA visivyo na wingi na vipande vilivyounganishwa ambavyo tulipata katika ribosomu za E. cuniculi zinaonyesha kuwa upunguzaji wa jenomu unaweza kubadilisha hata sehemu zile za mashine za kimsingi za molekuli ambazo zimehifadhiwa katika nyanja tatu za maisha - baada ya karibu miaka bilioni 3.5 .mageuzi ya kujitegemea ya aina.
Vipande vya rRNA visivyo na bulge na vilivyounganishwa katika ribosomu za E. cuniculi vinavutia hasa kutokana na tafiti za awali za molekuli za RNA katika bakteria endosymbiotic.Kwa mfano, katika aphid endosymbiont Buchnera aphidicola, rRNA na molekuli za tRNA zimeonyeshwa kuwa na miundo inayohimili halijoto kutokana na upendeleo wa utungaji wa A+T na sehemu kubwa ya jozi za msingi zisizo za kisheria20,50.Mabadiliko haya katika RNA, pamoja na mabadiliko katika molekuli za protini, sasa yanafikiriwa kuwa na jukumu la kutegemea zaidi kwa endosymbionts kwa washirika na kutokuwa na uwezo wa endosymbionts kuhamisha joto 21, 23 .Ingawa vimelea vya microsporidia rRNA vina mabadiliko tofauti kimuundo, asili ya mabadiliko haya yanapendekeza kuwa uthabiti uliopunguzwa wa joto na utegemezi wa juu wa protini za chaperone inaweza kuwa sifa za kawaida za molekuli za RNA katika viumbe vilivyo na jenomu zilizopunguzwa.
Kwa upande mwingine, miundo yetu inaonyesha kwamba microsporidia ya vimelea imetoa uwezo wa kipekee wa kupinga rRNA iliyohifadhiwa kwa upana na vipande vya protini, kuendeleza uwezo wa kutumia metabolites ndogo nyingi na zinazopatikana kwa urahisi kama mifano ya miundo ya rRNA iliyoharibika na vipande vya protini.Uharibifu wa muundo wa molekuli..Maoni haya yanaungwa mkono na ukweli kwamba molekuli ndogo zinazofidia upotevu wa vipande vya protini katika rRNA na ribosomu za E. cuniculi hufunga kwa mabaki maalum ya microsporidia katika uL15 na eL30 protini.Hii inaonyesha kwamba kuunganisha molekuli ndogo kwa ribosomes inaweza kuwa bidhaa ya uteuzi mzuri, ambapo mabadiliko maalum ya Microsporidia katika protini za ribosomal yamechaguliwa kwa uwezo wao wa kuongeza mshikamano wa ribosomes kwa molekuli ndogo, ambayo inaweza kusababisha viumbe vya ribosomal vyema zaidi.Ugunduzi huo unaonyesha uvumbuzi mzuri katika muundo wa molekuli ya vimelea vya microbial na kutupa ufahamu bora wa jinsi miundo ya molekuli ya vimelea hudumisha utendaji wao licha ya mageuzi ya kupunguza.
Kwa sasa, kitambulisho cha molekuli hizi ndogo bado haijulikani wazi.Haijulikani kwa nini kuonekana kwa molekuli hizi ndogo katika muundo wa ribosomal hutofautiana kati ya aina za microsporidia.Hasa, haijulikani kwa nini kuunganisha nucleotide huzingatiwa katika ribosomes ya E. cuniculi na P. locustae, na si katika ribosomes ya V. necatrix, licha ya kuwepo kwa mabaki ya F170 katika eL20 na K172 protini za V. necatrix.Ufutaji huu unaweza kusababishwa na mabaki 43 uL6 (yaliyoko karibu na mfuko unaofunga nyukleotidi), ambayo ni tyrosine katika V. necatrix na si threonine katika E. cuniculi na P. locustae.Msururu wa upande wa kunukia mwingi wa Tyr43 unaweza kutatiza ufungaji wa nyukleotidi kutokana na mwingiliano wa steric.Vinginevyo, ufutaji wa nyukleotidi unaoonekana unaweza kuwa kutokana na azimio la chini la taswira ya cryo-EM, ambayo inazuia uundaji wa vipande vya V. necatrix ribosomal.
Kwa upande mwingine, kazi yetu inapendekeza kwamba mchakato wa kuoza kwa genome unaweza kuwa nguvu ya uvumbuzi.Hasa, muundo wa E. cuniculi ribosomu unapendekeza kwamba upotevu wa rRNA na vipande vya protini katika ribosomu ya microsporidia hujenga shinikizo la mabadiliko ambayo inakuza mabadiliko katika muundo wa ribosomu.Lahaja hizi hutokea mbali na tovuti inayotumika ya ribosomu na huonekana kusaidia kudumisha (au kurejesha) mkusanyiko bora zaidi wa ribosomu ambao ungetatizwa na rRNA iliyopunguzwa.Hii inapendekeza kwamba uvumbuzi mkubwa wa ribosomu ya microsporidia inaonekana kuwa hitaji la kuzuia kupeperushwa kwa jeni.
Labda hii inaonyeshwa vyema na kuunganisha nucleotide, ambayo haijawahi kuzingatiwa katika viumbe vingine hadi sasa.Ukweli kwamba mabaki ya kuunganisha nyukleotidi yapo katika microsporidia ya kawaida, lakini si katika yukariyoti nyingine, unaonyesha kwamba maeneo ya kuunganisha nyukleotidi sio tu mabaki yanayosubiri kutoweka, au tovuti ya mwisho ya rRNA kurejeshwa kwa fomu ya nyukleotidi binafsi.Badala yake, tovuti hii inaonekana kama kipengele muhimu ambacho kingeweza kubadilika kwa raundi kadhaa za uteuzi chanya.Maeneo ya kuunganisha nyukleotidi yanaweza kuwa matokeo ya uteuzi wa asili: mara ES39L inaharibiwa, microsporidia inalazimika kutafuta fidia ili kurejesha biogenesis ya ribosomu bora kwa kukosekana kwa ES39L.Kwa kuwa nyukleotidi hii inaweza kuiga mawasiliano ya molekuli ya nyukleotidi ya A3186 katika ES39L, molekuli ya nyukleotidi inakuwa kizuizi cha ujenzi wa ribosomu, kifungo ambacho kinaboreshwa zaidi na mabadiliko ya mlolongo wa eL30.
Kuhusiana na mageuzi ya molekuli ya vimelea vya ndani ya seli, utafiti wetu unaonyesha kwamba nguvu za uteuzi wa asili wa Darwin na kupotea kwa maumbile ya kuoza kwa genome haifanyi kazi kwa sambamba, lakini huzunguka.Kwanza, mabadiliko ya kijeni huondoa vipengele muhimu vya biomolecules, na kufanya fidia kuhitajika sana.Ni pale tu vimelea vinapokidhi hitaji hili kupitia uteuzi asilia wa Darwin ndipo molekuli zao kuu zitapata nafasi ya kukuza sifa zao za kuvutia zaidi na za ubunifu.Muhimu zaidi, mageuzi ya tovuti zinazofunga nyukleotidi katika E. cuniculi ribosomu inapendekeza kwamba muundo huu wa hasara-kwa-faida wa mageuzi ya molekuli sio tu unapunguza mabadiliko mabaya, lakini wakati mwingine hutoa kazi mpya kabisa kwa macromolecules ya vimelea.
Wazo hili linapatana na nadharia ya usawa ya kusonga ya Sewell Wright, ambayo inasema kwamba mfumo mkali wa uteuzi wa asili huweka mipaka ya uwezo wa viumbe kuvumbua51,52,53.Hata hivyo, ikiwa mabadiliko ya kijeni yatavuruga uteuzi asilia, mielekeo hii inaweza kutokeza mabadiliko ambayo yenyewe hayabadiliki (au hata madhara) lakini kusababisha mabadiliko zaidi ambayo hutoa uthabiti wa hali ya juu au shughuli mpya ya kibiolojia.Mfumo wetu unaunga mkono wazo hili kwa kueleza kwamba aina ile ile ya mabadiliko ambayo hupunguza mkunjo na utendaji kazi wa molekuli ya kibayolojia inaonekana kuwa kichochezi kikuu cha uboreshaji wake.Sambamba na modeli ya mageuzi ya kushinda-kushinda, utafiti wetu unaonyesha kwamba kuoza kwa genome, kwa jadi kutazamwa kama mchakato wa kuzorota, pia ni kichocheo kikuu cha uvumbuzi, wakati mwingine na labda hata mara nyingi kuruhusu macromolecules kupata shughuli mpya za vimelea.wanaweza kuzitumia.