Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Kullanmakta olduğunuz tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Bu arada, sürekli destek sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan yapacağız.
Mikrobiyal parazitlerin evrimi, parazitlerin gelişmesine neden olan doğal seçilim ile parazitlerin genlerini kaybetmesine ve zararlı mutasyonlar biriktirmesine neden olan genetik sürüklenme arasında bir karşı etkiyi içerir.Burada, bu karşı etkinin tek bir makromolekül ölçeğinde nasıl gerçekleştiğini anlamak için, doğadaki en küçük genomlardan birine sahip ökaryotik bir organizma olan Encephalitozoon cuniculi'nin ribozomunun kriyo-EM yapısını açıklıyoruz.E. cuniculi ribozomlarında rRNA'nın aşırı azalmasına, daha önce bilinmeyen kaynaşmış rRNA bağlayıcılarının ve çıkıntısız rRNA'nın evrimi gibi benzeri görülmemiş yapısal değişiklikler eşlik eder.Ek olarak, E. cuniculi ribozomu, küçük molekülleri bozulmuş rRNA parçalarının ve proteinlerin yapısal taklitleri olarak kullanma becerisini geliştirerek, rRNA parçalarının ve proteinlerinin kaybından kurtuldu.Genel olarak, uzun süredir indirgendiği, dejenere olduğu ve zayıflatıcı mutasyonlara maruz kaldığı düşünülen moleküler yapıların, aşırı moleküler kasılmalara rağmen onları aktif tutan bir dizi telafi edici mekanizmaya sahip olduğunu gösteriyoruz.
Çoğu mikrobiyal parazit grubu, konakçılarını sömürmek için benzersiz moleküler araçlara sahip olduğundan, genellikle farklı parazit grupları1,2 için farklı terapötikler geliştirmemiz gerekir.Bununla birlikte, yeni kanıtlar, parazit evriminin bazı yönlerinin yakınsak ve büyük ölçüde tahmin edilebilir olduğunu öne sürerek, mikrobiyal parazitlerde3,4,5,6,7,8,9 geniş terapötik müdahaleler için potansiyel bir temel olduğunu gösteriyor.
Önceki çalışma, genom azalması veya genom bozulması10,11,12,13 olarak adlandırılan mikrobiyal parazitlerde ortak bir evrimsel eğilim belirlemiştir.Mevcut araştırmalar, mikroorganizmaların serbest yaşam tarzlarından vazgeçip hücre içi parazitler (veya endosimbiyontlar) haline geldiklerinde, genomlarının milyonlarca yıl boyunca yavaş ama şaşırtıcı başkalaşımlar geçirdiğini gösteriyor9,11.Genom çürümesi olarak bilinen bir süreçte, mikrobiyal parazitler, daha önce önemli olan birçok geni sözde genlere dönüştüren, kademeli gen kaybına ve mutasyonel çöküşe yol açan zararlı mutasyonlar biriktirir14,15.Bu çöküş, yakından ilişkili serbest yaşayan türlere kıyasla en eski hücre içi organizmalardaki genlerin %95'e kadarını yok edebilir.Dolayısıyla, hücre içi parazitlerin evrimi, iki karşıt güç arasındaki bir çekişmedir: parazitlerin gelişmesine yol açan Darwinci doğal seçilim ve parazitleri unutulmaya yüz tutan genomun çökmesi.Parazitin bu çekişmeden nasıl çıkıp moleküler yapısının aktivitesini nasıl koruduğu belirsizliğini koruyor.
Genom çürümesinin mekanizması tam olarak anlaşılamamış olsa da, çoğunlukla sık genetik sürüklenme nedeniyle meydana geldiği görülmektedir.Parazitler küçük, aseksüel ve genetik olarak sınırlı popülasyonlarda yaşadıklarından, bazen DNA replikasyonu sırasında ortaya çıkan zararlı mutasyonları etkili bir şekilde ortadan kaldıramazlar.Bu, zararlı mutasyonların geri dönüşümsüz birikimine ve parazit genomunun azalmasına yol açar.Sonuç olarak parazit, hücre içi ortamda hayatta kalması için artık gerekli olmayan genleri kaybetmekle kalmaz.Parazit popülasyonlarının sporadik zararlı mutasyonları etkili bir şekilde ortadan kaldıramaması, bu mutasyonların en önemli genleri de dahil olmak üzere genom boyunca birikmesine neden olur.
Mevcut genom indirgeme anlayışımızın çoğu, yalnızca temizlik işlevlerini yerine getiren ve potansiyel ilaç hedefleri olarak hizmet eden gerçek moleküllerdeki değişikliklere daha az dikkat edilerek, yalnızca genom dizilerinin karşılaştırılmasına dayanmaktadır.Karşılaştırmalı araştırmalar, zararlı hücre içi mikrobiyal mutasyonların yükünün, proteinleri ve nükleik asitleri yanlış katlanmaya ve kümelenmeye yatkın hale getirdiğini, bu da onları daha şaperona bağımlı ve ısıya karşı aşırı duyarlı hale getirdiğini göstermiştir19,20,21,22,23.Ek olarak, çeşitli parazitler (bazen 2,5 milyar yıl kadar ayrılan bağımsız evrim), protein sentezi5,6 ve DNA onarım mekanizmalarında24 benzer bir kalite kontrol merkezi kaybı yaşadı.Bununla birlikte, hücre içi yaşam tarzının, artan zararlı mutasyon yüküne moleküler adaptasyon da dahil olmak üzere, hücresel makromoleküllerin diğer tüm özellikleri üzerindeki etkisi hakkında çok az şey bilinmektedir.
Bu çalışmada, hücre içi mikroorganizmaların protein ve nükleik asitlerinin evrimini daha iyi anlamak için hücre içi parazit Encephalitozoon cuniculi'nin ribozomlarının yapısını belirledik.E. cuniculi, alışılmadık derecede küçük ökaryotik genomlara sahip olan ve bu nedenle genom çürümesini25,26,27,28,29,30 incelemek için model organizmalar olarak kullanılan bir grup parazitik mikrosporidyuma ait mantar benzeri bir organizmadır.Son zamanlarda, Microsporidia, Paranosema locustae ve Vairimorpha necatrix31,32'nin (~3.2 Mb genom) orta derecede azaltılmış genomları için kriyo-EM ribozom yapısı belirlendi.Bu yapılar, rRNA amplifikasyonundaki bir miktar kaybın, komşu ribozomal proteinler arasında yeni temasların geliştirilmesi veya yeni msL131,32 ribozomal proteinlerin kazanılmasıyla telafi edildiğini öne sürer.Encephalitozoon Türleri (genom ~2,5 milyon çift), en yakın akrabaları olan Ordospora ile birlikte, ökaryotlarda nihai genom azalması derecesini gösterirler - 2000'den az protein kodlayan genleri vardır ve ribozomlarının yalnızca rRNA genişleme parçalarından (ökaryotik ribozomları bakteriyel ribozomlardan ayıran rRNA parçaları) yoksun olması değil, aynı zamanda E. cuni'de homolog olmaması nedeniyle dört ribozomal proteine ​​de sahip olması beklenir. culi genomu26,27,28.Bu nedenle, E. cuniculi ribozomunun, genom çürümesine moleküler adaptasyon için önceden bilinmeyen stratejileri ortaya çıkarabileceği sonucuna vardık.
Kriyo-EM yapımız, karakterize edilecek en küçük ökaryotik sitoplazmik ribozomu temsil eder ve nihai genom indirgeme derecesinin, hücrenin ayrılmaz bir parçası olan moleküler makinenin yapısını, düzeneğini ve evrimini nasıl etkilediğine dair fikir verir.E. cuniculi ribozomunun, geniş çapta korunan RNA katlama ve ribozom düzeneği ilkelerinin çoğunu ihlal ettiğini bulduk ve daha önce bilinmeyen yeni bir ribozomal protein keşfettik.Oldukça beklenmedik bir şekilde, mikrosporidia ribozomlarının küçük molekülleri bağlama yeteneğini geliştirdiğini gösteriyoruz ve rRNA ve proteinlerdeki budanmaların nihayetinde ribozom üzerinde yararlı nitelikler kazandırabilecek evrimsel yenilikleri tetiklediğini varsayıyoruz.
Hücre içi organizmalarda proteinlerin ve nükleik asitlerin evrimine ilişkin anlayışımızı geliştirmek için, ribozomlarını saflaştırmak ve bu ribozomların yapısını belirlemek amacıyla enfekte memeli hücrelerinin kültürlerinden E. cuniculi sporlarını izole etmeye karar verdik.Çok sayıda parazitik mikrosporidia elde etmek zordur çünkü mikrosporidia besleyici bir ortamda kültürlenemez.Bunun yerine, yalnızca konakçı hücrenin içinde büyür ve çoğalırlar.Bu nedenle, ribozom saflaştırması için E. cuniculi biyokütlesi elde etmek üzere memeli böbrek hücre hattı RK13'ü E. cuniculi sporları ile enfekte ettik ve E. cuniculi'nin büyümesine ve çoğalmasına izin vermek için bu enfekte olmuş hücreleri birkaç hafta boyunca kültürledik.Yaklaşık yarım metrekarelik enfekte bir hücre tek tabakası kullanarak, yaklaşık 300 mg Microsporidia sporunu saflaştırabildik ve bunları ribozomları izole etmek için kullanabildik.Daha sonra saflaştırılmış sporları cam boncuklarla parçaladık ve lizatların aşamalı polietilen glikol fraksiyonasyonunu kullanarak ham ribozomları izole ettik.Bu, yapısal analiz için yaklaşık 300 ug ham E. cuniculi ribozomu elde etmemizi sağladı.
Daha sonra elde edilen ribozom örneklerini kullanarak kriyo-EM görüntüleri topladık ve bu görüntüleri büyük ribozomal alt birim, küçük alt birim kafası ve küçük alt birime karşılık gelen maskeler kullanarak işledik.Bu işlem sırasında, yaklaşık 108.000 ribozomal parçacığın görüntülerini topladık ve 2,7 Å çözünürlüklü hesaplanan kriyo-EM görüntülerini topladık (Ek Şekiller 1-3).Daha sonra, E. cuniculi ribozomlarıyla ilişkili rRNA, ribozomal protein ve hazırda bekletme faktörü Mdf1'i modellemek için kriyoEM görüntüleri kullandık (Şekil 1a, b).
Hazırda bekletme faktörü Mdf1 (pdb id 7QEP) ile kompleks halinde E. cuniculi ribozomunun yapısı.b E. cuniculi ribozomu ile ilişkili hazırda bekletme faktörü Mdf1'in haritası.c Mikrosporidian türlerinde geri kazanılmış rRNA'yı bilinen ribozomal yapılarla karşılaştıran ikincil yapı haritası.Paneller, kod çözme bölgesi (DC), sarsinisin döngüsü (SRL) ve peptidil transferaz merkezi (PTC) dahil olmak üzere, amplifiye rRNA fragmanlarının (ES) ve ribozom aktif bölgelerinin konumunu gösterir.d E. cuniculi ribozomunun peptidil transferaz merkezine karşılık gelen elektron yoğunluğu, bu katalitik bölgenin E. cuniculi parazitinde ve H. sapiens dahil konakçılarında aynı yapıya sahip olduğunu düşündürür.e, f Kod çözme merkezinin (e) karşılık gelen elektron yoğunluğu ve kod çözme merkezinin (f) şematik yapısı, E. cuniculi'nin diğer birçok ökaryotta A1491 (E. coli numaralandırması) yerine U1491 kalıntılarına sahip olduğunu gösterir.Bu değişiklik, E. cuniculi'nin bu aktif bölgeyi hedefleyen antibiyotiklere duyarlı olabileceğini düşündürmektedir.
V. necatrix ve P. locustae ribozomlarının önceden oluşturulmuş yapılarının aksine (her iki yapı da aynı microsporidia familyası Nosematidae'yi temsil eder ve birbirine çok benzer), 31,32 E. cuniculi ribozomları çok sayıda rRNA ve protein parçalanması sürecinden geçer.Daha fazla denatürasyon (Ek Şekiller 4-6).rRNA'da en çarpıcı değişiklikler arasında, güçlendirilmiş 25S rRNA fragmanı ES12L'nin tamamen kaybı ve h39, h41 ve H18 sarmallarının kısmi dejenerasyonu vardı (Şekil 1c, Ek Şekil 4).Ribozomal proteinler arasında en çarpıcı değişiklikler, eS30 proteininin tamamen kaybı ve eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 ve eS7 proteinlerinin kısalmasını içeriyordu (Ek Şekiller 4, 5).
Bu nedenle, Encephalotozoon/Ordospora türlerinin genomlarındaki aşırı azalma, ribozom yapılarına yansır: E. cuniculi ribozomları, yapısal karakterizasyona tabi olan ökaryotik sitoplazmik ribozomlarda protein içeriğinin en dramatik kaybını yaşar ve yalnızca ökaryotlarda değil, aynı zamanda yaşamın üç alanında da yaygın olarak korunan o rRNA ve protein fragmanlarına bile sahip değildirler.E. cuniculi ribozomunun yapısı, bu değişiklikler için ilk moleküler modeli sağlar ve hem karşılaştırmalı genomik hem de hücre içi biyomoleküler yapı çalışmaları tarafından gözden kaçan evrimsel olayları ortaya çıkarır (Ek Şekil 7).Aşağıda, bu olayların her birini, olası evrimsel kökenleri ve ribozom işlevi üzerindeki potansiyel etkileri ile birlikte açıklıyoruz.
Daha sonra, büyük rRNA kesiklerine ek olarak, E. cuniculi ribozomlarının aktif bölgelerinden birinde rRNA varyasyonlarına sahip olduğunu bulduk.E. cuniculi ribozomunun peptidil transferaz merkezi, diğer ökaryotik ribozomlarla aynı yapıya sahip olsa da (Şekil 1d), kod çözme merkezi, nükleotit 1491'deki dizi varyasyonuna bağlı olarak farklılık gösterir (E. coli numaralandırması, Şekil 1e, f).Bu gözlem önemlidir çünkü ökaryotik ribozomların kod çözme bölgesi tipik olarak bakteri tipi A1408 ve G1491 kalıntılarına kıyasla G1408 ve A1491 kalıntılarını içerir.Bu varyasyon, bakteriyel ve ökaryotik ribozomların, aminoglikozit ribozomal antibiyotik ailesine ve kod çözme bölgesini hedefleyen diğer küçük moleküllere karşı farklı duyarlılığının temelini oluşturur.E. cuniculi ribozomunun kod çözme bölgesinde, A1491 kalıntısı U1491 ile değiştirildi ve potansiyel olarak bu aktif bölgeyi hedefleyen küçük moleküller için benzersiz bir bağlanma arayüzü yarattı.Aynı A14901 varyantı, P. locustae ve V. necatrix gibi diğer mikrosporidialarda da mevcuttur, bu da mikrosporidia türleri arasında yaygın olduğunu düşündürür (Şekil 1f).
E. cuniculi ribozom numunelerimiz metabolik olarak aktif olmayan sporlardan izole edildiğinden, E. cuniculi'nin kriyo-EM haritasını stres veya açlık koşulları altında daha önce tarif edilen ribozom bağlanması için test ettik.Hazırda bekletme faktörleri 31,32,36,37, 38. Hazırda bekletme ribozomunun önceden oluşturulmuş yapısını E. cuniculi ribozomunun kriyo-EM haritasıyla eşleştirdik.Yerleştirme için, hazırda bekletme faktörü Stm138 ile kompleks halinde S. cerevisiae ribozomları, Lso232 faktörü ile kompleks halinde locust ribozomları ve Mdf1 ve Mdf231 faktörleri ile kompleks halinde V. necatrix ribozomları kullanıldı.Aynı zamanda, dinlenme faktörü Mdf1'e karşılık gelen kriyo-EM yoğunluğunu bulduk.Mdf1'in V. necatrix ribozomuna bağlanmasına benzer şekilde, Mdf1 ayrıca ribozomun E bölgesini bloke ettiği E. cuniculi ribozomuna da bağlanır ve muhtemelen parazit sporları vücut inaktivasyonu üzerine metabolik olarak inaktif hale geldiğinde ribozomların kullanılabilir olmasına yardımcı olur (Şekil 2).).
Mdf1, parazit sporları metabolik olarak inaktif hale geldiğinde ribozomun inaktive edilmesine yardımcı olduğu görülen ribozomun E bölgesini bloke eder.E. cuniculi ribozomunun yapısında, Mdf1'in, protein sentezi sırasında ribozomdan deasile edilmiş tRNA'nın salınmasını kolaylaştıran ribozomun L1 ribozom sapı ile önceden bilinmeyen bir temas oluşturduğunu bulduk.Bu temaslar, Mdf1'in, deasetillenmiş tRNA ile aynı mekanizmayı kullanarak ribozomdan ayrıldığını öne sürerek, ribozomun, protein sentezini yeniden etkinleştirmek için Mdf1'i nasıl çıkardığına dair olası bir açıklama sağlar.
Bununla birlikte, yapımız, Mdf1 ile L1 ribozom bacağı (ribozomun, protein sentezi sırasında ribozomdan deasile edilmiş tRNA'nın salınmasına yardımcı olan kısmı) arasında bilinmeyen bir teması ortaya çıkardı.Özellikle Mdf1, deasile edilmiş tRNA molekülünün dirsek segmenti ile aynı temas noktalarını kullanır (Şekil 2).Daha önce bilinmeyen bu moleküler modelleme, Mdf1'in, deasetillenmiş tRNA ile aynı mekanizmayı kullanarak ribozomdan ayrıldığını gösterdi; bu, ribozomun, protein sentezini yeniden etkinleştirmek için bu hibernasyon faktörünü nasıl ortadan kaldırdığını açıklıyor.
rRNA modelini oluştururken, E. cuniculi ribozomunun, kaynaşmış rRNA dediğimiz anormal şekilde katlanmış rRNA parçalarına sahip olduğunu bulduk (Şekil 3).Yaşamın üç alanını kapsayan ribozomlarda, rRNA, çoğu rRNA bazının ya baz çifti oluşturduğu ve birbiriyle katlandığı ya da ribozomal proteinlerle etkileşime girdiği yapılara katlanır38,39,40.Bununla birlikte, E. cuniculi ribozomlarında, rRNA'lar, sarmallarının bir kısmını katlanmamış rRNA bölgelerine dönüştürerek bu katlanma ilkesini ihlal ediyor gibi görünmektedir.
S. cerevisiae, V. necatrix ve E. cuniculi'deki H18 25S rRNA sarmalının yapısı.Tipik olarak, üç yaşam alanını kapsayan ribozomlarda, bu bağlayıcı, 24 ila 34 kalıntı içeren bir RNA sarmalına kıvrılır.Microsporidia'da ise aksine, bu rRNA bağlayıcı, kademeli olarak yalnızca 12 tortu içeren iki tek sarmallı üridin açısından zengin bağlayıcıya indirgenir.Bu kalıntıların çoğu solventlere maruz kalır.Şekil, parazitik mikrosporidyumun, rRNA bazlarının genellikle diğer bazlara bağlandığı veya rRNA-protein etkileşimlerinde yer aldığı rRNA katlanmasının genel ilkelerini ihlal ediyor gibi göründüğünü göstermektedir.Microsporidia'da, bazı rRNA fragmanları, eski rRNA sarmalının neredeyse düz bir çizgide uzayan tek sarmallı bir fragman haline geldiği, elverişsiz bir kıvrım alır.Bu olağandışı bölgelerin varlığı, microsporidia rRNA'nın uzak rRNA fragmanlarını minimum sayıda RNA bazı kullanarak bağlamasına izin verir.
Bu evrimsel geçişin en çarpıcı örneği H18 25S rRNA sarmalında görülmektedir (Şekil 3).E. coli'den insanlara kadar olan türlerde, bu rRNA sarmalının bazları, hafif düzensiz bir sarmal oluşturan 24-32 nükleotit içerir.V. necatrix ve P. locustae'den daha önce tanımlanan ribozomal yapılarda,31,32 H18 sarmalının bazları kısmen kıvrılmıştır, ancak nükleotid baz eşleşmesi korunmuştur.Bununla birlikte, E. cuniculi'de bu rRNA fragmanı en kısa bağlayıcılar 228UUUGU232 ve 301UUUUUUUUU307 haline gelir.Tipik rRNA fragmanlarının aksine, bu üridin açısından zengin bağlayıcılar, ribozomal proteinlerle sarmalanmaz veya bunlarla kapsamlı temas kurmaz.Bunun yerine, rRNA sarmallarının neredeyse düz bir şekilde uzatıldığı çözücüye açık ve tamamen katlanmamış yapıları benimserler.Bu uzatılmış yapı, E. cuniculi'nin H16 ve H18 rRNA sarmalları arasındaki 33 Å boşluğu doldurmak için nasıl yalnızca 12 RNA bazı kullandığını, diğer türlerin ise boşluğu doldurmak için en az iki kat daha fazla rRNA bazı gerektirdiğini açıklar.
Böylece, enerjik olarak elverişsiz katlanma yoluyla, parazitik mikrosporidyumların, yaşamın üç alanındaki türler arasında geniş ölçüde korunmuş durumda kalan rRNA segmentlerini bile daraltmak için bir strateji geliştirdiğini gösterebiliriz.Görünüşe göre, rRNA sarmallarını kısa poli-U bağlayıcılara dönüştüren mutasyonları biriktirerek, E. cuniculi, distal rRNA fragmanlarının ligasyonu için mümkün olduğu kadar az nükleotit içeren alışılmadık rRNA fragmanları oluşturabilir.Bu, microsporidia'nın yapısal ve işlevsel bütünlüklerini kaybetmeden temel moleküler yapılarında nasıl dramatik bir azalma elde ettiğini açıklamaya yardımcı olur.
E. cuniculi rRNA'nın bir başka sıra dışı özelliği, rRNA'nın kalınlaşmadan görünmesidir (Şekil 4).Çıkıntılar, içinde saklanmak yerine RNA sarmalının dışına doğru bükülen baz çiftleri olmayan nükleotitlerdir.Çoğu rRNA çıkıntısı, bitişik ribozomal proteinleri veya diğer rRNA parçalarını bağlamaya yardımcı olan moleküler yapıştırıcılar olarak işlev görür.Çıkıntılardan bazıları menteşe görevi görerek rRNA sarmalının üretken protein sentezi 41 için en uygun şekilde bükülmesine ve katlanmasına izin verir.
a Bir rRNA çıkıntısı (S. cerevisiae numaralandırması) E. cuniculi ribozom yapısında yoktur, ancak diğer ökaryotların çoğunda mevcuttur b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens ve E. cuniculi iç ribozomları.parazitler, eski, yüksek oranda korunmuş rRNA çıkıntılarının çoğundan yoksundur.Bu kalınlaşmalar ribozom yapısını stabilize eder;bu nedenle, microsporidia'daki yoklukları, microsporidia parazitlerinde rRNA katlanmasının azalmış stabilitesini gösterir.P gövdeleriyle (bakterilerde L7/L12 gövdeleri) karşılaştırma, rRNA tümseklerinin kaybının bazen kaybolan tümseklerin yanında yeni tümseklerin ortaya çıkmasıyla çakıştığını gösterir.23S/28S rRNA'daki H42 sarmalı, yaşamın üç alanındaki koruması nedeniyle en az 3,5 milyar yaşında olduğu tahmin edilen eski bir çıkıntıya (Saccharomyces cerevisiae'de U1206) sahiptir.Microsporidia'da bu çıkıntı ortadan kalkar.Ancak kaybolan çıkıntının yanında yeni bir çıkıntı belirdi (E. cuniculi'de A1306).
Çarpıcı bir şekilde, E. cuniculi ribozomlarının, diğer ökaryotlarda korunan 30'dan fazla çıkıntı dahil olmak üzere, diğer türlerde bulunan rRNA çıkıntılarının çoğundan yoksun olduğunu bulduk (Şekil 4a).Bu kayıp, ribozomal alt birimler ile bitişik rRNA sarmalları arasındaki birçok teması ortadan kaldırarak, bazen ribozom içinde büyük içi boş boşluklar oluşturarak E. cuniculi ribozomunu daha geleneksel ribozomlara kıyasla daha gözenekli hale getirir (Şekil 4b).Özellikle, bu çıkıntıların çoğunun, önceki yapısal analizler31,32tarafından gözden kaçan önceden tanımlanmış V. necatrix ve P. locustae ribozom yapılarında da kaybolduğunu bulduk.
Bazen rRNA çıkıntılarının kaybına, kaybolan çıkıntının yanında yeni çıkıntıların gelişmesi eşlik eder.Örneğin, ribozomal P-kökü, E. coli'den insanlara hayatta kalan ve bu nedenle 3,5 milyar yaşında olduğu tahmin edilen bir U1208 çıkıntısı (Saccharomyces cerevisiae'de) içerir.Protein sentezi sırasında bu çıkıntı, P sapının açık ve kapalı konformasyonlar arasında hareket etmesine yardımcı olur, böylece ribozom translasyon faktörlerini toplayabilir ve bunları aktif bölgeye iletebilir.E. cuniculi ribozomlarında bu kalınlaşma yoktur;ancak, yalnızca üç baz çiftinde bulunan yeni bir kalınlaşma (G883), P gövdesinin optimal esnekliğinin restorasyonuna katkıda bulunabilir (Şekil 4c).
Çıkıntıları olmayan rRNA hakkındaki verilerimiz, rRNA minimizasyonunun ribozom yüzeyindeki rRNA elemanlarının kaybıyla sınırlı olmadığını, aynı zamanda ribozom çekirdeğini de içerebileceğini ve serbest yaşayan hücrelerde tarif edilmemiş parazite özgü bir moleküler kusur yaratabileceğini göstermektedir.canlı türleri gözlemlenir.
Kanonik ribozomal proteinleri ve rRNA'yı modelledikten sonra, geleneksel ribozomal bileşenlerin kriyo-EM görüntüsünün üç bölümünü açıklayamayacağını bulduk.Bu parçalardan ikisi, boyut olarak küçük moleküllerdir (Şekil 5, Ek Şekil 8).İlk segment, genellikle E. cuniculi'de kısaltılmış olan eL18'in C-terminusu tarafından işgal edilen bir pozisyonda ribozomal proteinler uL15 ve eL18 arasında sıkıştırılmıştır.Bu molekülün kimliğini belirleyemesek de, bu yoğunluk adasının boyutu ve şekli, spermidin moleküllerinin varlığı ile çok iyi açıklanmaktadır.Ribozoma bağlanması, uL15'in küçük molekülü bir ribozomal yapıya sarmasına izin verdiği için ribozomun bu küçük moleküle olan afinitesini arttırıyor gibi görünen uL15 proteinlerindeki (Asp51 ve Arg56) mikrosporidyuma özgü mutasyonlarla stabilize edilir.Ek Şekil 2).8, ek veriler 1, 2).
E. cuniculi ribozomuna bağlı riboz dışında nükleotitlerin varlığını gösteren Cryo-EM görüntüleme.E. cuniculi ribozomunda, bu nükleotid, diğer birçok ökaryotik ribozomdaki 25S rRNA A3186 nükleotidi (Saccharomyces cerevisiae numaralandırması) ile aynı yeri işgal eder.b E. cuniculi'nin ribozomal yapısında bu nükleotid, uL9 ve eL20 ribozomal proteinleri arasında yer alır ve böylece iki protein arasındaki teması stabilize eder.microsporidia türleri arasında cd eL20 dizi koruma analizi.Microsporidia türlerinin filogenetik ağacı (c) ve eL20 proteininin (d) çoklu dizi hizalaması, F170 ve K172'nin nükleotid bağlayıcı kalıntılarının, ES39L rRNA uzantısını koruyan erken dallanma Microsporidia hariç, S. lophii hariç, en tipik Microsporidia'da korunduğunu göstermektedir.e Bu şekil, nükleotit bağlama kalıntıları F170 ve K172'nin yalnızca yüksek oranda indirgenmiş mikrosporidia genomunun eL20'sinde bulunduğunu, ancak diğer ökaryotlarda bulunmadığını gösterir.Genel olarak, bu veriler, Microsporidian ribozomlarının, AMP moleküllerini bağladığı ve bunları ribozomal yapıdaki protein-protein etkileşimlerini stabilize etmek için kullandığı görülen bir nükleotid bağlama bölgesi geliştirdiğini göstermektedir.Bu bağlanma bölgesinin Microsporidia'da yüksek oranda korunması ve diğer ökaryotlarda bulunmaması, bu bölgenin Microsporidia için seçici bir hayatta kalma avantajı sağlayabileceğini düşündürür.Bu nedenle, mikrosporidia ribozomundaki nükleotit bağlama cebi, daha önce açıklandığı gibi dejenere bir özellik veya rRNA bozunmasının son şekli gibi görünmüyor, daha çok mikrosporidia ribozomunun küçük molekülleri moleküler yapı taşları olarak kullanarak doğrudan bağlamasına izin veren yararlı bir evrimsel yenilik gibi görünüyor.ribozomlar için yapı taşları.Bu keşif, microsporidia ribozomunu, yapısal yapı taşı olarak tek bir nükleotidi kullandığı bilinen tek ribozom yapar.f Nükleotit bağlanmasından türetilen varsayımsal evrimsel yol.
İkinci düşük moleküler ağırlık yoğunluğu, ribozomal proteinler uL9 ve eL30 arasındaki arayüzde bulunur (Şekil 5a).Bu arayüz daha önce Saccharomyces cerevisiae ribozomunun yapısında rRNA A3186'nın (ES39L rRNA uzantısının parçası)38 25S nükleotidi için bir bağlanma yeri olarak tarif edilmişti.Dejenere P. locustae ES39L ribozomlarında, bu arayüzün bilinmeyen tek bir nükleotid 31'i bağladığı gösterilmiştir ve bu nükleotidin, rRNA uzunluğunun ~130-230 baz olduğu, rRNA'nın indirgenmiş bir nihai formu olduğu varsayılmaktadır.ES39L, tek bir nükleotid 32.43'e indirgenir.Kriyo-EM görüntülerimiz, yoğunluğun nükleotitlerle açıklanabileceği fikrini destekliyor.Bununla birlikte, yapımızın daha yüksek çözünürlüğü, bu nükleotidin ekstraribozomal bir molekül, muhtemelen AMP olduğunu gösterdi (Şekil 5a, b).
Daha sonra nükleotit bağlama bölgesinin E. cuniculi ribozomunda görünüp görünmediğini veya daha önce var olup olmadığını sorduk.Nükleotit bağlanmasına esas olarak eL30 ribozomal proteindeki Phe170 ve Lys172 kalıntıları aracılık ettiğinden, bu kalıntıların 4396 temsili ökaryotta korunmasını değerlendirdik.Yukarıdaki uL15 örneğinde olduğu gibi, Phe170 ve Lys172 kalıntılarının yalnızca tipik Microsporidia'da yüksek düzeyde korunduğunu, ancak ES39L rRNA fragmanının indirgenmediği 44, 45, 46 (Şekil 5c) atipik Microsporidia Mitosporidium ve Amphiamblys dahil diğer ökaryotlarda bulunmadığını bulduk.-e).
Birlikte ele alındığında, bu veriler, E. cuniculi ve muhtemelen diğer kanonik mikrosporidiaların, rRNA ve protein seviyelerindeki düşüşü telafi etmek için ribozom yapısında çok sayıda küçük metaboliti verimli bir şekilde yakalama yeteneğini geliştirdiği fikrini desteklemektedir.Bunu yaparken, nükleotitleri ribozom dışında bağlamak için benzersiz bir yetenek geliştirdiler; bu, parazitik moleküler yapıların bol miktarda küçük metabolitleri yakalayarak ve bunları bozulmuş RNA ve protein parçalarının yapısal taklitleri olarak kullanarak telafi ettiğini gösterdi..
Kriyo-EM haritamızın simüle edilmemiş üçüncü kısmı, büyük ribozomal alt birimde bulundu.Haritamızın nispeten yüksek çözünürlüğü (2.6 Å), bu yoğunluğun, msL2 (Microsporidia'ya özgü protein L2) olarak tanımladığımız, daha önce bilinmeyen bir ribozomal protein olarak bu yoğunluğu tanımlamamıza izin veren, büyük yan zincir kalıntılarının benzersiz kombinasyonlarına sahip proteinlere ait olduğunu göstermektedir (yöntemler, şekil 6).Homoloji araştırmamız, msL2'nin Encephaliter ve Orosporidium cinsinin Microsporidia sınıfında korunduğunu, ancak diğer Microsporidia dahil diğer türlerde bulunmadığını gösterdi.Ribozomal yapıda, msL2, genişletilmiş ES31L rRNA'nın kaybıyla oluşan bir boşluğu kaplar.Bu boşlukta msL2, rRNA katlanmasını stabilize etmeye yardımcı olur ve ES31L kaybını telafi edebilir (Şekil 6).
E. cuniculi ribozomlarında bulunan Microsporidia'ya özgü ribozomal protein msL2'nin elektron yoğunluğu ve modeli.b Saccharomyces cerevisiae'nin 80S ribozomu dahil çoğu ökaryotik ribozom, Microsporidian türlerinin çoğunda kaybolan ES19L rRNA amplifikasyonuna sahiptir.V. necatrix microsporidia ribozomunun önceden oluşturulmuş yapısı, bu parazitlerdeki ES19L kaybının, yeni msL1 ribozomal proteinin evrimi ile telafi edildiğini öne sürüyor.Bu çalışmada, E. cuniculi ribozomunun ayrıca ES19L kaybı için belirgin bir telafi olarak ek bir ribozomal RNA mimik proteini geliştirdiğini bulduk.Bununla birlikte, msL2 (şu anda varsayımsal ECU06_1135 proteini olarak açıklanmıştır) ve msL1'in farklı yapısal ve evrimsel kökenleri vardır.c Evrimsel olarak ilgisiz msL1 ve msL2 ribozomal proteinlerinin üretimine ilişkin bu keşif, ribozomların rRNA'larında zararlı mutasyonlar biriktirmeleri halinde, yakın akraba türlerin küçük bir alt kümesinde bile benzeri görülmemiş düzeylerde bileşimsel çeşitlilik elde edebileceklerini öne sürüyor.Bu keşif, yüksek oranda indirgenmiş rRNA'sı ve türler arasında protein bileşimindeki anormal değişkenliği ile bilinen mitokondriyal ribozomun kökenini ve evrimini netleştirmeye yardımcı olabilir.
Daha sonra msL2 proteinini, V. necatrix ribozomunda bulunan bilinen tek mikrosporidiaya özgü ribozomal protein olan daha önce açıklanan msL1 proteini ile karşılaştırdık.msL1 ve msL2'nin evrimsel olarak ilişkili olup olmadığını test etmek istedik.Analizimiz, msL1 ve msL2'nin ribozomal yapıda aynı boşluğu işgal ettiğini, ancak farklı birincil ve üçüncül yapılara sahip olduğunu gösterdi, bu da onların bağımsız evrimsel kökenini gösterir (Şekil 6).Bu nedenle, msL2'yi keşfetmemiz, kompakt ökaryotik tür gruplarının, rRNA fragmanlarının kaybını telafi etmek için bağımsız olarak yapısal olarak farklı ribozomal proteinler geliştirebildiğine dair kanıt sağlar.Bu bulgu, çoğu sitoplazmik ökaryotik ribozomun, aynı 81 ribozomal protein ailesi dahil olmak üzere değişmez bir protein içermesi açısından dikkate değerdir.Genişletilmiş rRNA segmentlerinin kaybına yanıt olarak çeşitli mikrosporidia sınıflarında msL1 ve msL2'nin ortaya çıkması, parazitin moleküler mimarisinin bozulmasının, parazitlerin, sonunda farklı parazit popülasyonlarında edinmelerine yol açabilecek telafi edici mutasyonlar aramasına neden olduğunu düşündürür.yapılar.
Son olarak, modelimiz tamamlandığında, E. cuniculi ribozomunun bileşimini genom dizisinden tahmin edilenle karşılaştırdık.eL14, eL38, eL41 ve eS30 dahil olmak üzere birkaç ribozomal proteinin, E. cuniculi genomundaki homologlarının belirgin olmaması nedeniyle daha önce E. cuniculi genomunda eksik olduğu düşünülüyordu.Birçok ribozomal proteinin kaybı, aynı zamanda, yüksek oranda indirgenmiş diğer hücre içi parazitlerin ve endosimbiyontların çoğunda da tahmin edilmektedir.Örneğin, serbest yaşayan bakterilerin çoğu aynı 54 ribozomal protein ailesini içermesine rağmen, bu protein ailelerinden sadece 11'i, analiz edilen konak kısıtlamalı bakteri genomlarında saptanabilir homologlara sahiptir.Bu düşünceyi desteklemek için, eL38 ve eL4131,32 proteinlerinden yoksun olan V. necatrix ve P. locustae microsporidia'da deneysel olarak bir ribozomal protein kaybı gözlemlenmiştir.
Bununla birlikte, yapılarımız E. cuniculi ribozomunda yalnızca eL38, eL41 ve eS30'un gerçekten kaybolduğunu göstermektedir.eL14 proteini korunmuştur ve yapımız bu proteinin neden homoloji araştırmasında bulunamadığını göstermiştir (Şekil 7).E. cuniculi ribozomlarında, eL14 bağlanma bölgesinin çoğu, rRNA ile güçlendirilmiş ES39L'nin bozunması nedeniyle kaybolur.ES39L'nin yokluğunda, eL14 ikincil yapısının çoğunu kaybetti ve eL14 dizisinin yalnızca %18'i E. cuniculi ve S. cerevisiae'de aynıydı.Bu zayıf sekans koruması dikkate değer çünkü Saccharomyces cerevisiae ve Homo sapiens -1,5 milyar yıl arayla evrimleşen organizmalar- bile eL14'te aynı kalıntıların %51'den fazlasını paylaşıyor.Bu anormal koruma kaybı, E. cuniculi eL14'ün şu anda neden eL1427 ribozomal protein olarak değil de varsayılan M970_061160 proteini olarak açıklandığını açıklıyor.
ve Microsporidia ribozomu, eL14 ribozomal protein bağlama bölgesini kısmen ortadan kaldıran ES39L rRNA uzantısını kaybetti.ES39L'nin yokluğunda, eL14 mikrospor proteini, eski rRNA bağlayıcı a sarmalının minimum uzunlukta bir döngüye dönüştüğü ikincil yapı kaybına uğrar.b Çoklu dizi hizalaması, eL14 proteininin ökaryotik türlerde yüksek düzeyde korunduğunu (maya ve insan homologları arasında %57 dizi özdeşliği), ancak mikrosporidyumda (kalıntıların %24'ten fazlasının eL14 homologu ile aynı olmadığı) zayıf bir şekilde korunduğunu ve ıraksadığını gösterir.S. cerevisiae veya H. sapiens'ten).Bu zayıf sekans koruması ve ikincil yapı değişkenliği, eL14 homologunun neden E. cuniculi'de hiç bulunmadığını ve bu proteinin neden E. cuniculi'de kaybolduğunun düşünüldüğünü açıklar.Buna karşılık, E. cuniculi eL14 daha önce varsayılan bir M970_061160 proteini olarak açıklanmıştı.Bu gözlem, microsporidia genom çeşitliliğinin şu anda olduğundan fazla tahmin edildiğini göstermektedir: şu anda microsporidia'da kaybolduğu düşünülen bazı genler, oldukça farklı biçimlerde olsa da aslında korunmuştur;bunun yerine bazılarının solucana özgü proteinler için mikrosporidia genlerini kodladığı düşünülür (örneğin, varsayımsal protein M970_061160) aslında diğer ökaryotlarda bulunan çok çeşitli proteinleri kodlar.
Bu bulgu, rRNA denatürasyonunun, bitişik ribozomal proteinlerde dramatik bir dizi koruma kaybına yol açabileceğini ve bu proteinleri homoloji araştırmaları için saptanamaz hale getirebileceğini düşündürmektedir.Bu nedenle, küçük genomlu organizmalardaki gerçek moleküler bozunma derecesini olduğundan fazla tahmin edebiliriz, çünkü kaybolduğu düşünülen bazı proteinler, oldukça değişmiş biçimlerde olsalar da, gerçekte varlığını sürdürürler.
Parazitler, aşırı genom indirgeme koşulları altında moleküler makinelerinin işlevini nasıl koruyabilir?Çalışmamız, en küçük ökaryotik genomlardan birine sahip bir organizma olan E. cuniculi'nin karmaşık moleküler yapısını (ribozom) tanımlayarak bu soruyu yanıtlıyor.
Mikrobiyal parazitlerdeki protein ve RNA moleküllerinin, kalite kontrol merkezlerinden yoksun olmaları, serbest yaşayan mikroplarda boyutlarının %50'sine küçültmeleri vb. nedeniyle serbest yaşayan türlerdeki homolog moleküllerinden sıklıkla farklı olduğu neredeyse yirmi yıldır bilinmektedir.katlanmayı ve işlevi bozan birçok zayıflatıcı mutasyon.Örneğin, birçok hücre içi parazit ve endosimbiyont dahil olmak üzere küçük genomlu organizmaların ribozomlarının, serbest yaşayan türler 27, 29, 30, 49 ile karşılaştırıldığında birkaç ribozomal proteinden ve üçte birine kadar rRNA nükleotitlerinden yoksun olması beklenir.
Çalışmamız, makromoleküllerin yapısının, hücre içi parazitlerin ve diğer konakçı kısıtlı organizmaların geleneksel karşılaştırmalı genomik çalışmalarından çıkarılması zor olan evrimin birçok yönünü ortaya çıkarabileceğini göstermektedir (Ek Şekil 7).Örneğin, eL14 proteini örneği, parazitik türlerde moleküler aparatın gerçek bozunma derecesini olduğundan fazla tahmin edebileceğimizi göstermektedir.Ensefalitik parazitlerin artık yüzlerce microsporidia'ya özgü gene sahip olduğuna inanılıyor.Bununla birlikte, sonuçlarımız, görünüşte spesifik olan bu genlerin bazılarının aslında diğer ökaryotlarda yaygın olan genlerin çok farklı varyantları olduğunu gösteriyor.Dahası, msL2 proteini örneği, yeni ribozomal proteinleri nasıl gözden kaçırdığımızı ve parazitik moleküler makinelerin içeriğini nasıl hafife aldığımızı gösteriyor.Küçük moleküller örneği, onlara yeni biyolojik aktivite sağlayabilen parazitik moleküler yapılardaki en ustaca yenilikleri nasıl gözden kaçırabileceğimizi gösteriyor.
Birlikte ele alındığında, bu sonuçlar, konakçı kısıtlamalı organizmaların moleküler yapıları ile serbest yaşayan organizmalardaki muadilleri arasındaki farkları anlamamızı geliştirir.Uzun süredir indirgendiği, dejenere olduğu ve çeşitli zayıflatıcı mutasyonlara tabi olduğu düşünülen moleküler makinelerin, bunun yerine sistematik olarak gözden kaçan bir dizi olağandışı yapısal özelliğe sahip olduğunu gösteriyoruz.
Öte yandan, E. cuniculi'nin ribozomlarında bulduğumuz hacimli olmayan rRNA fragmanları ve kaynaşmış fragmanlar, genom indirgemenin, neredeyse 3,5 milyar yıl sonra, yaşamın üç alanında korunan temel moleküler makinenin parçalarını bile değiştirebileceğini öne sürüyor.türlerin bağımsız evrimi.
E. cuniculi ribozomlarındaki şişkin olmayan ve kaynaşmış rRNA fragmanları, endosimbiyotik bakterilerde RNA molekülleri ile ilgili önceki çalışmaların ışığında özellikle ilgi çekicidir.Örneğin, yaprak biti endosymbiont Buchnera aphidicola'da, rRNA ve tRNA moleküllerinin, A+T bileşimi yanlılığı ve yüksek oranda kanonik olmayan baz çiftleri20,50 nedeniyle sıcaklığa duyarlı yapılara sahip olduğu gösterilmiştir.Protein moleküllerindeki değişikliklerin yanı sıra RNA'daki bu değişikliklerin, artık endosimbiyontların ortaklara aşırı bağımlılığından ve endosimbiyontların ısı 21, 23 transfer edememesinden sorumlu olduğu düşünülmektedir.Parazitik microsporidia rRNA yapısal olarak farklı değişikliklere sahip olsa da, bu değişikliklerin doğası, azaltılmış termal kararlılığın ve şaperon proteinlerine daha yüksek bağımlılığın, azaltılmış genomlu organizmalardaki RNA moleküllerinin ortak özellikleri olabileceğini düşündürmektedir.
Öte yandan, yapılarımız, parazit mikrosporidyasının, geniş çapta korunmuş rRNA ve protein fragmanlarına direnme konusunda benzersiz bir yetenek geliştirdiğini ve dejenere rRNA ve protein fragmanlarının yapısal mimikleri olarak bol miktarda ve kolaylıkla temin edilebilen küçük metabolitleri kullanma kabiliyeti geliştirdiğini göstermektedir.Moleküler yapı bozulması..Bu görüş, E. cuniculi'nin rRNA ve ribozomlarındaki protein parçalarının kaybını telafi eden küçük moleküllerin, uL15 ve eL30 proteinlerindeki mikrosporidiaya özgü kalıntılara bağlanması gerçeğiyle desteklenmektedir.Bu, küçük moleküllerin ribozomlara bağlanmasının, ribozomal proteinlerdeki Microsporidia'ya özgü mutasyonların, daha verimli ribozomal organizmalara yol açabilecek küçük moleküller için ribozomların afinitesini artırma yetenekleri nedeniyle seçildiği pozitif seçimin bir ürünü olabileceğini düşündürmektedir.Keşif, mikrobiyal parazitlerin moleküler yapısında akıllı bir yeniliği ortaya koyuyor ve indirgeyici evrime rağmen parazit moleküler yapılarının işlevlerini nasıl sürdürdüğünü daha iyi anlamamızı sağlıyor.
Şu anda, bu küçük moleküllerin tanımlanması belirsizliğini koruyor.Ribozomal yapıdaki bu küçük moleküllerin görünümünün mikrosporidia türleri arasında neden farklılık gösterdiği açık değildir.Özellikle, V. necatrix'in eL20 ve K172 proteinlerinde F170 kalıntısının varlığına rağmen, nükleotid bağlanmasının neden V. necatrix ribozomlarında değil de E. cuniculi ve P. locustae ribozomlarında gözlemlendiği açık değildir.Bu delesyona, V. necatrix'te tirozin olan ve E. cuniculi ve P. locustae'de treonin olmayan kalıntı 43 uL6 (nükleotid bağlama cebine bitişik konumlanmış) neden olabilir.Tyr43'ün hacimli aromatik yan zinciri, sterik örtüşme nedeniyle nükleotid bağlanmasına müdahale edebilir.Alternatif olarak, belirgin nükleotit silinmesi, V. necatrix ribozomal fragmanlarının modellenmesini engelleyen kriyo-EM görüntülemenin düşük çözünürlüğünden kaynaklanıyor olabilir.
Öte yandan, çalışmamız, genom bozunma sürecinin yaratıcı bir güç olabileceğini öne sürüyor.Özellikle, E. cuniculi ribozomunun yapısı, mikrosporidia ribozomundaki rRNA ve protein parçalarının kaybının, ribozom yapısındaki değişiklikleri teşvik eden evrimsel baskı yarattığını öne sürer.Bu varyantlar, ribozomun aktif bölgesinden uzakta meydana gelir ve aksi takdirde indirgenmiş rRNA tarafından bozulacak olan optimal ribozom düzeneğinin korunmasına (veya eski haline getirilmesine) yardımcı oluyor gibi görünmektedir.Bu, mikrosporidia ribozomunun büyük bir yeniliğinin, gen kaymasını tamponlama ihtiyacına dönüşmüş gibi göründüğünü gösteriyor.
Belki de bu, şimdiye kadar diğer organizmalarda hiç gözlemlenmemiş olan nükleotid bağlanmasıyla en iyi şekilde açıklanabilir.Nükleotit bağlayıcı kalıntıların diğer ökaryotlarda değil de tipik mikrosporidialarda mevcut olması gerçeği, nükleotid bağlayıcı bölgelerin sadece kaybolmayı bekleyen kalıntılar veya rRNA'nın tek tek nükleotidler formuna geri döndürülmesi için nihai bölge olmadığını düşündürür.Bunun yerine, bu site, birkaç olumlu seçim turunda gelişebilecek kullanışlı bir özellik gibi görünüyor.Nükleotit bağlama bölgeleri, doğal seçilimin bir yan ürünü olabilir: ES39L bozunduğunda, mikrosporidia, ES39L'nin yokluğunda optimal ribozom biyogenezini eski haline getirmek için tazminat aramaya zorlanır.Bu nükleotit, ES39L'deki A3186 nükleotidinin moleküler temaslarını taklit edebildiğinden, nükleotit molekülü, eL30 dizisinin mutasyonu ile bağlanması daha da iyileştirilen ribozomun bir yapı taşı haline gelir.
Hücre içi parazitlerin moleküler evrimi ile ilgili olarak, çalışmamız, Darwinci doğal seçilimin kuvvetlerinin ve genom çürümesinin genetik sürüklenmesinin paralel olarak çalışmadığını, ancak salınım yaptığını göstermektedir.İlk olarak, genetik sürüklenme, biyomoleküllerin önemli özelliklerini ortadan kaldırarak telafiyi şiddetle gerekli kılıyor.Parazitler, ancak Darwinci doğal seçilim yoluyla bu ihtiyaçlarını karşıladıklarında, makromolekülleri en etkileyici ve yenilikçi özelliklerini geliştirme şansına sahip olacaktır.Daha da önemlisi, E. cuniculi ribozomundaki nükleotit bağlanma bölgelerinin evrimi, moleküler evrimin bu kazan-kazan modeli modelinin yalnızca zararlı mutasyonları amorti etmekle kalmayıp, bazen parazitik makromoleküller üzerinde tamamen yeni işlevler kazandırdığını öne sürer.
Bu fikir, katı bir doğal seçilim sisteminin organizmaların yenilik yapma yeteneğini sınırladığını belirten Sewell Wright'ın hareketli denge teorisiyle tutarlıdır51,52,53.Bununla birlikte, eğer genetik sürüklenme doğal seçilimi bozarsa, bu sürüklenmeler kendi içlerinde uyarlanabilir (hatta zararlı) olmayan değişiklikler üretebilir, ancak daha yüksek uyum veya yeni biyolojik aktivite sağlayan başka değişikliklere yol açabilir.Çerçevemiz, bir biyomolekülün kıvrımını ve işlevini azaltan aynı tür mutasyonun, onun gelişmesi için ana tetikleyici gibi göründüğünü göstererek bu fikri desteklemektedir.Kazan-kazan evrim modeli doğrultusunda, çalışmamız, geleneksel olarak dejeneratif bir süreç olarak görülen genom çürümesinin, bazen ve hatta belki de sıklıkla makromoleküllerin yeni parazitik faaliyetler kazanmasına izin vererek, inovasyonun da önemli bir itici gücü olduğunu gösteriyor.onları kullanabilir.