Comprehensive Analysis of SARS-CoV-2 Spike Evolution: Epitope Classification and Immune Escape Prediction
Notice bibliographique
Résumé
The evolution of SARS-CoV-2, the virus responsible for the COVID-19 pandemic, has produced unprecedented numbers of structures of the Spike protein. This study presents a comprehensive analysis of 1,560 published Spike protein structures, capturing most variants that emerged throughout the pandemic and covering diverse heteromerization and interacting complexes. We employ an interaction-energy informed geometric clustering to identify 14 epitopes characterized by their conformational specificity, shared interface with ACE2 binding, and glycosylation patterns. Our per-residue interaction evaluations accurately predict each residue's role in antibody recognition and as well as experimental measurements of immune escape, showing strong correlations with DMS data, thus making it possible to predict the behaviour of future variants. We integrate the structural analysis with a longitudinal analysis of nearly 3 million viral sequences. This broad-ranging structural and longitudinal analysis provides insight into the effect of specific mutations on the energetics of interactions and dynamics of the SARS-CoV-2 Spike protein during the course of the pandemic. Specifically, with the emergence of widespread immunity, we observe an enthalpic trade-off in which mutations in the receptor binding motif (RBM) that promote immune escape also weaken the interaction with ACE2. Additionally, we also observe a second mechanism, that we call entropic trade-off, in which mutations outside of the RBM contribute to decrease the occupancy of the open state of SARS-CoV-2 Spike, thus also contributing to immune escape at the expense of ACE2 binding but without changes on the ACE2 binding interface. This work not only highlights the role of mutations across SARS-CoV-2 Spike variants but also reveals the complex interplay of evolutionary forces shaping the evolution of the SARS-CoV-2 Spike protein over the course of the pandemic.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».