Longitudinal Analysis of SARS-CoV-2 Genome Reveals Changing Mutation Patterns and T-cell epitopes

Abstract

During the pandemic, people worldwide suffered greatly from SARS-CoV-2, and even after vaccination, infections continued. This virus is known to accumulate mutations, enabling it to evade immune responses and alter interactions with human cells. To enhance understanding of the mutations and evolution of the coronavirus, we analyzed 6,392,101 sequences collected from 2019 to 2022, identifying 4,590,994 mutations. By examining the occurrence and accumulation of these mutations, we identified an increasing number of mutations that rose in proportion over time, predominantly clustered in the RBD and NTD regions of the spike protein. These mutations were mostly located at antibody-binding sites, suggesting that they are an attempt to evade B-cell mediated immune pressure through mutations. Consequently, these mutations likely enhance viral fitness. T-cell-mediated immune pressure was found to have a minimal impact on mutations, as shown through affinity and strong binder analyses across different variants and HLA types. This study confirms that antibody-mediated immune pressure significantly influences SARS-CoV-2 mutation formation, providing insights valuable for addressing future viruses and variants.

코로나바이러스의 유행 기간 전 세계 사람들은 SARS-CoV-2에 의해 많은 고통을 받고 있었고 백신을 맞은 이후에도 계속해서 걸리는 현상이 있었습니다. 이 바이러스는 돌연변이를 쌓아가면서 사람의 면역을 회피하기도 하고 사람의 세포와 상호작용을 바꾸기도 했다고 알려져 있습니다. 코로나바이러스의 돌연변이와 진화에 대한 이해를 높이고자 2019년부터 2022년까지 6,392,101개의 서열을 이용해 4,590,994개의 돌연변이를 찾아 분석을 진행했습니다. 돌연변이들의 발생과 누적을 확인해 시간에 따라 비율이 증가하는 “증가” 돌연변이를 찾을 수 있었고, 이 돌연변이들은 Spike 단백질의 수용체 결합 부위와 N 말단 영역에 몰려있음을 확인했습니다. 특히 대부분의 돌연변이가 항체가 붙는 위치였음을 확인해 B세포에 의한 면역 압력이 작용했음을 알 수 있었습니다. 이를 통해 유의미하게 증가하는 돌연변이들은 바이러스의 적합도를 높이리라는 것을 알 수 있었습니다. T세포에 의한 면역 압력은 돌연변이에 크게 영향을 주지 못하는 것을 변종과 HLA의 입장에서 친화도와 strong binder를 통해 확인할 수 있었습니다. 이번 연구를 통해 SARS-CoV-2의 돌연변이 형성에 크게 영향을 주는 것은 항체에 의한 면역 압력이라는 것을 확인할 수 있었고, 이후에 새로운 바이러스 또는 변이에 대한 대응에 도움이 될 것으로 생각합니다.