A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 is the causative agent of the ongoing coronavirus disease pandemic. Initial estimates of the early dynamics of the outbreak in Wuhan, China, suggested a doubling time of the number of infected persons of 6–7 days and a basic reproductive number (R0) of 2.2–2.7. We collected extensive individual case reports across China and estimated key epidemiologic parameters, including the incubation period (4.2 days). We then designed 2 mathematical modeling approaches to infer the outbreak dynamics in Wuhan by using high-resolution domestic travel and infection data. Results show that the doubling time early in the epidemic in Wuhan was 2.3–3.3 days. Assuming a serial interval of 6–9 days, we calculated a median R0 value of 5.7 (95% CI 3.8–8.9). We further show that active surveillance, contact tracing, quarantine, and early strong social distancing efforts are needed to stop transmission of the virus.

Despite improved control measures, Ebola remains a serious public health risk in African regions where recurrent outbreaks have been observed since the initial epidemic in 1976. Using epidemic modeling and data from two well-documented Ebola outbreaks (Congo 1995 and Uganda 2000), we estimate the number of secondary cases generated by an index case in the absence of control interventions R0. Our estimate of R0 is 1.83 (SD 0.06) for Congo (1995) and 1.34 (SD 0.03) for Uganda (2000). We model the course of the outbreaks via an SEIR (susceptible-exposed-infectious-removed) epidemic model that includes a smooth transition in the transmission rate after control interventions are put in place. We perform an uncertainty analysis of the basic reproductive number R0 to quantify its sensitivity to other disease-related parameters. We also analyse the sensitivity of the final epidemic size to the time interventions begin and provide a distribution for the final epidemic size. The control measures implemented during these two outbreaks (including education and contact tracing followed by quarantine) reduce the final epidemic size by a factor of 2 relative the final size with a 2-week delay in their implementation.

All current vaccines for COVID-19 utilize ancestral SARS-CoV-2 spike with the goal of generating protective neutralizing antibodies. The recent emergence and rapid spread of several SARS-CoV-2 variants carrying multiple spike mutations raise concerns about possible immune escape. One variant, first identified in the United Kingdom (B.1.1.7, also called 20I/501Y.V1), contains eight spike mutations with potential to impact antibody therapy, vaccine efficacy, and risk of reinfection. Here, we show that B.1.1.7 remains sensitive to neutralization, albeit at moderately reduced levels (∼sim;2-fold), by serum samples from convalescent individuals and recipients of an mRNA vaccine (mRNA-1273, Moderna) and a protein nanoparticle vaccine (NVX-CoV2373, Novavax). A subset of monoclonal antibodies to the receptor binding domain (RBD) of spike are less effective against the variant, while others are largely unaffected. These findings indicate that variant B.1.1.7 is unlikely to be a major concern for current vaccines or for an increased risk of reinfection.

The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein acquired a D614G mutation early in the pandemic that confers greater infectivity and is now the globally dominant form. To determine whether D614G might also mediate neutralization escape that could compromise vaccine efficacy, sera from spike-immunized mice, nonhuman primates, and humans were evaluated for neutralization of pseudoviruses bearing either D614 or G614 spike. In all cases, the G614 pseudovirus was moderately more susceptible to neutralization. The G614 pseudovirus also was more susceptible to neutralization by receptor-binding domain (RBD) monoclonal antibodies and convalescent sera from people infected with either form of the virus. Negative stain electron microscopy revealed a higher percentage of the 1-RBD "up" conformation in the G614 spike, suggesting increased epitope exposure as a mechanism of enhanced vulnerability to neutralization. Based on these findings, the D614G mutation is not expected to be an obstacle for current vaccine development.

ABSTRACT The SARS-CoV-2 Spike glycoprotein mediates virus entry and is a major target for neutralizing antibodies. All current vaccines are based on the ancestral Spike with the goal of generating a protective neutralizing antibody response. Several novel SARS-CoV-2 variants with multiple Spike mutations have emerged, and their rapid spread and potential for immune escape have raised concerns. One of these variants, first identified in the United Kingdom, B.1.1.7 (also called VUI202012/01), contains eight Spike mutations with potential to impact antibody therapy, vaccine efficacy and risk of reinfection. Here we employed a lentivirus-based pseudovirus assay to show that variant B.1.1.7 remains sensitive to neutralization, albeit at moderately reduced levels (~2-fold), by serum samples from convalescent individuals and recipients of two different vaccines based on ancestral Spike: mRNA-1273 (Moderna), and protein nanoparticle NVX-CoV2373 (Novavax). Some monoclonal antibodies to the receptor binding domain (RBD) of Spike were less effective against the variant while others were largely unaffected. These findings indicate that B.1.1.7 is not a neutralization escape variant that would be a major concern for current vaccines, or for an increased risk of reinfection.

The ubiquity of sex and recombination in nature is widely viewed as enigmatic, despite an abundance of limited-scope explanations. Natural selection, it seems, should amplify well-matched combinations of genes. Recombination would break up these well-matched combinations and should thus be suppressed. We show, to the contrary, that on average: 1) natural selection amplifies poorly-matched gene combinations and 2) creates time-averaged negative associations in the process. Recombination breaks up these poorly-matched combinations, neutralizes the negative associations, and should thus be passively and universally favored.

The ubiquity of sex and recombination in nature has eluded unified explanation since the time of Darwin. Conditions that promote the evolution of recombination, broadly defined as any form of genetic mixing, are fairly well understood: it is favored when genomes tend to contain more selectively mismatched combinations of alleles than can be explained by chance alone. Yet, while a variety of theoretical approaches have been put forth to explain why such conditions would prevail in natural populations, each has turned out to be of limited scope and applicability. Here, we show, simply and surprisingly, that natural selection acting on standing heritable variation always creates conditions favoring the evolution of recombination, in expectation. Specifically, we find that, in expectation: 1) the mean selective advantage of recombinants is non-negative, 2) the mean selective advantage of a recombination-competent modifier is non-negative, and 3) the asymptotic frequency of a recombination-competent modifier is close to one and is independent of the strength of selection. Remarkably, these findings are independent of the distribution of genic fitnesses in the standing heritable variation upon which natural selection acts, implying that the source of this variation is immaterial. Taken together, our findings indicate that: 1) the evolution of recombination should be promoted in expectation wherever natural selection is operating, and 2) sex and recombination may have evolved more as a byproduct than as a catalyst of natural selection.

Abstract Lipoarabinomannan (LAM), an amphiphilic lipoglycan of the Mycobacterium tuberculosis cell wall, is a diagnostic target for tuberculosis. Previous work from our laboratory and others suggests that LAM is associated with host serum lipoproteins, which may in turn have implications for diagnostic assays. Our team has developed two serum assays for amphiphile detection: lipoprotein capture and membrane insertion. The lipoprotein capture assay relies on capture of the host lipoproteins, exploiting the biological association of host lipoprotein with microbial amphiphilic biomarkers to “concentrate” LAM. In contrast, the membrane insertion assay is independent of the association between pathogen amphiphiles and host lipoprotein association, and directly captures LAM based on its thermodynamic propensity for association with a supported lipid membrane, which forms the functional surface of an optical biosensor. In this manuscript, we explored the use of these assays for the detection of LAM in sera from adults whose tuberculosis status had been well-characterized using conventional microbiological tests, and endemic controls. Using the lipoprotein capture assay, LAM signal/noise ratios were >1.0 in 29/35 (83%) individuals with culture-confirmed active tuberculosis, 8/13 (62%) individuals with tuberculosis symptoms but no positive culture for M. tuberculosis , and 0/6 (0%) symptom-free endemic controls. To evaluate serum LAM levels without bias associated with potential differences in circulating host lipoprotein concentrations between individuals, we subsequently processed available samples to liberate LAM from associated host lipoprotein assemblies followed by direct detection of the pathogen biomarker using the membrane insertion approach. Using the membrane insertion assay, signal/noise for detection of serum LAM was greater than that observed using the lipoprotein capture method for culture-confirmed TB patients (6/6), yet remained negative for controls (2/2). Taken together, these results suggest that detection of serum LAM is a promising TB diagnostic approach. Further work is required to optimize assay performance and to decipher the implications of LAM/host lipoprotein associations for diagnostic assay performance and TB pathogenesis.

Summary Background Throughout the COVID-19 pandemic, the SARS-CoV-2 virus has continued to evolve, with new variants outcompeting existing variants and often leading to different dynamics of disease spread. Methods In this paper, we performed a retrospective analysis using longitudinal sequencing data to characterize differences in the speed, calendar timing, and magnitude of 13 SARS-CoV-2 variant waves/transitions for 215 countries and sub-country regions, between October 2020 and October 2022. We then clustered geographic locations in terms of their variant behavior across all Omicron variants, allowing us to identify groups of locations exhibiting similar variant transitions. Finally, we explored relationships between heterogeneity in these variant waves and time-varying factors, including vaccination status of the population, governmental policy, and the number of variants in simultaneous competition. Findings This work demonstrates associations between the behavior of an emerging variant and the number of co-circulating variants as well as the demographic context of the population. We also observed an association between high vaccination rates and variant transition dynamics prior to the Mu and Delta variant transitions. Interpretation These results suggest the behavior of an emergent variant may be sensitive to the immunologic and demographic context of its location. Additionally, this work represents the most comprehensive characterization of variant transitions globally to date. Funding Laboratory Directed Research and Development (LDRD), Los Alamos National Laboratory Research in context Evidence before this study SARS-CoV-2 variants with a selective advantage are continuing to emerge, resulting in variant transitions that can give rise to new waves in global COVID-19 cases and changing dynamics of disease spread. While variant transitions have been well studied individually, more work is needed to better understand how variant transitions have occurred in the past and how properties of these transitions may relate to vaccination rates, natural immunity, and population demographics. Added value of this study Our retrospective study integrates metadata based on 12.8 million SARS-CoV-2 sequences available through the Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID) with clinical and demographic data to characterize heterogeneity in variant waves/transitions across the globe throughout the COVID-19 pandemic. We demonstrate that properties of the variant transitions (e.g., speed, timing, and magnitude of the transition) are associated with vaccination rates, prior COVID-19 cases, and the number of co-circulating variants in competition. Implications of all the available evidence Our results indicate that there is substantial heterogeneity in how an emerging variant may compete with other viral variants across locations, and suggest that each location’s contemporaneous immunologic landscape may play a role in these interactions.