Long-term severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) shedding was observed from the upper respiratory tract of a female immunocompromised individual with chronic lymphocytic leukemia and acquired hypogammaglobulinemia. Shedding of infectious SARS-CoV-2 was observed up to 70 days, and of genomic and subgenomic RNA up to 105 days, after initial diagnosis. The infection was not cleared after the first treatment with convalescent plasma, suggesting a limited effect on SARS-CoV-2 in the upper respiratory tract of this individual. Several weeks after a second convalescent plasma transfusion, SARS-CoV-2 RNA was no longer detected. We observed marked within-host genomic evolution of SARS-CoV-2 with continuous turnover of dominant viral variants. However, replication kinetics in Vero E6 cells and primary human alveolar epithelial tissues were not affected. Our data indicate that certain immunocompromised individuals may shed infectious virus longer than previously recognized. Detection of subgenomic RNA is recommended in persistently SARS-CoV-2-positive individuals as a proxy for shedding of infectious virus.

Effective therapies to treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) are urgently needed. While many investigational, approved, and repurposed drugs have been suggested as potential treatments, preclinical data from animal models can guide the search for effective treatments by ruling out those that lack efficacy in vivo. Remdesivir (GS-5734) is a nucleotide analogue prodrug with broad antiviral activity1,2 that is currently being investigated in COVID-19 clinical trials and recently received Emergency Use Authorization from the US Food and Drug Administration3,4. In animal models, remdesivir was effective against infection with Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV)2,5,6. In vitro, remdesivir inhibited replication of SARS-CoV-27,8. Here we investigate the efficacy of remdesivir in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection9. Unlike vehicle-treated animals, macaques treated with remdesivir did not show signs of respiratory disease; they also showed reduced pulmonary infiltrates on radiographs and reduced virus titres in bronchoalveolar lavages twelve hours after the first dose. Virus shedding from the upper respiratory tract was not reduced by remdesivir treatment. At necropsy, remdesivir-treated animals had lower lung viral loads and reduced lung damage. Thus, treatment with remdesivir initiated early during infection had a clinical benefit in rhesus macaques infected with SARS-CoV-2. Although the rhesus macaque model does not represent the severe disease observed in some patients with COVID-19, our data support the early initiation of remdesivir treatment in patients with COVID-19 to prevent progression to pneumonia. The nucleotide analogue prodrug remdesivir reduces viral load and lung disease in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection.

Genome sequences are available for many bacterial strains, but there has been little progress in using these data to understand the molecular basis of pathogen emergence and differences in strain virulence. Serotype M3 strains of group A Streptococcus (GAS) are a common cause of severe invasive infections with unusually high rates of morbidity and mortality. To gain insight into the molecular basis of this high-virulence phenotype, we sequenced the genome of strain MGAS315, an organism isolated from a patient with streptococcal toxic shock syndrome. The genome is composed of 1,900,521 bp, and it shares ≈1.7 Mb of related genetic material with genomes of serotype M1 and M18 strains. Phage-like elements account for the great majority of variation in gene content relative to the sequenced M1 and M18 strains. Recombination produces chimeric phages and strains with previously uncharacterized arrays of virulence factor genes. Strain MGAS315 has phage genes that encode proteins likely to contribute to pathogenesis, such as streptococcal pyrogenic exotoxin A (SpeA) and SpeK, streptococcal superantigen (SSA), and a previously uncharacterized phospholipase A 2 (designated Sla). Infected humans had anti-SpeK, -SSA, and -Sla antibodies, indicating that these GAS proteins are made in vivo . SpeK and SSA were pyrogenic and toxic for rabbits. Serotype M3 strains with the phage-encoded speK and sla genes increased dramatically in frequency late in the 20th century, commensurate with the rise in invasive disease caused by M3 organisms. Taken together, the results show that phage-mediated recombination has played a critical role in the emergence of a new, unusually virulent clone of serotype M3 GAS.

Acute rheumatic fever (ARF), a sequelae of group A Streptococcus (GAS) infection, is the most common cause of preventable childhood heart disease worldwide. The molecular basis of ARF and the subsequent rheumatic heart disease are poorly understood. Serotype M18 GAS strains have been associated for decades with ARF outbreaks in the U.S. As a first step toward gaining new insight into ARF pathogenesis, we sequenced the genome of strain MGAS8232, a serotype M18 organism isolated from a patient with ARF. The genome is a circular chromosome of 1,895,017 bp, and it shares 1.7 Mb of closely related genetic material with strain SF370 (a sequenced serotype M1 strain). Strain MGAS8232 has 178 ORFs absent in SF370. Phages, phage-like elements, and insertion sequences are the major sources of variation between the genomes. The genomes of strain MGAS8232 and SF370 encode many of the same proven or putative virulence factors. Importantly, strain MGAS8232 has genes encoding many additional secreted proteins involved in human-GAS interactions, including streptococcal pyrogenic exotoxin A (scarlet fever toxin) and two uncharacterized pyrogenic exotoxin homologues, all phage-associated. DNA microarray analysis of 36 serotype M18 strains from diverse localities showed that most regions of variation were phages or phage-like elements. Two epidemics of ARF occurring 12 years apart in Salt Lake City, UT, were caused by serotype M18 strains that were genetically identical, or nearly so. Our analysis provides a critical foundation for accelerated research into ARF pathogenesis and a molecular framework to study the plasticity of GAS genomes.

Intramuscular vaccination with ChAdOx1 nCoV-19/AZD1222 protected rhesus macaques against pneumonia but did not reduce shedding of SARS-CoV-2. Here we investigate whether intranasally administered ChAdOx1 nCoV-19 reduces shedding, using a SARS-CoV-2 virus with the D614G mutation in the spike protein. Viral load in swabs obtained from intranasally vaccinated hamsters was significantly decreased compared to controls and no viral RNA or infectious virus was found in lung tissue, both in a direct challenge and a transmission model. Intranasal vaccination of rhesus macaques resulted in reduced shedding and a reduction in viral load in bronchoalveolar lavage and lower respiratory tract tissue. In conclusion, intranasal vaccination reduced shedding in two different SARS-CoV-2 animal models, justifying further investigation as a potential vaccination route for COVID-19 vaccines.

We investigated ChAdOx1 nCoV-19 (AZD1222) vaccine efficacy against SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) B.1.1.7 and B.1.351 in Syrian hamsters. We previously showed protection against SARS-CoV-2 disease and pneumonia in hamsters vaccinated with a single dose of ChAdOx1 nCoV-19. Here, we observed a 9.5-fold reduction of virus neutralizing antibody titer in vaccinated hamster sera against B.1.351 compared to B.1.1.7. Vaccinated hamsters challenged with B.1.1.7 or B.1.351 did not lose weight compared to control animals. In contrast to control animals, the lungs of vaccinated animals did not show any gross lesions. Minimal to no viral subgenomic RNA (sgRNA) and no infectious virus was detected in lungs of vaccinated animals. Histopathological evaluation showed extensive pulmonary pathology caused by B.1.1.7 or B.1.351 replication in the control animals, but none in the vaccinated animals. These data demonstrate the effectiveness of the ChAdOx1 nCoV-19 vaccine against clinical disease caused by B.1.1.7 or B.1.351 VOCs.

Omicron has demonstrated a competitive advantage over Delta in vaccinated people. To understand this, we designed a transmission chain experiment using naïve, intranasally (IN) or intramuscularly (IM) vaccinated, and previously infected (PI) hamsters. Vaccination and previous infection protected animals from disease and virus replication after Delta and Omicron dual challenge. A gradient in transmission blockage was observed: IM vaccination displayed moderate transmission blockage potential over three airborne chains (approx. 70%), whereas, IN vaccination and PI blocked airborne transmission in >90%. In naïve hamsters, Delta completely outcompeted Omicron within and between hosts after dual infection in onward transmission. Although Delta also outcompeted Omicron in the vaccinated and PI transmission chains, an increase in Omicron competitiveness was observed in these groups. This correlated with the increase in the strength of the humoral response against Delta, with the strongest response seen in PI animals. These data highlight the continuous need to assess the emergence and spread of novel variants in populations with pre-existing immunity and address the additional evolutionary pressure this may exert on the virus.

It remains poorly understood how SARS-CoV-2 infection influences the physiological host factors important for aerosol transmission. We assessed breathing pattern, exhaled droplets, and infectious virus after infection with Alpha and Delta variants of concern (VOC) in the Syrian hamster. Both VOCs displayed a confined window of detectable airborne virus (24-48 h), shorter than compared to oropharyngeal swabs. The loss of airborne shedding was linked to airway constriction resulting in a decrease of fine aerosols (1-10 micrometer) produced, which are suspected to be the major driver of airborne transmission. Male sex was associated with increased viral replication and virus shedding in the air. Next, we compared the transmission efficiency of both variants and found no significant differences. Transmission efficiency varied mostly among donors, 0-100% (including a superspreading event), and aerosol transmission over multiple chain links was representative of natural heterogeneity of exposure dose and downstream viral kinetics. Co-infection with VOCs only occurred when both viruses were shed by the same donor during an increased exposure timeframe (24-48 h). This highlights that assessment of host and virus factors resulting in a differential exhaled particle profile is critical for understanding airborne transmission.

The human genome encodes for over 1,500 RNA-binding proteins (RBPs), which coordinate regulatory events on RNA transcripts (Gerstberger et al., 2014). Most studies of RBPs concentrate on their action on mRNAs that encode protein, which constitute a minority of the transcriptome. A widely neglected subset of our transcriptome derives from integrated retroviral elements termed endogenous retroviruses (ERVs) that comprise ~8% of the human genome. Some ERVs have been shown to be transcribed under physiological and pathological conditions suggesting that sophisticated regulatory mechanisms to coordinate and prevent their ectopic expression exist. However, it is unknown whether RBPs and ERV transcripts directly interact to provide a post-transcriptional layer of regulation. Here, we implemented a computational pipeline to determine the correlation of expression between individual RBPs and ERVs from single-cell or bulk RNA sequencing data. One of our top candidates for an RBP negatively regulating ERV expression was RNA-Binding Motif Protein 4 (RBM4). We used PAR-CLIP to demonstrate that RBM4 indeed bound ERV transcripts at CGG consensus elements. Loss of RBM4 resulted in elevated transcript level of bound ERVs of the HERV-K and -H families, as well as increased expression of HERV-K envelope protein. We pinpointed RBM4 regulation of HERV-K to a CGG-containing element that is conserved in the long terminal repeats (LTRs) of HERV-K-10 and -K-11, and validated the functionality of this site using reporter assays. In summary, we identified RBPs as potential regulators of ERV function and demonstrate a new role for RBM4 in controlling ERV expression.

Background: Effective therapeutics to treat COVID-19 are urgently needed. Remdesivir is a nucleotide prodrug with in vitro and in vivo efficacy against coronaviruses. Here, we tested the efficacy of remdesivir treatment in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection. Methods: To evaluate the effect of remdesivir treatment on SARS-CoV-2 disease outcome, we used the recently established rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection that results in transient lower respiratory tract disease. Two groups of six rhesus macaques were infected with SARS-CoV-2 and treated with intravenous remdesivir or an equal volume of vehicle solution once daily. Clinical, virological and histological parameters were assessed regularly during the study and at necropsy to determine treatment efficacy. Results: In contrast to vehicle-treated animals, animals treated with remdesivir did not show signs of respiratory disease and had reduced pulmonary infiltrates on radiographs. Virus titers in bronchoalveolar lavages were significantly reduced as early as 12hrs after the first treatment was administered. At necropsy on day 7 after inoculation, lung viral loads of remdesivir-treated animals were significantly lower and there was a clear reduction in damage to the lung tissue. Conclusions: Therapeutic remdesivir treatment initiated early during infection has a clear clinical benefit in SARS-CoV-2-infected rhesus macaques. These data support early remdesivir treatment initiation in COVID-19 patients to prevent progression to severe pneumonia.### Competing Interest StatementThe authors affiliated with Gilead Sciences are employees of the company and own company stock. The authors affiliated with NIH have no conflict of interest to report.