The SARS-CoV-2 lineage B.1.1.7, designated variant of concern (VOC) 202012/01 by Public Health England1, was first identified in the UK in late summer to early autumn 20202. Whole-genome SARS-CoV-2 sequence data collected from community-based diagnostic testing for COVID-19 show an extremely rapid expansion of the B.1.1.7 lineage during autumn 2020, suggesting that it has a selective advantage. Here we show that changes in VOC frequency inferred from genetic data correspond closely to changes inferred by S gene target failures (SGTF) in community-based diagnostic PCR testing. Analysis of trends in SGTF and non-SGTF case numbers in local areas across England shows that B.1.1.7 has higher transmissibility than non-VOC lineages, even if it has a different latent period or generation time. The SGTF data indicate a transient shift in the age composition of reported cases, with cases of B.1.1.7 including a larger share of under 20-year-olds than non-VOC cases. We estimated time-varying reproduction numbers for B.1.1.7 and co-circulating lineages using SGTF and genomic data. The best-supported models did not indicate a substantial difference in VOC transmissibility among different age groups, but all analyses agreed that B.1.1.7 has a substantial transmission advantage over other lineages, with a 50% to 100% higher reproduction number.

SARS-CoV-2 can mutate and evade immunity, with consequences for efficacy of emerging vaccines and antibody therapeutics. Here, we demonstrate that the immunodominant SARS-CoV-2 spike (S) receptor binding motif (RBM) is a highly variable region of S and provide epidemiological, clinical, and molecular characterization of a prevalent, sentinel RBM mutation, N439K. We demonstrate N439K S protein has enhanced binding affinity to the hACE2 receptor, and N439K viruses have similar in vitro replication fitness and cause infections with similar clinical outcomes as compared to wild type. We show the N439K mutation confers resistance against several neutralizing monoclonal antibodies, including one authorized for emergency use by the US Food and Drug Administration (FDA), and reduces the activity of some polyclonal sera from persons recovered from infection. Immune evasion mutations that maintain virulence and fitness such as N439K can emerge within SARS-CoV-2 S, highlighting the need for ongoing molecular surveillance to guide development and usage of vaccines and therapeutics.

Abstract Two cats from different COVID-19-infected households in the UK were found to be infected with SARS-CoV-2 from humans, demonstrated by immunofluorescence, in situ hybridisation, reverse transcriptase quantitative PCR and viral genome sequencing. Lung tissue collected post-mortem from cat 1 displayed pathological and histological findings consistent with viral pneumonia and tested positive for SARS-CoV-2 antigens and RNA. SARS-CoV-2 RNA was detected in an oropharyngeal swab collected from cat 2 that presented with rhinitis and conjunctivitis. High throughput sequencing of the virus from cat 2 revealed that the feline viral genome contained five single nucleotide polymorphisms (SNPs) compared to the nearest UK human SARS-CoV-2 sequence. An analysis of cat 2’s viral genome together with nine other feline-derived SARS-CoV-2 sequences from around the world revealed no shared catspecific mutations. These findings indicate that human-to-cat transmission of SARS-CoV-2 occurred during the COVID-19 pandemic in the UK, with the infected cats developing mild or severe respiratory disease. Given the versatility of the new coronavirus, it will be important to monitor for human-to-cat, cat-to-cat and cat-to-human transmission.

Abstract The expansion of tropical mosquito habitats and associated arboviruses is a risk for human health, and it thus becomes fundamental to identify new antiviral strategies. In this study we employ a new approach to elucidate the composition of the ribonucleoproteins (RNPs) of a prototypical arbovirus called Sindbis (SINV). SINV RNPs contain 453 cellular and 6 viral proteins, many of these proteins are nuclear in uninfected cells and redistribute to the cytoplasm upon infection. These findings suggest that SINV RNAs act as ’spiderwebs’, capturing host factors required for viral replication and gene expression in the cytoplasm. Functional perturbation of several of these host proteins causes profound effects in virus infection, as illustrated here with the tRNA ligase complex. Moreover, inhibition of viral RNP components with available drugs hampers the infection of a wide range of viruses, opening new avenues for the development of broad-spectrum therapies. Research highlights SINV RNA interactome includes 453 cellular and 6 viral proteins. Nuclear RBPs that interact with SINV RNA are selectively redistributed to the cytoplasm upon infection The tRNA ligase complex plays major regulatory roles in SINV and SARS-CoV- 2 replication The SINV RNA interactome is enriched in pan-viral regulators with therapeutic potential.

ABSTRACT SARS-CoV-2 has continued to evolve throughout the COVID-19 pandemic, giving rise to multiple variants of concern (VOCs) with different biological properties. As the pandemic progresses, it will be essential to test in near real time the potential of any new emerging variant to cause severe disease. BA.1 (Omicron) was shown to be attenuated compared to the previous VOCs like Delta, but it is possible that newly emerging variants may regain a virulent phenotype. Hamsters have been proven to be an exceedingly good model for SARS-CoV-2 pathogenesis. Here, we aimed to develop robust quantitative pipelines to assess the virulence of SARS-CoV-2 variants in hamsters. We used various approaches including RNAseq, RNA in situ hybridization, immunohistochemistry, and digital pathology, including software assisted whole section imaging and downstream automatic analyses enhanced by machine learning, to develop methods to assess and quantify virus-induced pulmonary lesions in an unbiased manner. Initially, we used Delta and Omicron to develop our experimental pipelines. We then assessed the virulence of recent Omicron sub-lineages including BA.5, XBB, BQ.1.18, BA.2 and BA.2.75. We show that in experimentally infected hamsters, accurate quantification of alveolar epithelial hyperplasia and macrophage infiltrates represent robust markers for assessing the extent of virus-induced pulmonary pathology, and hence virus virulence. In addition, using these pipelines, we could reveal how some Omicron sub-lineages (e.g., BA.2.75) have regained virulence compared to the original BA.1. Finally, to maximise the utility of the digital pathology pipelines reported in our study, we developed an online repository containing representative whole organ histopathology sections that can be visualised at variable magnifications ( https://covid-atlas.cvr.gla.ac.uk ). Overall, this pipeline can provide unbiased and invaluable data for rapidly assessing newly emerging variants and their potential to cause severe disease.

Summary Despite an unprecedented global research effort on SARS-CoV-2, early replication events remain poorly understood. Given the clinical importance of emergent viral variants with increased transmission, there is an urgent need to understand the early stages of viral replication and transcription. We used single molecule fluorescence in situ hybridisation (smFISH) to quantify positive sense RNA genomes with 95% detection efficiency, while simultaneously visualising negative sense genomes, sub-genomic RNAs and viral proteins. Our absolute quantification of viral RNAs and replication factories revealed that SARS-CoV-2 genomic RNA is long-lived after entry, suggesting that it avoids degradation by cellular nucleases. Moreover, we observed that SARS-CoV-2 replication is highly variable between cells, with only a small cell population displaying high burden of viral RNA. Unexpectedly, the B.1.1.7 variant, first identified in the UK, exhibits significantly slower replication kinetics than the Victoria strain, suggesting a novel mechanism contributing to its higher transmissibility with important clinical implications. Graphical Abstract In brief By detecting nearly all individual SARS-CoV-2 RNA molecules, we quantified viral replication and defined cell susceptibility to infection. We discovered that a minority of cells show significantly elevated viral RNA levels and observed slower replication kinetics for the Alpha variant relative to the Victoria strain. Highlights Single molecule quantification of SARS-CoV-2 replication uncovers early infection kinetics There is substantial heterogeneity between cells in rates of SARS-CoV-2 replication Genomic RNA is stable and persistent during the initial stages of infection B.1.1.7 variant replicates more slowly than the Victoria strain

SUMMARY The initial steps of the human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) lifecycle are regulated by cellular RNA-binding proteins (RBPs). To understand the scope of these early host-virus interactions, we developed in virion RNA interactome capture (ivRIC), which allowed the comprehensive and systematic profiling of the proteins that interact with the HIV-1 genomic (g)RNA inside viral particles. ivRIC identified 104 cellular RBPs within the encapsidated HIV-1 ribonucleoprotein, many of which are typically found in the cellular nucleus. Notably, these nuclear RBPs interact with the HIV-1 RBP Rev, suggesting that they associate with HIV-1 gRNA during its nuclear life. Functional assays show that ivRBPs are important for HIV-1, including PURA and PURB, which control viral gene expression and infectivity through interaction with critical sequences in the gRNA. Our characterisation of the composition of the encapsidated ribonucleoprotein of HIV-1 uncovers new host-virus interactions that invokes new mechanisms for controlling HIV-1 infection.

Abstract Most viral diseases display a variable clinical outcome due to differences in virus strain virulence and/or individual host susceptibility to infection. Understanding the biological mechanisms differentiating a viral infection displaying severe clinical manifestations from its milder forms can provide the intellectual framework toward therapies and early prognostic markers. This is especially true in arbovirus infections, where most clinical cases are present as mild febrile illness. Here, we used a naturally occurring vector-borne viral disease of ruminants, bluetongue, as an experimental system to uncover the fundamental mechanisms of virus-host interactions resulting in distinct clinical outcomes. As with most viral diseases, clinical symptoms in bluetongue can vary dramatically. We reproduced experimentally distinct clinical forms of bluetongue infection in sheep using three bluetongue virus (BTV) strains (BTV-1 IT2006 , BTV-1 IT2013 and BTV-8 FRA2017 ). Infected animals displayed clinical signs varying from clinically unapparent, to mild and severe disease. We collected and integrated clinical, haematological, virological, and histopathological data resulting in the analyses of 332 individual parameters from each infected and uninfected control animal. We subsequently used machine learning to identify the key viral and host processes associated with disease pathogenesis. We identified five different fundamental processes affecting the severity of bluetongue: (i) virus load and replication in target organs, (ii) modulation of the host type-I IFN response, (iii) pro-inflammatory responses, (iv) vascular damage, and (v) immunosuppression. Overall, our study using an agnostic machine learning approach, can be used to prioritise the different pathogenetic mechanisms affecting the disease outcome of an arbovirus infection.

SARS-CoV-2 can mutate to evade immunity, with consequences for the efficacy of emerging vaccines and antibody therapeutics. Herein we demonstrate that the immunodominant SARS-CoV-2 spike (S) receptor binding motif (RBM) is the most divergent region of S, and provide epidemiological, clinical, and molecular characterization of a prevalent RBM variant, N439K. We demonstrate that N439K S protein has enhanced binding affinity to the hACE2 receptor, and that N439K virus has similar clinical outcomes and in vitro replication fitness as compared to wild- type. We observed that the N439K mutation resulted in immune escape from a panel of neutralizing monoclonal antibodies, including one in clinical trials, as well as from polyclonal sera from a sizeable fraction of persons recovered from infection. Immune evasion mutations that maintain virulence and fitness such as N439K can emerge within SARS-CoV-2 S, highlighting the need for ongoing molecular surveillance to guide development and usage of vaccines and therapeutics.