The development of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines and therapeutics will depend on understanding viral immunity. We studied T cell memory in 42 patients following recovery from COVID-19 (28 with mild disease and 14 with severe disease) and 16 unexposed donors, using interferon-γ-based assays with peptides spanning SARS-CoV-2 except ORF1. The breadth and magnitude of T cell responses were significantly higher in severe as compared with mild cases. Total and spike-specific T cell responses correlated with spike-specific antibody responses. We identified 41 peptides containing CD4

The race to produce vaccines against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) began when the first sequence was published, and this forms the basis for vaccines currently deployed globally. Independent lineages of SARS-CoV-2 have recently been reported: UK, B.1.1.7; South Africa, B.1.351; and Brazil, P.1. These variants have multiple changes in the immunodominant spike protein that facilitates viral cell entry via the angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) receptor. Mutations in the receptor recognition site on the spike are of great concern for their potential for immune escape. Here, we describe a structure-function analysis of B.1.351 using a large cohort of convalescent and vaccinee serum samples. The receptor-binding domain mutations provide tighter ACE2 binding and widespread escape from monoclonal antibody neutralization largely driven by E484K, although K417N and N501Y act together against some important antibody classes. In a number of cases, it would appear that convalescent and some vaccine serum offers limited protection against this variant.

Summary

 On 24^th November 2021, the sequence of a new SARS-CoV-2 viral isolate Omicron-B.1.1.529 was announced, containing far more mutations in Spike (S) than previously reported variants. Neutralization titers of Omicron by sera from vaccinees and convalescent subjects infected with early pandemic Alpha, Beta, Gamma, or Delta are substantially reduced, or the sera failed to neutralize. Titers against Omicron are boosted by third vaccine doses and are high in both vaccinated individuals and those infected by Delta. Mutations in Omicron knock out or substantially reduce neutralization by most of the large panel of potent monoclonal antibodies and antibodies under commercial development. Omicron S has structural changes from earlier viruses and uses mutations that confer tight binding to ACE2 to unleash evolution driven by immune escape. This leads to a large number of mutations in the ACE2 binding site and rebalances receptor affinity to that of earlier pandemic viruses.

Dengue virus co-circulates as four serotypes, and sequential infections with more than one serotype are common. One hypothesis for the increased severity seen in secondary infections is antibody-dependent enhancement (ADE) leading to increased replication in Fc receptor-bearing cells. In this study, we have generated a panel of human monoclonal antibodies to dengue virus. Antibodies to the structural precursor-membrane protein (prM) form a major component of the response. These antibodies are highly cross-reactive among the dengue virus serotypes and, even at high concentrations, do not neutralize infection but potently promote ADE. We propose that the partial cleavage of prM from the viral surface reduces the density of antigen available for viral neutralization, leaving dengue viruses susceptible to ADE by antibody to prM, a finding that has implications for future vaccine design.

Infection with Zika virus has occurred in areas previously exposed to dengue virus, a closely related flavivirus. Screaton and colleagues find that monoclonal antibodies to dengue virus cross-react with Zika virus and enhance infection. Zika virus (ZIKV) was discovered in 1947 and was thought to lead to relatively mild disease. The recent explosive outbreak of ZIKV in South America has led to widespread concern, with reports of neurological sequelae ranging from Guillain Barré syndrome to microcephaly. ZIKV infection has occurred in areas previously exposed to dengue virus (DENV), a flavivirus closely related to ZIKV. Here we investigated the serological cross-reaction between the two viruses. Plasma immune to DENV showed substantial cross-reaction to ZIKV and was able to drive antibody-dependent enhancement (ADE) of ZIKV infection. Using a panel of human monoclonal antibodies (mAbs) to DENV, we showed that most antibodies that reacted to DENV envelope protein also reacted to ZIKV. Antibodies to linear epitopes, including the immunodominant fusion-loop epitope, were able to bind ZIKV but were unable to neutralize the virus and instead promoted ADE. Our data indicate that immunity to DENV might drive greater ZIKV replication and have clear implications for disease pathogenesis and future vaccine programs for ZIKV and DENV.

Dengue virus presents a growing threat to public health in the developing world. Four major serotypes of dengue virus have been characterized, and epidemiological evidence shows that dengue hemorrhagic fever (DHF), the more serious manifestation of the disease, occurs more frequently upon reinfection with a second serotype. We have studied dengue virus–specific T-cell responses in Thai children. During acute infection, few dengue-responsive CD8+ T cells were recovered; most of those present showed an activated phenotype and were undergoing programmed cell death. Many dengue-specific T cells were of low affinity for the infecting virus and showed higher affinity for other, probably previously encountered strains. Profound T-cell activation and death may contribute to the systemic disturbances leading to DHF, and original antigenic sin in the T-cell responses may suppress or delay viral elimination, leading to higher viral loads and increased immunopathology.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has undergone progressive change, with variants conferring advantage rapidly becoming dominant lineages, e.g., B.1.617. With apparent increased transmissibility, variant B.1.617.2 has contributed to the current wave of infection ravaging the Indian subcontinent and has been designated a variant of concern in the United Kingdom. Here we study the ability of monoclonal antibodies and convalescent and vaccine sera to neutralize B.1.617.1 and B.1.617.2, complement this with structural analyses of Fab/receptor binding domain (RBD) complexes, and map the antigenic space of current variants. Neutralization of both viruses is reduced compared with ancestral Wuhan-related strains, but there is no evidence of widespread antibody escape as seen with B.1.351. However, B.1.351 and P.1 sera showed markedly more reduction in neutralization of B.1.617.2, suggesting that individuals infected previously by these variants may be more susceptible to reinfection by B.1.617.2. This observation provides important new insights for immunization policy with future variant vaccines in non-immune populations.

The Omicron lineage of SARS-CoV-2, which was first described in November 2021, spread rapidly to become globally dominant and has split into a number of sublineages. BA.1 dominated the initial wave but has been replaced by BA.2 in many countries. Recent sequencing from South Africa’s Gauteng region uncovered two new sublineages, BA.4 and BA.5, which are taking over locally, driving a new wave. BA.4 and BA.5 contain identical spike sequences, and although closely related to BA.2, they contain further mutations in the receptor-binding domain of their spikes. Here, we study the neutralization of BA.4/5 using a range of vaccine and naturally immune serum and panels of monoclonal antibodies. BA.4/5 shows reduced neutralization by the serum from individuals vaccinated with triple doses of AstraZeneca or Pfizer vaccine compared with BA.1 and BA.2. Furthermore, using the serum from BA.1 vaccine breakthrough infections, there are, likewise, significant reductions in the neutralization of BA.4/5, raising the possibility of repeat Omicron infections.

Terminating the SARS-CoV-2 pandemic relies upon pan-global vaccination. Current vaccines elicit neutralizing antibody responses to the virus spike derived from early isolates. However, new strains have emerged with multiple mutations, including P.1 from Brazil, B.1.351 from South Africa, and B.1.1.7 from the UK (12, 10, and 9 changes in the spike, respectively). All have mutations in the ACE2 binding site, with P.1 and B.1.351 having a virtually identical triplet (E484K, K417N/T, and N501Y), which we show confer similar increased affinity for ACE2. We show that, surprisingly, P.1 is significantly less resistant to naturally acquired or vaccine-induced antibody responses than B.1.351, suggesting that changes outside the receptor-binding domain (RBD) impact neutralization. Monoclonal antibody (mAb) 222 neutralizes all three variants despite interacting with two of the ACE2-binding site mutations. We explain this through structural analysis and use the 222 light chain to largely restore neutralization potency to a major class of public antibodies.

Abstract Effective vaccines should confer long-term protection against future outbreaks of severe acute respiratory syndrome (SARS) caused by a novel zoonotic coronavirus (SARS-CoV) with unknown animal reservoirs. We conducted a cohort study examining multiple parameters of immune responses to SARS-CoV infection, aiming to identify the immune correlates of protection. We used a matrix of overlapping peptides spanning whole SARS-CoV proteome to determine T cell responses from 128 SARS convalescent samples by ex vivo IFN-γ ELISPOT assays. Approximately 50% of convalescent SARS patients were positive for T cell responses, and 90% possessed strongly neutralizing Abs. Fifty-five novel T cell epitopes were identified, with spike protein dominating total T cell responses. CD8+ T cell responses were more frequent and of a greater magnitude than CD4+ T cell responses (p < 0.001). Polychromatic cytometry analysis indicated that the virus-specific T cells from the severe group tended to be a central memory phenotype (CD27+/CD45RO+) with a significantly higher frequency of polyfunctional CD4+ T cells producing IFN-γ, TNF-α, and IL-2, and CD8+ T cells producing IFN-γ, TNF-α, and CD107a (degranulation), as compared with the mild-moderate group. Strong T cell responses correlated significantly (p < 0.05) with higher neutralizing Ab. The serum cytokine profile during acute infection indicated a significant elevation of innate immune responses. Increased Th2 cytokines were observed in patients with fatal infection. Our study provides a roadmap for the immunogenicity of SARS-CoV and types of immune responses that may be responsible for the virus clearance, and should serve as a benchmark for SARS-CoV vaccine design and evaluation.