ABSTRACT SARS-CoV-2 is the causative agent for the COVID-19 pandemic and there is an urgent need to understand the cellular response to SARS-CoV-2 infection. Beclin-1 is an essential scaffold autophagy protein that forms two distinct subcomplexes with modulators Atg14 and UVRAG, responsible for autophagosome formation and maturation, respectively. In the present study, we found that SARS-CoV-2 infection triggers an incomplete autophagy response, elevated autophagosome formation but impaired autophagosome maturation, and declined autophagy by genetic knockout of essential autophagic genes reduces SARS-CoV-2 replication efficiency. By screening 28 viral proteins of SARS-CoV-2, we demonstrated that expression of ORF3a alone is sufficient to induce incomplete autophagy. Mechanistically, SARS-CoV-2 ORF3a interacts with autophagy regulator UVRAG to facilitate Beclin-1-Vps34-Atg14 complex but selectively inhibit Beclin-1-Vps34-UVRAG complex. Interestingly, although SARS-CoV ORF3a shares 72.7% amino acid identity with the SARS-CoV-2 ORF3a, the former had no effect on cellular autophagy response. Thus, our findings provide the mechanistic evidence of possible takeover of host autophagy machinery by ORF3a to facilitate SARS-CoV-2 replication and raises the possibility of targeting the autophagic pathway for the treatment of COVID-19.

ABSTRACT Coronavirus interaction with its viral receptor is a primary genetic determinant of host range and tissue tropism. SARS-CoV-2 utilizes ACE2 as the receptor to enter host cell in a species-specific manner. We and others have previously shown that ACE2 orthologs from New World monkey, koala and mouse cannot interact with SARS-CoV-2 to mediate viral entry, and this defect can be restored by humanization of the restrictive residues in New World monkey ACE2. To better understand the genetic determinants behind the ability of ACE2 orthologs to support viral entry, we compared koala and mouse ACE2 sequences with that of human and identified the key residues in koala and mouse ACE2 that restrict viral receptor activity. Humanization of these critical residues rendered both koala and mouse ACE2 capable of binding the spike protein and facilitating viral entry. The single mutation that allowed for mouse ACE2 to serve as a viral receptor provides a potential avenue for the development of SARS-CoV-2 mouse model.

The pandemic of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), is a major global health threat. Epidemiological studies suggest that bats are the natural zoonotic reservoir for SARS-CoV-2. However, the host range of SARS-CoV-2 and intermediate hosts that facilitate its transmission to humans remain unknown. The interaction of coronavirus with its host receptor is a key genetic determinant of host range and cross-species transmission. SARS-CoV-2 uses angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as the receptor to enter host cells in a species-dependent manner. It has been shown that human, palm civet, pig and bat ACE2 can support virus entry, while the murine ortholog cannot. In this study, we characterized the ability of ACE2 from diverse species to support viral entry. We found that ACE2 is expressed in a wide range of species, with especially high conservation in mammals. By analyzing amino acid residues of ACE2 critical for virus entry, based on structure of SARS-CoV spike protein interaction with human, bat, palm civet, pig and ferret ACE2, we identified approximately eighty ACE2 proteins from mammals that could potentially mediate SARS-CoV-2 entry. Functional assays showed that 44 of these mammalian ACE2 orthologs, including those of domestic animals, pets, livestock, and animals commonly found in zoos and aquaria, could bind SARS-CoV-2 spike protein and support viral entry. In contrast, New World monkey ACE2 orthologs could not bind SARS-CoV-2 spike protein and support viral entry. We further identified the genetic determinant of New World monkey ACE2 that restricts viral entry using genetic and functional analyses. In summary, our study demonstrates that ACE2 from a remarkably broad range of species can facilitate SARS-CoV-2 entry. These findings highlight a potentially broad host tropism of SARS-CoV-2 and suggest that SARS-CoV-2 might be distributed much more widely than previously recognized, underscoring the necessity to monitor susceptible hosts to prevent future outbreaks.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Two-phase (pore liquid and gas) relative permeability through gas hydrate-bearing sediments (HBSs) is probably the most critical property to understand gas production from natural reservoirs, as both the gas released from hydrate dissociation and pore liquid flow toward the well. Accurate estimations of the relative permeability for gas and water in HBSs and its dependence on hydrate saturation are vital for predicting the productivity of hydrate reservoirs. However, the lack of experimental data and the challenges in conducting multiphase flow experiments in HBSs have hindered precise estimations. In this study, novel apparatus was developed to measure the relative permeability of nitrogen gas (N2) and water in tetrahydrofuran (THF) hydrate-bearing Berea sandstone core samples. The gas–water relative permeability was determined at reservoir conditions for varying hydrate saturations, specifically 0, 10, 30, 50, and 80%, in the same Berea sample. Our findings demonstrate that water relative permeability increases, while gas relative permeability decreases with increasing water saturation. Furthermore, higher hydrate saturation within Berea sandstone pores reduces the relative permeability for both gas and water, with a more pronounced relative reduction observed for higher water saturations. Numerically, water relative permeability is approximately 2 orders of magnitude higher than gas relative permeability across different hydrate saturation conditions. Moreover, the influence of hydrate saturation on gas relative permeability is more significant compared to that of water relative permeability. According to the fitting results, the relative permeability curve in our study cannot fit well the current models (Brooks–Corey model and van Genuchten model), but our experimental data are in good agreement with existing research on the order of magnitude. The experimental error of relative permeability results mainly depends on the differential pressure. The limitations of this experiment are mainly reflected by steady-state methods and the hydrate saturations. These results provide valuable insights into the relative permeability behavior in HBSs and contribute to a better understanding of the hydrate reservoir productivity.

SUMMARY The global spread of SARS-CoV-2 is posing major public health challenges. One unique feature of SARS-CoV-2 spike protein is the insertion of multi-basic residues at the S1/S2 subunit cleavage site, the function of which remains uncertain. We found that the virus with intact spike (Sfull) preferentially enters cells via fusion at the plasma membrane, whereas a clone (Sdel) with deletion disrupting the multi-basic S1/S2 site instead utilizes a less efficient endosomal entry pathway. This idea was supported by the identification of a suite of endosomal entry factors specific to Sdel virus by a genome-wide CRISPR-Cas9 screen. A panel of host factors regulating the surface expression of ACE2 was identified for both viruses. Using a hamster model, animal-to-animal transmission with the Sdel virus was almost completely abrogated, unlike with Sfull. These findings highlight the critical role of the S1/S2 boundary of the SARS-CoV-2 spike protein in modulating virus entry and transmission.