Antibodies predating infection Immunological memory after infection with seasonal human coronaviruses (hCoVs) may potentially contribute to cross-protection against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Ng et al. report that in a cohort of 350 SARS-CoV-2–uninfected individuals, a small proportion had circulating immunoglobulin G (IgG) antibodies that could cross-react with the S2 subunit of the SARS-CoV-2 spike protein (see the Perspective by Guthmiller and Wilson). By contrast, COVID-19 patients generated IgA, IgG, and IgM antibodies that recognized both the S1 and S2 subunits. The anti-S2 antibodies from SARS-CoV-2–uninfected patients showed specific neutralizing activity against both SARS-CoV-2 and SARS-CoV-2 S pseudotypes. A much higher percentage of SARS-CoV-2–uninfected children and adolescents were positive for these antibodies compared with adults. This pattern may be due to the fact that children and adolescents generally have higher hCoV infection rates and a more diverse antibody repertoire, which may explain the age distribution of COVID-19 susceptibility. Science , this issue p. 1339 ; see also p. 1272

We examined the immunogenicity of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variant B.1.1.7 that arose in the United Kingdom and spread globally. Antibodies elicited by B.1.1.7 infection exhibited significantly reduced recognition and neutralisation of parental strains or of the South Africa B.1.351 variant, than of the infecting variant. The drop in cross-reactivity was more pronounced following B.1.1.7 than parental strain infection, indicating asymmetric heterotypic immunity induced by SARS-CoV-2 variants.

Abstract Several common-cold coronaviruses (HCoVs) are endemic in humans and several variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have emerged during the current Coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Whilst antibody cross-reactivity with the Spike glycoproteins (S) of diverse coronaviruses has been documented, it remains unclear whether such antibody responses, typically targeting the conserved S2 subunit, contribute to or mediate protection, when induced naturally or through vaccination. Using a mouse model, we show that prior HCoV-OC43 S immunity primes neutralising antibody responses to otherwise subimmunogenic SARS-CoV-2 S exposure and promotes S2-targeting antibody responses. Moreover, mouse vaccination with SARS-CoV-2 S2 elicits antibodies that neutralise diverse animal and human alphacoronaviruses and betacoronaviruses in vitro , and protects against SARS-CoV-2 challenge in vivo . Lastly, in mice with a history of SARS-CoV-2 Wuhan-based S vaccination, further S2 vaccination induces stronger and broader neutralising antibody response than booster Wuhan S vaccination, suggesting it may prevent repertoire focusing caused by repeated homologous vaccination. The data presented here establish the protective value of an S2-targeting vaccine and support the notion that S2 vaccination may better prepare the immune system to respond to the changing nature of the S1 subunit in SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), as well as to unpredictable, yet inevitable future coronavirus zoonoses.

Abstract Several related human coronaviruses (HCoVs) are endemic in the human population, causing mild respiratory infections 1 . Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the etiologic agent of Coronavirus disease 2019 (COVID-19), is a recent zoonotic infection that has quickly reached pandemic proportions 2,3 . Zoonotic introduction of novel coronaviruses is thought to occur in the absence of pre-existing immunity in the target human population. Using diverse assays for detection of antibodies reactive with the SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein, we demonstrate the presence of pre-existing humoral immunity in uninfected and unexposed humans to the new coronavirus. SARS-CoV-2 S-reactive antibodies were readily detectable by a sensitive flow cytometry-based method in SARS-CoV-2-uninfected individuals and were particularly prevalent in children and adolescents. These were predominantly of the IgG class and targeted the S2 subunit. In contrast, SARS-CoV-2 infection induced higher titres of SARS-CoV-2 S-reactive IgG antibodies, targeting both the S1 and S2 subunits, as well as concomitant IgM and IgA antibodies, lasting throughout the observation period of 6 weeks since symptoms onset. SARS-CoV-2-uninfected donor sera also variably reacted with SARS-CoV-2 S and nucleoprotein (N), but not with the S1 subunit or the receptor binding domain (RBD) of S on standard enzyme immunoassays. Notably, SARS-CoV-2-uninfected donor sera exhibited specific neutralising activity against SARS-CoV-2 and SARS-CoV-2 S pseudotypes, according to levels of SARS-CoV-2 S-binding IgG and with efficiencies comparable to those of COVID-19 patient sera. Distinguishing pre-existing and de novo antibody responses to SARS-CoV-2 will be critical for our understanding of susceptibility to and the natural course of SARS-CoV-2 infection.

Abstract Differences in humoral immunity to coronaviruses, including severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), between children and adults remain unexplained and the impact of underlying immune dysfunction or suppression unknown. Here, we examined the antibody immune competence of children and adolescents with prevalent inflammatory rheumatic diseases, juvenile idiopathic arthritis (JIA), juvenile dermatomyositis (JDM) and juvenile systemic lupus erythematosus (JSLE), against the seasonal human coronavirus (HCoV)-OC43 that frequently infects this age group. Despite immune dysfunction and immunosuppressive treatment, JIA, JDM and JSLE patients mounted comparable or stronger responses than healthier peers, dominated by IgG antibodies to HCoV-OC43 spike, and harboured IgG antibodies that cross-reacted with SARS-CoV-2 spike. In contrast, responses to HCoV-OC43 and SARS-CoV-2 nucleoproteins exhibited delayed age-dependent class-switching and were not elevated in JIA, JDM and JSLE patients, arguing against increased exposure. Consequently, autoimmune rheumatic diseases and their treatment were associated with a favourable ratio of spike to nucleoprotein antibodies.