Targeting the SARS-CoV-2 spike The surface of severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is decorated with trimeric spikes that bind to host cell receptors. These spikes also elicit an antibody response, so understanding antibody recognition may aid in vaccine design. Yuan et al. determined the structure of CR3022, a neutralizing antibody obtained from a convalescent SARS-CoV–infected patient, in complex with the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike. The antibody binds to an epitope conserved between SARS-CoV-2 and SARS-CoV that is distinct from the receptor-binding site. CR3022 likely binds more tightly to SARS-CoV because its epitope contains a glycan not present in SARS-CoV-2. Structural modeling showed that the epitope is only revealed when at least two of the three spike proteins are in a conformation competent to bind the receptor. Science , this issue p. 630

Countermeasures to prevent and treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) are a global health priority. We enrolled a cohort of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-recovered participants, developed neutralization assays to investigate antibody responses, adapted our high-throughput antibody generation pipeline to rapidly screen more than 1800 antibodies, and established an animal model to test protection. We isolated potent neutralizing antibodies (nAbs) to two epitopes on the receptor binding domain (RBD) and to distinct non-RBD epitopes on the spike (S) protein. As indicated by maintained weight and low lung viral titers in treated animals, the passive transfer of a nAb provides protection against disease in high-dose SARS-CoV-2 challenge in Syrian hamsters. The study suggests a role for nAbs in prophylaxis, and potentially therapy, of COVID-19. The nAbs also define protective epitopes to guide vaccine design.

A common theme in antibody responses In the fight against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), antibodies are a key tool, both as potential therapeutics and to guide vaccine development. Yuan et al. focused on finding shared antibody responses, in which multiple individuals develop antibodies against the same antigen using the same genetic elements and modes of recognition. The authors identified the immunoglobulin heavy-chain variable region 3-53 gene as the most frequently used among 294 antibodies that target the receptor-binding domain (RBD) of the viral spike protein. These antibodies have few somatic mutations, and crystal structures of two neutralizing antibodies bound to the RBD show that mostly germline-encoded residues are involved in binding. The minimal affinity maturation and high potency of these antibodies is promising for vaccine design. Science , this issue p. 1119

The World Health Organization has declared the ongoing outbreak of COVID-19, which is caused by a novel coronavirus SARS-CoV-2, a pandemic. There is currently a lack of knowledge about the antibody response elicited from SARS-CoV-2 infection. One major immunological question concerns antigenic differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV. We address this question by analyzing plasma from patients infected by SARS-CoV-2 or SARS-CoV and from infected or immunized mice. Our results show that, although cross-reactivity in antibody binding to the spike protein is common, cross-neutralization of the live viruses may be rare, indicating the presence of a non-neutralizing antibody response to conserved epitopes in the spike. Whether such low or non-neutralizing antibody response leads to antibody-dependent disease enhancement needs to be addressed in the future. Overall, this study not only addresses a fundamental question regarding antigenicity differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV but also has implications for immunogen design and vaccine development.

Defenses against SARS-CoV-2 variants Our key defense against the COVID-19 pandemic is neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 virus elicited by natural infection or vaccination. Recent emerging viral variants have raised concern because of their potential to escape antibody neutralization. Wang et al . identified four antibodies from early-outbreak convalescent donors that are potent against 23 variants, including variants of concern, and characterized their binding to the spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Yuan et al . examined the impact of emerging mutations in the receptor-binding domain of the spike protein on binding to the host receptor ACE2 and to a range of antibodies. These studies may be helpful for developing more broadly effective vaccines and therapeutic antibodies. —VV

Background The ongoing coronavirus disease (COVID-19) pandemic has major impacts on health systems, the economy and society. Assessing infection attack rates in the population is critical for estimating disease severity and herd immunity which is needed to calibrate public health interventions. We have previously shown that it is possible to achieve this in real time to impact public health decision making. Aim Our objective was to develop and evaluate serological assays applicable in large-scale sero-epidemiological studies. Methods We developed an ELISA to detect IgG and IgM antibodies to the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). We evaluated its sensitivity and specificity in combination with confirmatory microneutralisation (MN) and 90% plaque reduction neutralisation tests (PRNT 90 ) in 51 sera from 24 patients with virologically confirmed COVID-19 and in age-stratified sera from 200 healthy controls. Results IgG and IgM RBD ELISA, MN and PRNT 90 were reliably positive after 29 days from illness onset with no detectable cross-reactivity in age-stratified controls. We found that PRNT 90 tests were more sensitive in detecting antibody than MN tests carried out with the conventional 100 tissue culture infectious dose challenge. Heparinised plasma appeared to reduce the infectivity of the virus challenge dose and may confound interpretation of neutralisation test. Conclusion Using IgG ELISA based on the RBD of the spike protein to screen sera for SARS-CoV-2 antibody, followed by confirmation using PRNT 90 , is a valid approach for large-scale sero-epidemiology studies.

The pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continues to spread, with devastating consequences. For passive immunization efforts, nanobodies have size and cost advantages over conventional antibodies. In this study, we generated four neutralizing nanobodies that target the receptor binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein. We used x-ray crystallography and cryo-electron microscopy to define two distinct binding epitopes. On the basis of these structures, we engineered multivalent nanobodies with more than 100 times the neutralizing activity of monovalent nanobodies. Biparatopic nanobody fusions suppressed the emergence of escape mutants. Several nanobody constructs neutralized through receptor binding competition, whereas other monovalent and biparatopic nanobodies triggered aberrant activation of the spike fusion machinery. These premature conformational changes in the spike protein forestalled productive fusion and rendered the virions noninfectious.

The emergence of SARS-CoV-2 led to pandemic spread of coronavirus disease 2019 (COVID-19), manifesting with respiratory symptoms and multi-organ dysfunction. Detailed characterization of virus-neutralizing antibodies and target epitopes is needed to understand COVID-19 pathophysiology and guide immunization strategies. Among 598 human monoclonal antibodies (mAbs) from 10 COVID-19 patients, we identified 40 strongly neutralizing mAbs. The most potent mAb, CV07-209, neutralized authentic SARS-CoV-2 with an IC

Most antibodies isolated from individuals with coronavirus disease 2019 (COVID-19) are specific to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). However, COVA1-16 is a relatively rare antibody that also cross-neutralizes SARS-CoV. Here, we determined a crystal structure of the COVA1-16 antibody fragment (Fab) with the SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) and negative-stain electron microscopy reconstructions with the spike glycoprotein trimer to elucidate the structural basis of its cross-reactivity. COVA1-16 binds a highly conserved epitope on the SARS-CoV-2 RBD, mainly through a long complementarity-determining region (CDR) H3, and competes with the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor because of steric hindrance rather than epitope overlap. COVA1-16 binds to a flexible up conformation of the RBD on the spike and relies on antibody avidity for neutralization. These findings, along with the structural and functional rationale for epitope conservation, provide insights for development of more universal SARS-like coronavirus vaccines and therapies.

The World Health Organization has recently declared the ongoing outbreak of COVID-19, which is caused by a novel coronavirus SARS-CoV-2, as pandemic. There is currently a lack of knowledge in the antibody response elicited from SARS-CoV-2 infection. One major immunological question is concerning the antigenic differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV. We address this question by using plasma from patients infected by SARS-CoV-2 or SARS-CoV, and plasma obtained from infected or immunized mice. Our results show that while cross-reactivity in antibody binding to the spike protein is common, cross-neutralization of the live viruses is rare, indicating the presence of non-neutralizing antibody response to conserved epitopes in the spike. Whether these non-neutralizing antibody responses will lead to antibody-dependent disease enhancement needs to be addressed in the future. Overall, this study not only addresses a fundamental question regarding the antigenicity differences between SARS-CoV-2 and SARS-CoV, but also has important implications in vaccine.