A not-so-random integration for HIV Even in the face of a cocktail of antiretroviral drugs, HIV manages to hang on. It does so by integrating its own genome into those of host cells, where it persists in a latent state. To better understand this process, Wagner et al. determined the sites where HIV integrated into three HIV-infected patients treated with antiretroviral drugs for more than a decade. They found an over-representation of sites where HIV integrated into genes associated with cancer and cell proliferation. Also, multiple cells in the same individual harbored the same integration sites. This suggests that integration into specific genes may drive cell proliferation and viral persistence. Science , this issue p. 570

Genetic analysis of breakthrough infections in people vaccinated against HIV-1 show that vaccine efficacy increased by up to 80% against viruses carrying two mutations in Env V2, but also raises the possibility of population-level adaptation to the vaccine. A major clinical trial involving more than 16,000 volunteers, known as the RV144 trial, tested a combination of two vaccines (ALVAC-HIV and AIDSVAX B/E gp120) for its ability to prevent HIV infection, as well as for safety. The vaccine was 31% effective against HIV-1 infection, and antibodies against the HIV-1 envelope variable loop 1 and 2 (V1/V2) domain correlated inversely with infection risk. Rolland et al. present a genetic analysis of breakthrough infections in RV144 trial participants and identify signatures associated with vaccine-induced immune pressure, thereby gaining support for a causal relationship between vaccination and protection. Viral amino-acid changes at positions 169 and 181 in the second variable loop of the viral envelope are shown to be most associated with efficacy — and represent possible targets for future vaccines. The RV144 trial demonstrated 31% vaccine efficacy at preventing human immunodeficiency virus (HIV)-1 infection1. Antibodies against the HIV-1 envelope variable loops 1 and 2 (Env V1 and V2) correlated inversely with infection risk2. We proposed that vaccine-induced immune responses against V1/V2 would have a selective effect against, or sieve, HIV-1 breakthrough viruses. A total of 936 HIV-1 genome sequences from 44 vaccine and 66 placebo recipients were examined. We show that vaccine-induced immune responses were associated with two signatures in V2 at amino acid positions 169 and 181. Vaccine efficacy against viruses matching the vaccine at position 169 was 48% (confidence interval 18% to 66%; P = 0.0036), whereas vaccine efficacy against viruses mismatching the vaccine at position 181 was 78% (confidence interval 35% to 93%; P = 0.0028). Residue 169 is in a cationic glycosylated region recognized by broadly neutralizing and RV144-derived antibodies. The predicted distance between the two signature sites (21 ± 7 Å) and their match/mismatch dichotomy indicate that multiple factors may be involved in the protection observed in RV144. Genetic signatures of RV144 vaccination in V2 complement the finding of an association between high V1/V2-binding antibodies and reduced risk of HIV-1 acquisition, and provide evidence that vaccine-induced V2 responses plausibly had a role in the partial protection conferred by the RV144 regimen.

A series of unfortunate events The history of how severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spread around the planet has been far from clear. Several narratives have been propagated by social media and, in some cases, national policies were forged in response. Now that many thousands of virus sequences are available, two studies analyzed some of the key early events in the spread of SARS-CoV-2. Bedford et al. found that the virus arrived in Washington state in late January or early February. The viral genome from the first case detected had mutations similar to those found in Chinese samples and rapidly spread and dominated subsequent undetected community transmission. The other viruses detected had origins in Europe. Worobey et al. found that early introductions into Germany and the west coast of the United States were extinguished by vigorous public health efforts, but these successes were largely unrecognized. Unfortunately, several major travel events occurred in February, including repatriations from China, with lax public health follow-up. Serial, independent introductions triggered the major outbreaks in the United States and Europe that still hold us in the grip of control measures. Science , this issue p. 571 , p. 564

Accurate understanding of the global spread of emerging viruses is critically important for public health response and for anticipating and preventing future outbreaks. Here, we elucidate when, where and how the earliest sustained SARS-CoV-2 transmission networks became established in Europe and the United States (US). Our results refute prior findings erroneously linking cases in January 2020 with outbreaks that occurred weeks later. Instead, rapid interventions successfully prevented onward transmission of those early cases in Germany and Washington State. Other, later introductions of the virus from China to both Italy and Washington State founded the earliest sustained European and US transmission networks. Our analyses reveal an extended period of missed opportunity when intensive testing and contact tracing could have prevented SARS-CoV-2 from becoming established in the US and Europe.

Nipah virus recurrently spills over to humans, causing fatal infections. The viral receptor-binding protein (RBP or G) attaches to host receptors and is a major target of neutralizing antibodies. Here we use deep mutational scanning to measure how all amino-acid mutations to the RBP affect cell entry, receptor binding, and escape from neutralizing antibodies. We identify functionally constrained regions of the RBP, including sites involved in oligomerization, along with mutations that differentially modulate RBP binding to its two ephrin receptors. We map escape mutations for six anti-RBP antibodies, and find that few antigenic mutations are present in natural Nipah strains. Our findings offer insights into the potential for functional and antigenic evolution of the RBP that can inform the development of antibody therapies and vaccines.

A. Abstract Upon infection, DNA viruses can be sensed by pattern recognition receptors (PRRs) leading to the activation of type I and III interferons, aimed at blocking infection. Therefore, viruses must inhibit these signaling pathways, avoid being detected, or both. Papillomavirus virions are trafficked from early endosomes to the Golgi apparatus and wait for the onset of mitosis to complete nuclear entry. This unique subcellular trafficking strategy avoids detection by cytoplasmic PRRs, a property that may contribute to establishment of infection. However, as the capsid uncoats within acidic endosomal compartments, the viral DNA may be exposed to detection by toll-like receptor (TLR) 9. In this study we characterize two new papillomaviruses from bats and use molecular archeology to demonstrate that their genomes altered their nucleotide composition to avoid detection by TLR9, providing evidence that TLR9 acts as a PRR during papillomavirus infection. Furthermore, we demonstrate that TLR9, like other components of the innate immune system, is under evolutionary selection in bats, providing the first direct evidence for co-evolution between papillomaviruses and their hosts.

Abstract The Madrean sky islands have been studied for decades due to their high biodiversity, which results from the intersection of biomes and their role as refugia for populations isolated on mountain tops during the last ice age. There has been controversy and confusion about the identification of Peromyscus sp . found in the montane forests on these sky islands, which is often assumed to be the widespread and ubiquitous P. maniculatus . Here, we provide mitochondrial phylogenetic data suggesting that all individuals of Peromyscus captured on three isolated mountains in southern Arizona are Peromyscus melanotis , a species previously thought endemic to Mexico. Furthermore, with molecular clock analyses on two mitochondrial loci we show these populations have been isolated from each other for ∼11,000-50,000 years, corresponding to the transition from the last ice age. These isolated populations represent important conservation targets due to habitat loss. In addition, we suggest that future genomic and ecological research is warranted to better understand these unique populations.

Although estimated to have emerged in humans in Central Africa in the early 1900s, HIV-1, the main causative agent of AIDS, was only discovered in 1983. With very little direct biological data of HIV-1 from before the 1980s, far-reaching evolutionary and epidemiological inferences regarding the long pre-discovery phase of this pandemic are based on extrapolations by phylodynamic models of HIV-1 genomic sequences gathered mostly over recent decades. Here, using a very sensitive multiplex RT-PCR assay, we screened 1,652 formalin-fixed paraffin-embedded tissue specimens collected for pathology diagnostics in Kinshasa, Democratic Republic of Congo (DRC), between 1959 and 1967. We report the near-complete genome of one positive from 1966 ('DRC66') - a non-recombinant sister lineage to subtype C that constitutes the oldest HIV-1 near-full-length genome recovered to date. Root-to-tip plots showed the DRC66 sequence is not an outlier as would be expected if dating estimates from more recent genomes were systematically biased; and inclusion of DRC66 sequence in tip-dated BEAST analyses did not significantly alter root and internal node age estimates based on post-1978 HIV-1 sequences. There was larger variation in divergence time estimates among datasets that were subsamples of the available HIV-1 genomes from 1978-2015, showing the inherent phylogenetic stochasticity across subsets of the real HIV-1 diversity. In conclusion, this unique archival HIV-1 sequence provides direct genomic insight into HIV-1 in 1960s DRC, and, as an ancient-DNA calibrator, it validates our understanding of HIV-1 evolutionary history.

Abstract Paramyxoviruses are a diverse group of negative-sense, single-stranded RNA viruses of which several species cause significant mortality and morbidity. In recent years the collection of paramyxoviruses sequences detected in wild mammals has substantially grown, however little is known about paramyxovirus diversity in North American mammals. To better understand natural paramyxovirus diversity, host range, and host specificity, we sought to comprehensively characterize paramyxoviruses across a range of diverse co-occurring wild small mammals in Southern Arizona. We used highly degenerate primers to screen fecal and urine samples and obtained a total of 55 paramyxovirus sequences from 12 rodent species and 6 bat species. We also performed illumina RNA-seq and de novo assembly on 14 of the positive samples to recover a total of 5 near full-length viral genomes. We show there are at least 2 clades of rodent-borne paramyxoviruses in Arizona, while bat-associated paramyxoviruses formed a putative single clade. Using structural homology modeling of the viral attachment protein, we infer that three of the five novel viruses likely bind sialic acid in a manner similar to other Respiroviruses , while the other two viruses from Heteromyid rodents likely bind a novel host receptor. We find no evidence for cross-species transmission, even among closely related sympatric host species. Taken together, these data suggest paramyxoviruses are a common viral infection in some bat and rodent species present in North America, and illuminate the evolution of these viruses. Importance There are a number of viral lineages that are potential zoonotic threats to humans. One of these, paramyxoviruses, have jumped into humans multiple times from wild and domestic animals. We conducted one of the largest viral surveys of wild mammals in the United States to better understand paramyxovirus diversity and evolution.