The newly emerged severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Omicron sublineages, including the BA.2-derived BA.2.75.2 and the BA.5-derived BQ.1.1 and XBB.1, have accumulated additional spike mutations that may affect vaccine effectiveness. Here we report neutralizing activities of three human serum panels collected from individuals 23–94 days after dose 4 of a parental mRNA vaccine; 14–32 days after a BA.5 bivalent booster from individuals with 2–4 previous doses of parental mRNA vaccine; or 14–32 days after a BA.5 bivalent booster from individuals with previous SARS-CoV-2 infection and 2–4 doses of parental mRNA vaccine. The results showed that a BA.5 bivalent booster elicited a high neutralizing titer against BA.4/5 measured at 14–32 days after boost; however, the BA.5 bivalent booster did not produce robust neutralization against the newly emerged BA.2.75.2, BQ.1.1 or XBB.1. Previous infection substantially enhanced the magnitude and breadth of BA.5 bivalent booster-elicited neutralization. Our data support a vaccine update strategy that future boosters should match newly emerged circulating SARS-CoV-2 variants. Circulating variants of SARS-CoV-2 continue to evade neutralization by COVID-19 vaccines, including bivalent boosters that target the BA.4/BA.5 variants of concern, suggesting that strategies to get ahead of the virus’ evolution might be warranted.

Abstract The BNT162b2 bivalent BA.4/5 COVID-19 vaccine has been authorized to mitigate COVID-19 due to current Omicron and potentially future variants. New sublineages of SARS-CoV-2 Omicron continue to emerge and have acquired additional mutations, particularly in the spike protein, that may lead to improved viral fitness and immune evasion. The present study characterized neutralization activities against new Omicron sublineages BA.4.6, BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1 after a 4 th dose (following three doses of BNT162b2) of either the original monovalent BNT162b2 or the bivalent BA.4/5 booster in individuals >55 years of age. For all participants, the 4 th dose of monovalent BNT162b2 vaccine induced a 3.0×, 2.9×, 2.3×, 2.1×, 1.8×, and 1.5× geometric mean neutralizing titer fold rise (GMFR) against USA/WA1-2020 (a strain isolated in January 2020), BA.4/5, BA.4.6, BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1, respectively; the bivalent vaccine induced 5.8×, 13.0×, 11.1×, 6.7×, 8.7×, and 4.8× GMFRs. For individuals without SARS-CoV-2 infection history, BNT162b2 monovalent induced 4.4×, 3.0×, 2.5×, 2.0×, 1.5×, and 1.3× GMFRs, respectively; the bivalent vaccine induced 9.9×, 26.4×, 22.2×, 8.4×, 12.6×, and 4.7× GMFRs. These data suggest the bivalent BA.4/5 vaccine is more immunogenic than the original BNT162b2 monovalent vaccine against circulating Omicron sublineages, including BQ.1.1 that is becoming prevalent globally.

Abstract The newly emerged SARS-CoV-2 Omicron BQ.1.1, XBB.1, and other sublineages have accumulated additional spike mutations that may affect vaccine effectiveness. Here we report neutralizing activities of three human serum panels collected from individuals 1-3 months after dose 4 of parental mRNA vaccine (post-dose-4), 1 month after a BA.5-bivalent-booster (BA.5-bivalent-booster), or 1 month after a BA.5-bivalent-booster with previous SARS-CoV-2 infection (BA.5-bivalent-booster-infection). Post-dose-4 sera neutralized USA-WA1/2020, BA.5, BF.7, BA.4.6, BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1 SARS-CoV-2 with geometric mean titers (GMTs) of 1533, 95, 69, 62, 26, 22, and 15, respectively; BA.5-bivalent-booster sera improved the GMTs to 3620, 298, 305, 183, 98, 73, and 35; BA.5-bivalent-booster-infection sera further increased the GMTs to 5776, 1558,1223, 744, 367, 267, and 103. Thus, although BA.5-bivalent-booster elicits better neutralization than parental vaccine, it does not produce robust neutralization against the newly emerged Omicron BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1. Previous infection enhances the magnitude and breadth of BA.5-bivalent-booster-elicited neutralization.

Abstract We report the antibody neutralization against Omicron SARS-CoV-2 after 2 and 3 doses of BNT162b2 mRNA vaccine. Vaccinated individuals were serially tested for their neutralization against wild-type SARS-CoV-2 (strain USA-WA1/2020) and an engineered USA-WA1/2020 bearing the Omicron spike glycoprotein. Plaque reduction neutralization results showed that at 2 or 4 weeks post-dose-2, the neutralization geometric mean titers (GMTs) were 511 and 20 against the wild-type and Omicron-spike viruses, respectively, suggesting that two doses of BNT162b2 were not sufficient to elicit robust neutralization against Omicron; at 1 month post-dose-3, the neutralization GMTs increased to 1342 and 336, respectively, indicating that three doses of vaccine increased the magnitude and breadth of neutralization against Omicron; at 4 months post-dose-3, the neutralization GMTs decreased to 820 and 171, respectively, suggesting similar neutralization decay kinetics for both variants. The data support a three-dose vaccine strategy and provide the first glimpse of the neutralization durability against Omicron.

Since the initial emergence of SARS-CoV-2 Omicron BA.1, several Omicron sublineages have emerged, leading to BA.5 as the current dominant sublineage. Here we report the neutralization of different Omicron sublineages by human sera collected from individuals who had distinct mRNA vaccination and/or BA.1 infection. Four-dose-vaccine sera neutralize the original USA-WA1/2020, Omicron BA.1, BA.2, BA.212.1, BA.3, and BA.4/5 viruses with geometric mean titers (GMTs) of 1554, 357, 236, 236, 165, and 95, respectively; 2-dose-vaccine-plus-BA.1-infection sera exhibit GMTs of 2114, 1705, 730, 961, 813, and 274, respectively; and 3-dose-vaccine-plus-BA.1-infection sera show GMTs of 2962, 2038, 983, 1190, 1019, and 297, respectively. Thus, 4-dose-vaccine elicits the lowest neutralization against BA.5; 2-dose-vaccine-plus-BA.1-infection elicits significantly higher GMTs against Omicron sublineages than 4-dose-vaccine; and 3-dose-vaccine-plus-BA.1-infection elicits slightly higher GMTs (statistically insignificant) than the 2-dose-vaccine-plus-BA.1-infection. Finally, compared with BA.5, the newly emerged BA.2.75 is equally evasive of 4-dose-vaccine-elicited neutralization, but more susceptible to 3-dose-vaccine-plus-BA.1-infection-elicited neutralization.

Abstract The explosive spread of the Omicron SARS-CoV-2 variant underscores the importance of analyzing the cross-protection from previous non-Omicron infection. We developed a high-throughput neutralization assay for Omicron SARS-CoV-2 by engineering the Omicron spike gene into an mNeonGreen USA-WA1/2020 SARS-CoV-2 (isolated in January 2020). Using this assay, we determined the neutralization titers of patient sera collected at 1- or 6-months after infection with non-Omicron SARS-CoV-2. From 1- to 6-month post-infection, the neutralization titers against USA-WA1/2020 decreased from 601 to 142 (a 4.2-fold reduction), while the neutralization titers against Omicron-spike SARS-CoV-2 remained low at 38 and 32, respectively. Thus, at 1- and 6-months after non-Omicron SARS-CoV-2 infection, the neutralization titers against Omicron were 15.8- and 4.4-fold lower than those against USA-WA1/2020, respectively. The low cross-neutralization against Omicron from previous non-Omicron infection supports vaccination of formerly infected individuals to mitigate the health impact of the ongoing Omicron surge.

Abstract Distinct SARS-CoV-2 Omicron sublineages have evolved showing increased fitness and immune evasion than the original Omicron variant BA.1. Here we report the neutralization activity of sera from BNT162b2 vaccinated individuals or unimmunized Omicron BA.1-infected individuals against Omicron sublineages and “Deltacron” variant (XD). BNT162b2 post-dose 3 immune sera neutralized USA-WA1/2020, Omicron BA.1-, BA.2-, BA.2.12.1-, BA.3-, BA.4/5-, and XD-spike SARS-CoV-2s with geometric mean titers (GMTs) of 1335, 393, 298, 315, 216, 103, and 301, respectively; thus, BA.4/5 SARS-CoV-2 spike variant showed the highest propensity to evade vaccine neutralization compared to the original Omicron variants BA.1. BA.1-convalescent sera neutralized USA-WA1/2020, BA.1-, BA.2-, BA.2.12.1-, BA.3-, BA.4/5-, and Deltacron-spike SARS-CoV-2s with GMTs of 15, 430, 110, 109, 102, 25, and 284, respectively. The low neutralization titers of vaccinated sera or convalescent sera from BA. 1 infected individuals against the emerging and rapidly spreading Omicron BA.4/5 variants provide important results for consideration in the selection of an updated vaccine in the current Omicron wave.

The rapid spread and strong immune evasion of the SARS-CoV-2 Omicron subvariants has raised serious concerns for the global COVID-19 pandemic. These new variants exhibit reduced fusogenicity and increased endosomal entry pathway utilization compared to the ancestral D614G variant, the underlying mechanisms of which remain elusive. Here we show that the C-terminal S1 mutations of the BA.1.1 subvariant, H655Y and T547K, critically govern the low fusogenicity of Omicron. Notably, H655Y also dictates the enhanced endosome entry pathway utilization. Mechanistically, T547K and H655Y likely stabilize the spike trimer conformation, as shown by increased molecular interactions in structural modeling as well as reduced S1 shedding. Importantly, the H655Y mutation also determines the low fusogenicity and high dependence on the endosomal entry pathway of other Omicron subvariants, including BA.2, BA.2.12.1, BA.4/5 and BA.2.75. These results uncover mechanisms governing Omicron subvariant entry and provide insights into altered Omicron tissue tropism and pathogenesis.

Abstract The newly emerged Omicron SARS-CoV-2 has 3 distinct sublineages: BA.1, BA.2, and BA.3. BA.1 accounts for the initial surge and is being replaced by BA.2, whereas BA.3 is at a low prevalence at this time. Here we report the neutralization of BNT162b2-vaccinated sera (collected at 1 month after dose 3) against the three Omicron sublineages. To facilitate the neutralization testing, we engineered the complete BA.1, BA.2, or BA.3 spike into an mNeonGreen USA-WA1/2020 SRAS-CoV-2. All BNT162b2-vaccinated sera neutralized USA-WA1/2020, BA.1-, BA.2-, and BA.3-spike SARS-CoV-2s with titers of >20; the neutralization geometric mean titers (GMTs) against the four viruses were 1211, 336, 300, and 190, respectively. Thus, the BA.1-, BA.2-, and BA.3-spike SARS-CoV-2s were 3.6-, 4.0-, and 6.4-fold less efficiently neutralized than the USA-WA1/2020, respectively. Our data have implications in vaccine strategy and understanding the biology of Omicron sublineages.

Abstract Genetic variation of SARS-CoV-2 has resulted in the emergence and rapid spread of multiple variants throughout the pandemic, of which Omicron is currently the predominant variant circulating worldwide. SARS-CoV-2 variants of concern or interest (VOC/VOI) have evidence of increased viral transmission, disease severity, or decreased effectiveness of vaccines and neutralizing antibodies. Remdesivir (RDV, VEKLURY ® ) is a nucleoside analog prodrug and the first FDA-approved antiviral treatment of COVID-19. Here we present a comprehensive antiviral activity assessment of RDV and its parent nucleoside, GS-441524, against 10 current and former SARS-CoV-2 VOC/VOI clinical isolates by nucleoprotein ELISA and plaque reduction assay. Delta and Omicron variants remained susceptible to RDV and GS-441524, with EC 50 values 0.31 to 0.62-fold of those observed against the ancestral WA1 isolate. All other tested variants exhibited EC 50 values ranging from 0.15 to 2.3-fold of the observed EC 50 values against WA1. Analysis of nearly 6 million publicly available variant isolate sequences confirmed that Nsp12, the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) target of RDV and GS-441524, is highly conserved across variants with only 2 prevalent changes (P323L and G671S). Using recombinant viruses, both RDV and GS-441524 retained potency against all viruses containing frequent variant substitutions or their combination. Taken together, these results highlight the conserved nature of SARS-CoV-2 Nsp12 and provide evidence of sustained SARS-CoV-2 antiviral activity of RDV and GS-441524 across the tested variants. The observed pan-variant activity of RDV supports its continued use for the treatment of COVID-19 regardless of the SARS-CoV-2 variant.