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 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.

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 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.

Abstract The continuous emergence of SARS-CoV-2 variants with increased transmission and immune evasion has caused breakthrough infections in vaccinated population. It is important to determine the threshold of neutralizing antibody titers that permit breakthrough infections. Here we tested the neutralization titers of vaccinated patients who contracted Delta variant. All 75 patients with Delta breakthrough infections exhibited neutralization titers (NT 50 ) of less than 70. Among the breakthrough patients, 76%, 18.7%, and 5.3% of them had the NT 50 ranges of <20, 20-50, and 50-69, respectively. These clinical laboratory results have implications in vaccine strategy and public health policy.

Abstract The Omicron SARS-CoV-2 has three distinct sublineages, among which sublineage BA.1 is responsible for the initial Omicron surge and is now being replaced by BA.2 world-wide, whereas BA.3 is currently at a low frequency. The ongoing BA.1-to-BA.2 replacement underscores the importance to understand the cross-neutralization among the three Omicron sublineages. Here we tested the neutralization of BA.1-infected human sera against BA.2, BA.3, and USA/WA1-2020 (a strain isolated in late January 2020). The BA.1-infected sera neutralized BA.1, BA.2, BA.3, and USA/WA1-2020 SARS-CoV-2s with geometric mean titers (GMTs) of 445, 107, 102, and 16, respectively. Thus, the neutralizing GMTs against heterologous BA.2, BA.3, and USA/WA1-2020 were 4.2-, 4.4-, and 28.4-fold lower than the GMT against homologous BA.1, respectively. These findings have implications in COVID-19 vaccine strategy.