Abstract Background Coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is believed to be mostly transmitted by medium- to large-sized respiratory droplets, although airborne transmission may be possible in healthcare settings involving aerosol-generating procedures. Exposure to respiratory droplets can theoretically be reduced by surgical mask usage. However, there is a lack of experimental evidence supporting surgical mask usage for prevention of COVID-19. Methods We used a well-established golden Syrian hamster SARS-CoV-2 model. We placed SARS-CoV-2-challenged index hamsters and naive hamsters into closed system units each comprising 2 different cages separated by a polyvinyl chloride air porous partition with unidirectional airflow within the isolator. The effect of a surgical mask partition placed between the cages was investigated. Besides clinical scoring, hamster specimens were tested for viral load, histopathology, and viral nucleocapsid antigen expression. Results Noncontact transmission was found in 66.7% (10/15) of exposed naive hamsters. Surgical mask partition for challenged index or naive hamsters significantly reduced transmission to 25% (6/24, P = .018). Surgical mask partition for challenged index hamsters significantly reduced transmission to only 16.7% (2/12, P = .019) of exposed naive hamsters. Unlike the severe manifestations of challenged hamsters, infected naive hamsters had lower clinical scores, milder histopathological changes, and lower viral nucleocapsid antigen expression in respiratory tract tissues. Conclusions SARS-CoV-2 could be transmitted by respiratory droplets or airborne droplet nuclei which could be reduced by surgical mask partition in the hamster model. This is the first in vivo experimental evidence to support the possible benefit of surgical mask in prevention of COVID-19 transmission, especially when masks were worn by infected individuals.

ABSTRACT Robust severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infection in nasal turbinate (NT) accounts for high viral transmissibility, yet whether neutralizing IgA antibodies can control it remains unknown. Here, we evaluated receptor binding domain (RBD)-specific monomeric B8-mIgA1 and B8-mIgA2, and dimeric B8-dIgA1 and B8-dIgA2 against intranasal SARS-CoV-2 challenge in Syrian hamsters. These antibodies exhibited comparably potent neutralization against authentic virus by competing with human angiotensin converting enzyme-2 (ACE2) receptor for RBD binding. While reducing viruses in lungs, pre-exposure intranasal B8-dIgA1 or B8-dIgA2 led to 81-fold more infectious viruses and severer damage in NT than placebo. Virus-bound B8-dIgA1 and B8-dIgA2 could engage CD209 as an alternative receptor for entry into ACE2-negative cells and allowed viral cell-to-cell transmission. Cryo-EM revealed B8 as a class II neutralizing antibody binding trimeric RBDs in 3-up or 2-up/1-down conformation. Therefore, RBD-specific neutralizing dIgA engages an unexpected action for enhanced SARS-CoV-2 nasal infection and injury in Syrian hamsters.

Abstract The devastation caused by SARS-CoV-2 has made clear the importance of pandemic preparedness. To address future zoonotic outbreaks due to related viruses in the sarbecovirus subgenus, we identified a human monoclonal antibody, 10-40, that neutralized or bound all sarbecoviruses tested in vitro and protected against SARS-CoV-2 and SARS-CoV in vivo . Comparative studies with other receptor-binding domain (RBD)-directed antibodies showed 10-40 to have the greatest breadth against sarbecoviruses and thus its promise as an agent for pandemic preparedness. Moreover, structural analyses on 10-40 and similar antibodies not only defined an epitope cluster in the inner face of the RBD that is well conserved among sarbecoviruses, but also uncovered a new antibody class with a common CDRH3 motif. Our analyses also suggested that elicitation of this class of antibodies may not be overly difficult, an observation that bodes well for the development of a pan-sarbecovirus vaccine. One sentence summary A monoclonal antibody that neutralizes or binds all sarbecoviruses tested and represents a reproducible antibody class.

ABSTRACT The strikingly high transmissibility and antibody evasion of SARS-CoV-2 Omicron variant have posted great challenges on the efficacy of current vaccines and antibody immunotherapy.Here, we screened 34 BNT162b2-vaccinees and cloned a public broadly neutralizing antibody (bNAb) ZCB11 from an elite vaccinee. ZCB11 neutralized all authentic SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), including Omicron and OmicronR346K with potent IC50 concentrations of 36.8 and 11.7 ng/mL, respectively. Functional analysis demonstrated that ZCB11 targeted viral receptor-binding domain (RBD) and competed strongly with ZB8, a known RBD-specific class II NAb. Pseudovirus-based mapping of 57 naturally occurred single mutations or deletions revealed that only S371L resulted in 11-fold neutralization resistance, but this phenotype was not observed in the Omicron variant. Furthermore,prophylactic ZCB11 administration protected lung infection against both the circulating pandemic Delta and Omicron variants in golden Syrian hamsters. These results demonstrated that vaccine-induced ZCB11 is a promising bNAb for immunotherapy against pandemic SARS-CoV-2 VOCs.

Abstract Extrapulmonary complications of different organ systems have been increasingly recognized in patients with severe or chronic Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). However, limited information on the skeletal complications of COVID-19 is known, even though inflammatory diseases of the respiratory tract have been known to perturb bone metabolism and cause pathological bone loss. In this study, we characterized the effects of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection on bone metabolism in an established golden Syrian hamster model for COVID-19. SARS-CoV-2 causes significant multifocal loss of bone trabeculae in the long bones and lumbar vertebrae of all infected hamsters. The bone loss progressively worsens from the acute phase to the post-recovery phase. Mechanistically, the bone loss was associated with SARS-CoV-2-induced cytokine dysregulation which upregulates osteoclastic differentiation of monocyte-macrophage lineage. The pro-inflammatory cytokines further trigger a second wave of cytokine storm in the skeletal tissues to augment their pro-osteoclastogenesis effect. Our findings in this established hamster model suggest that pathological bone loss may be a neglected complication which warrants more extensive investigations during the long-term follow-up of COVID-19 patients. The benefits of potential prophylactic and therapeutic interventions against pathological bone loss should be further evaluated. Abstract Figure Graphical abstract SARS-CoV-2 infection causes pathological bone loss in golden Syrian hamsters through induction of cytokine storm and inflammation-induced osteoclastogenesis.

ABSTRACT The newly emerging SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant first identified in South Africa in November 2021 is characterized by an unusual number of amino acid mutations in its spike that renders existing vaccines and therapeutic monoclonal antibodies dramatically less effective. The in vivo pathogenicity, transmissibility, and fitness of this new Variant of Concerns are unknown. We investigated these virological attributes of the Omicron variant in comparison with those of the currently dominant Delta (B.1.617.2) variant in the golden Syrian hamster COVID-19 model. Omicron-infected hamsters developed significantly less body weight losses, clinical scores, respiratory tract viral burdens, cytokine/chemokine dysregulation, and tissue damages than Delta-infected hamsters. The Omicron and Delta variant were both highly transmissible (100% vs 100%) via contact transmission. Importantly, the Omicron variant consistently demonstrated about 10-20% higher transmissibility than the already-highly transmissible Delta variant in repeated non-contact transmission studies (overall: 30/36 vs 24/36, 83.3% vs 66.7%). The Delta variant displayed higher fitness advantage than the Omicron variant without selection pressure in both in vitro and in vivo competition models. However, this scenario drastically changed once immune selection pressure with neutralizing antibodies active against the Delta variant but poorly active against the Omicron variant were introduced, with the Omicron variant significantly outcompeting the Delta variant. Taken together, our findings demonstrated that while the Omicron variant is less pathogenic than the Delta variant, it is highly transmissible and can outcompete the Delta variant under immune selection pressure. Next-generation vaccines and antivirals effective against this new VOC are urgently needed. One Sentence Summary The novel SARS-CoV-2 Omicron variant, though less pathogenic, is highly transmissible and outcompetes the Delta variant under immune selection pressure in the golden Syrian hamster COVID-19 model.

SARS-CoV-2 continues to evolve and evade most existing neutralizing antibodies, including all clinically authorized antibodies. We have isolated and characterized two human monoclonal antibodies, 12-16 and 12-19, which exhibited neutralizing activities against all SARS-CoV-2 variants tested, including BQ.1.1 and XBB.1.5. They also blocked infection in hamsters challenged with Omicron BA.1 intranasally. Structural analyses revealed both antibodies targeted a conserved quaternary epitope located at the interface between the N-terminal domain and subdomain 1, revealing a previously unrecognized site of vulnerability on SARS-CoV-2 spike. These antibodies prevent viral receptor engagement by locking the receptor-binding domain of spike in the down conformation, revealing a novel mechanism of virus neutralization for non-RBD antibodies. Deep mutational scanning showed that SARS-CoV-2 could mutate to escape 12-19, but the responsible mutations are rarely found in circulating viruses. Antibodies 12-16 and 12-19 hold promise as prophylactic agents for immunocompromised persons who do not respond robustly to COVID-19 vaccines.