Protective neutralizing antibodies Antibodies produced by survivors of coronavirus disease 2019 (COVID-19) may be leveraged to develop therapies. A first step is identifying neutralizing antibodies, which confer strong protection against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Rogers et al. used a high-throughput pipeline to isolate and characterize monoclonal antibodies from convalescent donors. Antibodies were selected for binding to the viral spike protein, which facilitates entry into host cells by binding to the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Most isolated antibodies bound to regions of the spike outside of the receptor binding domain (RBD); however, a larger proportion of the RBD-binding antibodies were neutralizing, with the most potent binding at a site that overlaps the ACE2 binding site. Two of the neutralizing antibodies were tested in Syrian hamsters and provided protection against SARS-CoV-2 infection. Science , this issue p. 956

ABSTRACT The development of countermeasures to prevent and treat COVID-19 is a global health priority. In under 7 weeks, we enrolled a cohort of SARS-CoV-2-recovered participants, developed neutralization assays to interrogate serum and monoclonal antibody responses, adapted our high throughput antibody isolation, production and characterization pipeline to rapidly screen over 1000 antigen-specific antibodies, and established an animal model to test protection. We report multiple highly potent neutralizing antibodies (nAbs) and show that passive transfer of a nAb provides protection against 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 define protective epitopes to guide vaccine design.

ABSTRACT The ability to efficiently isolate antigen-specific B cells in high throughput will greatly accelerate the discovery of therapeutic monoclonal antibodies ( mAbs ) and catalyze rational vaccine development. Traditional mAb discovery is a costly and labor-intensive process, although recent advances in single-cell genomics using emulsion microfluidics allow simultaneous processing of thousands of individual cells. Here we present a streamlined method for isolation and analysis of large numbers of antigen-specific B cells, including next generation antigen barcoding and an integrated computational framework for B cell multi-omics. We demonstrate the power of this approach by recovering thousands of antigen-specific mAbs, including the efficient isolation of extremely rare precursors of VRC01-class and IOMA-class broadly neutralizing HIV mAbs.

The development of vaccines and therapeutics that are broadly effective against known and emergent coronaviruses is an urgent priority. We screened the circulating B cell repertoires of COVID-19 survivors and vaccinees to isolate over 9,000 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-specific monoclonal antibodies (mAbs), providing an expansive view of the SARS-CoV-2-specific Ab repertoire. Among the recovered antibodies was TXG-0078, an N-terminal domain (NTD)-specific neutralizing mAb that recognizes diverse alpha- and beta-coronaviruses. TXG-0078 achieves its exceptional binding breadth while utilizing the same VH1-24 variable gene signature and heavy-chain-dominant binding pattern seen in other NTD-supersite-specific neutralizing Abs with much narrower specificity. We also report CC24.2, a pan-sarbecovirus neutralizing antibody that targets a unique receptor-binding domain (RBD) epitope and shows similar neutralization potency against all tested SARS-CoV-2 variants, including BQ.1.1 and XBB.1.5. A cocktail of TXG-0078 and CC24.2 shows protection in vivo, suggesting their potential use in variant-resistant therapeutic Ab cocktails and as templates for pan-coronavirus vaccine design.

Summary Development of vaccines and therapeutics that are broadly effective against known and emergent coronaviruses is an urgent priority. Current strategies for developing pan-coronavirus countermeasures have largely focused on the receptor binding domain ( RBD ) and S2 regions of the coronavirus Spike protein; it has been unclear whether the N-terminal domain ( NTD ) is a viable target for universal vaccines and broadly neutralizing antibodies ( Abs ). Additionally, many RBD-targeting Abs have proven susceptible to viral escape. We screened the circulating B cell repertoires of COVID-19 survivors and vaccinees using multiplexed panels of uniquely barcoded antigens in a high-throughput single cell workflow to isolate over 9,000 SARS-CoV-2-specific monoclonal Abs ( mAbs ), providing an expansive view of the SARS-CoV-2-specific Ab repertoire. We observed many instances of clonal coalescence between individuals, suggesting that Ab responses frequently converge independently on similar genetic solutions. Among the recovered antibodies was TXG-0078, a public neutralizing mAb that binds the NTD supersite region of the coronavirus Spike protein and recognizes a diverse collection of alpha- and beta-coronaviruses. TXG-0078 achieves its exceptional binding breadth while utilizing the same VH1-24 variable gene signature and heavy chain-dominant binding pattern seen in other NTD supersite-specific neutralizing Abs with much narrower specificity. We also report the discovery of CC24.2, a pan-sarbecovirus neutralizing mAb that targets a novel RBD epitope and shows similar neutralization potency against all tested SARS-CoV-2 variants, including BQ.1.1 and XBB.1.5. A cocktail of TXG-0078 and CC24.2 provides protection against in vivo challenge with SARS-CoV-2, suggesting potential future use in variant-resistant therapeutic Ab cocktails and as templates for pan-coronavirus vaccine design.

Summary Lassa fever is an acute hemorrhagic fever caused by the zoonotic Lassa virus (LASV). The LASV glycoprotein complex (GPC) mediates viral entry and is the sole target for neutralizing antibodies. Immunogen design is complicated by the metastable nature of recombinant GPCs and the antigenic differences amongst LASV lineages. Despite the sequence diversity of GPC, structures of most lineages are lacking. We present the development and characterization of prefusion-stabilized, trimeric GPCs of LASV lineages II, V, and VI, revealing structural conservation despite sequence diversity. High-resolution structures and biophysical characterization of GPC in complex with GP1-A antibodies reveal their neutralization mechanisms. Finally, we present the isolation and characterization of a novel trimer-preferring neutralizing antibody belonging to the GPC-B competition group with an epitope that spans adjacent protomers and includes the fusion peptide. Our work provides molecular detail information on LASV antigenic diversity and will guide efforts to design pan-LASV vaccines. Highlights Structural characterization of soluble glycoproteins from four Lassa virus lineages. MAb 12.1F, belonging to the GP1-A cluster, inhibits matriglycan and LAMP-1 binding. GP1-A mAbs show glycan-dependence with 19.7E demonstrating lineage-dependent binding. A novel trimer-preferring NAb S370.7 targets the GPC-B epitope.

Eliciting broadly neutralizing antibodies-(bnAbs) remains a major goal of HIV-1 vaccine research. Previously, we showed that a soluble chimpanzee SIV Envelope-(Env) trimer, MT145K, bound several human V2-apex bnAb-precursors and stimulated an appropriate response in V2-apex bnAb precursor-expressing knock-in mice. Here, we tested the immunogenicity of three MT145 variants (MT145, MT145K, MT145K.dV5) expressed as chimeric simian-chimpanzee-immunodeficiency-viruses-(SCIVs) in rhesus macaques-(RMs). All three viruses established productive infections with high setpoint vRNA titers. RMs infected with the germline-targeting SCIV_MT145K and SCIV_MT145K.dV5 exhibited larger and more clonally expanded B cell lineages featuring long anionic heavy chain complementary-determining-regions-(HCDR3s) compared with wildtype SCIV_MT145. Moreover, antigen-specific B cell analysis revealed enrichment for long-CDHR3-bearing antibodies in SCIV_MT145K.dV5 infected animals with paratope features resembling prototypic V2-apex bnAbs and their precursors. Although none of the animals developed bnAbs, these results show that germline-targeting SCIVs can activate and preferentially expand B cells expressing V2-apex bnAb-like precursors, the first step in bnAb elicitation.

During infection, the fusion peptide (FP) of HIV envelope glycoprotein (Env) serves a central role in viral fusion with the host cell. As such, the FP is highly conserved and therefore an attractive epitope for vaccine design. Here, we describe a vaccination study in non-human primates (NHPs) where glycan deletions were made on soluble HIV Env to increase FP epitope exposure. When delivered via implantable osmotic pumps, this immunogen primed immune responses against the FP, which were then boosted with heterologous trimers resulting in a focused immune response targeting the conserved FP epitope. Although autologous immunizations did not elicit high affinity FP-targeting antibodies, the conserved FP epitope on a heterologous trimer further matured the lower affinity, FP-targeting B cells. This study suggests using epitope conservation strategies on distinct Env trimer immunogens can focus humoral responses on desired neutralizing epitopes and suppress immune-distracting antibody responses against non-neutralizing epitopes.