The completion of the human genome sequence has made possible genome-wide studies of retroviral DNA integration. Here we report an analysis of 3,127 integration site sequences from human cells. We compared retroviral vectors derived from human immunodeficiency virus (HIV), avian sarcoma-leukosis virus (ASLV), and murine leukemia virus (MLV). Effects of gene activity on integration targeting were assessed by transcriptional profiling of infected cells. Integration by HIV vectors, analyzed in two primary cell types and several cell lines, strongly favored active genes. An analysis of the effects of tissue-specific transcription showed that it resulted in tissue-specific integration targeting by HIV, though the effect was quantitatively modest. Chromosomal regions rich in expressed genes were favored for HIV integration, but these regions were found to be interleaved with unfavorable regions at CpG islands. MLV vectors showed a strong bias in favor of integration near transcription start sites, as reported previously. ASLV vectors showed only a weak preference for active genes and no preference for transcription start regions. Thus, each of the three retroviruses studied showed unique integration site preferences, suggesting that virus-specific binding of integration complexes to chromatin features likely guides site selection.

Abstract Viral hemorrhagic fevers (VHFs) remain some of the most devastating human diseases, and recent outbreaks of Ebola virus disease (EVD) 1,2 and Lassa fever (LF) 3,4 highlight the urgent need for sensitive, field-deployable tests to diagnose them 5,6 . Here we develop CRISPR-Cas13a-based (SHERLOCK) diagnostics targeting Ebola virus (EBOV) and Lassa virus (LASV), with both fluorescent and lateral flow readouts. We demonstrate on laboratory and clinical samples the sensitivity of these assays and the capacity of the SHERLOCK platform to handle virus-specific diagnostic challenges. Our EBOV diagnostic detects both the L and NP genes, thereby eliminating the potential for false positive results caused by the rVSVΔG-ZEBOV-GP live attenuated vaccine. Our two LASV diagnostics together capture 90% of known viral diversity and demonstrate that CRISPR-RNAs (crRNAs) can be effectively multiplexed to provide greater coverage of known viral diversity. We performed safety testing to demonstrate the efficacy of our HUDSON protocol in heat-inactivating and chemically treating VHF viruses before SHERLOCK testing, eliminating the need for an extraction. We developed a user-friendly field protocol and mobile application (HandLens) to report results, facilitating SHERLOCK’s use in endemic regions. Finally, we successfully deployed our tests in Sierra Leone and Nigeria in response to recent outbreaks.

Abstract COVID-19 presents herculean challenges to research and scientific communities for producing diagnostic and treatment solutions. Any return to normalcy requires rapid development of countermeasures, with animal models serving as a critical tool in testing vaccines and therapeutics. Animal disease status and potential COVID-19 exposure prior to study execution may severely bias efficacy testing. We developed a toolbox of immunological and molecular tests to monitor countermeasure impact on disease outcome and evaluate pre-challenge COVID-19 status. Assay application showed critical necessity for animal pre-screening. Specifically, real-time PCR results documented pre-exposure of an African Green Monkey prior to SARS-CoV-2 challenge with sequence confirmation as a community-acquired exposure. Longitudinal monitoring of nasopharyngeal swabs and serum showed pre-exposure impacted both viral disease course and resulting immunological response. This study demonstrates utility in a comprehensive pre-screening strategy for animal models, which captured the first documented case of community-acquired, non-human primate infection. One Sentence Summary Pre-exposure to SARS-CoV-2 affects biomarker responses in animal models, highlighting a need for robust pre-screening protocols prior to medical countermeasure studies.

ABSTRACT The long-lasting global COVID-19 pandemic demands timely genomic investigation of SARS-CoV-2 viruses. Here we report a simple and efficient workflow for whole genome sequencing utilizing one-step RT-PCR amplification on a microfluidic platform, followed by MiSeq amplicon sequencing. The method uses Fluidigm IFC and instruments to amplify 48 samples with 39 pairs of primers in a single step. Application of this method on RNA samples from both viral isolate and clinical specimens demonstrate robustness and efficiency of this method in obtaining the full genome sequence of SARS-CoV-2.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is causing an exponentially increasing number of coronavirus disease 19 (COVID-19) cases globally. Prioritization of medical countermeasures for evaluation in randomized clinical trials is critically hindered by the lack of COVID-19 animal models that enable accurate, quantifiable, and reproducible measurement of COVID-19 pulmonary disease free from observer bias. We first used serial computed tomography (CT) to demonstrate that bilateral intrabronchial instillation of SARS-CoV-2 into crab-eating macaques ( Macaca fascicularis ) results in mild-to-moderate lung abnormalities qualitatively characteristic of subclinical or mild-to-moderate COVID-19 (e.g., ground-glass opacities with or without reticulation, paving, or alveolar consolidation, peri-bronchial thickening, linear opacities) at typical locations (peripheral>central, posterior and dependent, bilateral, multi-lobar). We then used positron emission tomography (PET) analysis to demonstrate increased FDG uptake in the CT-defined lung abnormalities and regional lymph nodes. PET/CT imaging findings appeared in all macaques as early as 2 days post-exposure, variably progressed, and subsequently resolved by 6–12 days post-exposure. Finally, we applied operator-independent, semi-automatic quantification of the volume and radiodensity of CT abnormalities as a possible primary endpoint for immediate and objective efficacy testing of candidate medical countermeasures.