Summary The newly emerging variants of SARS-CoV-2 from India (Delta variant) and South America (Lambda variant) have led to a higher infection rate of either vaccinated or unvaccinated people. We found that sera from Pfizer-BioNTech vaccine remain high reactivity toward the receptor binding domain (RBD) of Delta variant while it drops dramatically toward that of Lambda variant. Interestingly, the overall titer of antibodies of Pfizer-BioNTech vaccinated individuals drops 3-fold after 6 months, which could be one of major reasons for breakthrough infections, emphasizing the importance of potential third boost shot. While a therapeutic antibody, Bamlanivimab, decreases binding affinity to Delta variant by ~20 fold, it fully lost binding to Lambda variant. Structural modeling of complexes of RBD with human receptor, Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2), and Bamlanivimab suggest the potential basis of the change of binding. The data suggest possible danger and a potential surge of Lambda variant in near future.

Abstract We generated several versions of the receptor binding domain (RBD) of the Spike protein with mutations existing within newly emerging variants from South Africa and Brazil. We found that the mutant RBD with K417N, E484K, and N501Y exchanges has higher binding affinity to the human receptor compared to the wildtype RBD. This mutated version of RBD also completely abolishes the binding to a therapeutic antibody, Bamlanivimab, in vitro .

Abstract Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is causing a world-wide pandemic. A variant of SARS-COV-2 (20I/501Y.V1) recently discovered in the United Kingdom has a single mutation from N501 to Y501 within the receptor binding domain (Y501-RBD), of the Spike protein of the virus. This variant is much more contagious than the original version (N501-RBD). We found that this mutated version of RBD binds to human Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2) a ~10 times more tightly than the native version (N501-RBD). Modeling analysis showed that the N501Y mutation would allow a potential aromatic ring-ring interaction and an additional hydrogen bond between the RBD and ACE2. However, sera from individuals immunized with the Pfizer-BioNTech vaccine still efficiently block the binding of Y501-RBD to ACE2 though with a slight compromised manner by comparison with their ability to inhibit binding to ACE2 of N501-RBD. This may raise the concern whether therapeutic anti-RBD antibodies used to treat COVID-19 patients are still efficacious. Nevertheless, a therapeutic antibody, Bamlanivimab, still binds to the Y501-RBD as efficiently as its binds to N501-RBD.