The rapid spread of the highly contagious Omicron variant of SARS-CoV-2 along with its high number of mutations in the spike gene has raised alarm about the effectiveness of current medical countermeasures. To address this concern, we measured neutralizing antibodies against Omicron in three important settings: (1) post-vaccination sera after two and three immunizations with the Pfizer/BNT162b2 vaccine, (2) convalescent sera from unvaccinated individuals infected by different variants, and (3) clinical-stage therapeutic antibodies. Using a pseudovirus neutralization assay, we found that titers against Omicron were low or undetectable after two immunizations and in most convalescent sera. A booster vaccination significantly increased titers against Omicron to levels comparable to those seen against the ancestral (D614G) variant after two immunizations. Neither age nor sex were associated with differences in post-vaccination antibody responses. Only three of 24 therapeutic antibodies tested retained their full potency against Omicron and high-level resistance was seen against fifteen. These findings underscore the potential benefit of booster mRNA vaccines for protection against Omicron and the need for additional therapeutic antibodies that are more robust to highly mutated variants.Third dose of Pfizer/BioNTech COVID-19 vaccine significantly boosts neutralizing antibodies to the Omicron variant compared to a second dose, while neutralization of Omicron by convalescent sera, two-dose vaccine-elicited sera, or therapeutic antibodies is variable and often low.

Summary The rapid emergence of new SARS-CoV-2 variants challenges vaccination strategies. Here, we measured antigenic diversity among variants and interpreted neutralizing antibody responses following single and multiple exposures in longitudinal infection and vaccine cohorts. Antigenic cartography using primary infection antisera showed that BA.2, BA.4/BA.5, and BA.2.12.1 are distinct from BA.1 and closer to the Beta cluster. Three doses of an mRNA COVID-19 vaccine increased breadth to BA.1 more than to BA.4/BA.5 or BA.2.12.1. Omicron BA.1 post-vaccination infection elicited antibody landscapes characterized by broader immunity across antigenic space than three doses alone, although with less breadth than expected to BA.2.12.1 and BA.4/BA.5. Those with Omicron BA.1 infection after two or three vaccinations had similar neutralizing titer magnitude and antigenic breadth. Accounting for antigenic differences among variants of concern when interpreting neutralizing antibody titers aids understanding of complex patterns in humoral immunity and informs selection of future COVID-19 vaccine strains.

Abstract Background Characterizing the longevity and quality of cellular immune responses to SARS-CoV-2 is critical to understanding immunologic approaches to protection against COVID-19. Prior studies suggest SARS-CoV-2-specific T cells are present in peripheral blood 10 months after infection. Further analysis of the function, durability, and diversity of the cellular response long after natural infection, over a wider range of ages and disease phenotypes, is needed to further identify preventative and therapeutic interventions. Methods We identified participants in our multi-site longitudinal, prospective cohort study 12-months post SARS-CoV-2 infection representing a range of disease severity. We investigated the function, phenotypes, and frequency of T cells specific for SARS-CoV-2 using intracellular cytokine staining and spectral flow cytometry. In parallel, the magnitude of SARS-CoV-2-specific antibodies was compared. Results SARS-CoV-2-specific antibodies and T cells were detected at 12-months post-infection. Severity of acute illness was associated with higher frequencies of SARS-CoV-2-specific CD4 T cells and antibodies at 12-months. In contrast, polyfunctional and cytotoxic T cells responsive to SARS-CoV-2 were identified in participants over a wide spectrum of disease severity. Conclusions Our data show that SARS-CoV-2 infection induces polyfunctional memory T cells detectable at 12-months post-infection, with higher frequency noted in those who originally experienced severe disease.