Abstract Neutralizing antibodies (Abs) have been considered as promising therapeutics for the prevention and treatment of pathogens. After the outbreak of COVID-19, potent neutralizing Abs to SARS-CoV-2 were promptly developed, and a few of those neutralizing Abs are being tested in clinical studies. However, there were few methodologies detailly reported on how to rapidly and efficiently generate neutralizing Abs of interest. Here, we present a strategically optimized method for precisive screening of neutralizing monoclonal antibodies (mAbs), which enabled us to identify SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) specific Abs within 4 days, followed by another 2 days for neutralization activity evaluation. By applying the screening system, we obtained 198 Abs against the RBD of SARS-CoV-2. Excitingly, we found that approximately 50% (96/198) of them were candidate neutralizing Abs in a preliminary screening of SARS-CoV-2 pseudovirus and 20 of these 96 neutralizing Abs were confirmed with high potency. Furthermore, 2 mAbs with the highest neutralizing potency were identified to block authentic SARS-CoV-2 with the half-maximal inhibitory concentration (IC50) at concentrations of 9.88 ng/ml and 11.13 ng/ml. In this report, we demonstrated that the optimized neutralizing Abs screening system is useful for the rapid and efficient discovery of potent neutralizing Abs against SARS-CoV-2. Our study provides a methodology for the generation of preventive and therapeutic antibody drugs for emerging infectious diseases.

Abstract Recently emerged severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the pathogen responsible for the ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Currently, there is no vaccine available for preventing SARS-CoV-2 infection. Like closely related severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV), SARS-CoV-2 also uses its receptor-binding domain (RBD) on the spike (S) protein to engage the host receptor, human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), facilitating subsequent viral entry. Here we report the immunogenicity and vaccine potential of SARS-CoV-2 RBD (SARS2-RBD)-based recombinant proteins. Immunization with SARS2-RBD recombinant proteins potently induced a multi-functional antibody response in mice. The resulting antisera could efficiently block the interaction between SARS2-RBD and ACE2, inhibit S-mediated cell-cell fusion, and neutralize both SARS-CoV-2 pseudovirus entry and authentic SARS-CoV-2 infection. In addition, the anti-RBD sera also exhibited cross binding, ACE2-blockade, and neutralization effects towards SARS-CoV. More importantly, we found that the anti-RBD sera did not promote antibody-dependent enhancement of either SARS-CoV-2 pseudovirus entry or authentic virus infection of Fc receptor-bearing cells. These findings provide a solid foundation for developing RBD-based subunit vaccines for SARS-CoV2.

Abstract SARS-CoV-2 enters cells via ACE-2, which binds the spike protein with moderate affinity. Despite a constant background mutational rate, the virus must retain binding with ACE2 for infectivity, providing a conserved constraint for SARS-CoV-2 inhibitors. To prevent mutational escape of SARS-CoV-2 and to prepare for future related coronavirus outbreaks, we engineered a de novo trimeric ACE2 (T-ACE2) protein scaffold that binds the trimeric spike protein with extremely high affinity (K D < 1 pM), while retaining ACE2 native sequence. T-ACE2 potently inhibits all tested pseudotyped viruses including SARS-CoV-2, SARS-CoV, eight naturally occurring SARS-CoV-2 mutants, two SARSr-CoVs as well as authentic SARS-CoV-2. The cryo-EM structure reveals that T-ACE2 can induce the transit of spike protein to “three-up” RBD conformation upon binding. T-ACE2 thus represents a promising class of broadly neutralizing proteins against SARS-CoVs and mutants.

Abstract The SARS-CoV-2 infection is spreading rapidly worldwide. Efficacious antiviral therapeutics against SARS-CoV-2 is urgently needed. Here, we discovered that protoporphyrin IX (PpIX) and verteporfin, two FDA-approved drugs, completely inhibited the cytopathic effect produced by SARS-CoV-2 infection at 1.25 μM and 0.31 μM respectively, and their EC50 values of reduction of viral RNA were at nanomolar concentrations. The selectivity indices of PpIX and verteporfin were 952.74 and 368.93, respectively, suggesting broad margin of safety. Importantly, PpIX and verteporfin prevented SARS-CoV-2 infection in mice adenovirally transduced with human ACE2. The compounds, sharing a porphyrin ring structure, were shown to bind viral receptor ACE2 and interfere with the interaction between ACE2 and the receptor-binding domain of viral S protein. Our study suggests that PpIX and verteporfin are potent antiviral agents against SARS-CoV-2 infection and sheds new light on developing novel chemoprophylaxis and chemotherapy against SARS-CoV-2.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 confers a serious threat to the public health without effective intervention strategies 1–3 . Its variant carrying mutated Spike (S) protein D614G (S D614G ) has become the most prevalent form in the current global pandemic 4,5 . We have identified a large panel of potential neutralizing antibodies (NAbs) targeting the receptor-binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 S 6 . Here, we focused on the top 20 potential NAbs for the mechanism study. Of them, the top 4 NAbs could individually neutralize both authentic SARS-CoV-2 and S D614G pseudovirus efficiently. Our epitope mapping revealed that 16/20 potent NAbs overlapped the same steric epitope. Excitingly, we found that one of these potent NAbs (58G6) exclusively bound to a linear epitope on S-RBD (termed as 58G6e), and the interaction of 58G6e and the recombinant ACE2 could be blocked by 58G6. We confirmed that 58G6e represented a key site of vulnerability on S-RBD and it could positively react with COVID-19 convalescent patients’ plasma. We are the first, as far as we know, to provide direct evidences of a linear epitope that can be recognized by a potent NAb against SARS-CoV-2 S-RBD. This study paves the way for the applications of these NAbs and the potential safe and effective vaccine design.

Abstract The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has rapidly become a global public health threat due to the lack of effective drugs or vaccines against SARS-CoV-2. The efficacy of several repurposed drugs has been evaluated in clinical trials. Among these drugs, a relatively new antiandrogen agent, enzalutamide, was proposed because it reduces the expression of transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2), a key component mediating SARS-CoV-2-driven entry into host cells, in prostate cancer cells. However, definitive evidence for the therapeutic efficacy of enzalutamide in COVID-19 is lacking. Here, we evaluated the antiviral efficacy of enzalutamide in prostate cancer cells, lung cancer cells, human lung organoids and SARS-CoV-2-infected Ad-ACE2-transduced Tmprss2 knockout (Tmprss2-KO) and wild-type (WT) mice. TMPRSS2 knockout significantly inhibited SARS-CoV-2 infection in vivo . Enzalutamide effectively inhibited SARS-CoV-2 infection in human prostate cancer cells (LNCaP) but not in human lung cancer cells or patient-derived lung organoids. Although Tmprss2 knockout effectively blocked SARS-CoV-2 infection in ACE2-transduced mice, enzalutamide showed no antiviral activity due to the AR independence of TMPRSS2 expression in mouse and human lung epithelial cells. Moreover, we observed distinct AR binding patterns between prostate cells and lung cells and a lack of direct binding of AR to TMPRSS2 in human lung cells. Thus, our findings do not support the postulated protective role of enzalutamide in treating COVID-19.

Abstract Accumulating mutations in the SARS-CoV-2 Spike (S) protein can increase the possibility of immune escape, challenging the present COVID-19 prophylaxis and clinical interventions. Here, 3 receptor binding domain (RBD) specific monoclonal antibodies (mAbs), 58G6, 510A5 and 13G9, with high neutralizing potency blocking authentic SARS-CoV-2 virus displayed remarkable efficacy against authentic B.1.351 virus. Each of these 3 mAbs in combination with one neutralizing Ab recognizing non-competing epitope exhibited synergistic effect against authentic SARS-CoV-2 virus. Surprisingly, structural analysis revealed that 58G6 and 13G9, encoded by the IGHV1-58 and the IGKV3-20 germline genes, both recognized the steric region S 470-495 on the RBD, overlapping the E484K mutation presented in B.1.351. Also, 58G6 directly bound to another region S 450-458 in the RBD. Significantly, 58G6 and 510A5 both demonstrated prophylactic efficacy against authentic SARS-CoV-2 and B.1.351 viruses in the transgenic mice expressing human ACE2 (hACE2), protecting weight loss and reducing virus loads. These 2 ultrapotent neutralizing Abs can be promising candidates to fulfill the urgent needs for the prolonged COVID-19 pandemic.

SUMMARY The global spread of SARS-CoV-2 is posing major public health challenges. One unique feature of SARS-CoV-2 spike protein is the insertion of multi-basic residues at the S1/S2 subunit cleavage site, the function of which remains uncertain. We found that the virus with intact spike (Sfull) preferentially enters cells via fusion at the plasma membrane, whereas a clone (Sdel) with deletion disrupting the multi-basic S1/S2 site instead utilizes a less efficient endosomal entry pathway. This idea was supported by the identification of a suite of endosomal entry factors specific to Sdel virus by a genome-wide CRISPR-Cas9 screen. A panel of host factors regulating the surface expression of ACE2 was identified for both viruses. Using a hamster model, animal-to-animal transmission with the Sdel virus was almost completely abrogated, unlike with Sfull. These findings highlight the critical role of the S1/S2 boundary of the SARS-CoV-2 spike protein in modulating virus entry and transmission.

This study aimed to explore daptomycin combined with fosfomycin or rifampin against the planktonic and adherent linezolid-resistant isolates of Enterococcus faecalis. Four linezolid-resistant isolates of E. faecalis which formed biofilms were collected for this study. Biofilm biomasses were detected by crystal violet staining. The adherent cells in the mature biofilms were counted by CFU numbers and observed by confocal laser scanning microscope (CLSM). In time-killing studies, daptomycin combined with fosfomycin or rifampin (4xMIC) demonstrated bactericidal activities on the planktonic cells, and daptomycin combined with fosfomycin killed more planktonic cells (at least 2-log10 CFU/ml) than daptomycin or fosfomycin alone. Daptomycin alone showed activities against the mature biofilms, and daptomycin combined with fosfomycin (16xMIC) demonstrated significantly more activity than daptomycin or fosfomycin alone against the mature biofilms in three of the four isolates. Daptomycin alone effectively killed the adherent cells, and daptomycin combined with fosfomycin (16xMIC) killed more adherent cells than daptomycin or fosfomycin alone in these mature biofilms. The high concentrations of daptomycin (512 mg/L) combined with fosfomycin indicated more activity than 16xMIC of daptomycin combined with fosfomycin on the adherent cells and the mature biofilms. The addition of rifampin increased the activity of daptomycin against the biofilms and the adherent cells of FB-14 and FB-80 isolates, but was not observed in FB-1 and FB-2 isolates. In conclusion, daptomycin combined with fosfomycin works effectively against the planktonic and adherent linezolid-resistant isolates of E. faecalis. The role of rifampin in these linezolid-resistant isolates is discrepant and needs more studies.