A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

The development of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines and therapeutics will depend on understanding viral immunity. We studied T cell memory in 42 patients following recovery from COVID-19 (28 with mild disease and 14 with severe disease) and 16 unexposed donors, using interferon-γ-based assays with peptides spanning SARS-CoV-2 except ORF1. The breadth and magnitude of T cell responses were significantly higher in severe as compared with mild cases. Total and spike-specific T cell responses correlated with spike-specific antibody responses. We identified 41 peptides containing CD4

Abstract SARS-CoV-2 lineage B.1.1.7 viruses are more transmissible, may lead to greater clinical severity, and result in modest reductions in antibody neutralization. subgenomic RNA (sgRNA) is produced by discontinuous transcription of the SARS-CoV-2 genome and is a crucial step in the SARS-CoV-2 life cycle. Applying our tool (periscope) to ARTIC Network Oxford Nanopore genomic sequencing data from 4400 SARS-CoV-2 positive clinical samples, we show that normalised sgRNA expression profiles are significantly increased in B.1.1.7 infections (n=879). This increase is seen over the previous dominant circulating lineage in the UK, B.1.177 (n=943), which is independent of genomic reads, E gene cycle threshold and days since symptom onset at sampling. A noncanonical sgRNA which could represent ORF9b is found in 98.4% of B.1.1.7 SARS-CoV-2 infections compared with only 13.8% of other lineages, with a 16-fold increase in median expression. We hypothesise that this is a direct consequence of a triple nucleotide mutation in nucleocapsid (28280:GAT>CAT, D3L) creating a transcription regulatory-like sequence complementary to a region 3’ of the genomic leader. These findings provide a unique insight into the biology of B.1.1.7 and support monitoring of sgRNA profiles in sequence data to evaluate emerging potential variants of concern. One Sentence Summary The recently emerged and more transmissible SARS-CoV-2 lineage B.1.1.7 shows greater subgenomic RNA expression in clinical infections and enhanced expression of a noncanonical subgenomic RNA near ORF9b.

Genetic variations across the SARS-CoV-2 genome may influence transmissibility of the virus and the host’s anti-viral immune response, in turn affecting the frequency of variants over-time. In this study, we examined the adjacent amino acid polymorphisms in the nucleocapsid (R203K/G204R) of SARS-CoV-2 that arose on the background of the spike D614G change and describe how strains harboring these changes became dominant circulating strains globally.Deep sequencing data of SARS-CoV-2 from public databases and from clinical samples were analyzed to identify and map genetic variants and sub-genomic RNA transcripts across the genome.Sequence analysis suggests that the three adjacent nucleotide changes that result in the K203/R204 variant have arisen by homologous recombination from the core sequence (CS) of the leader transcription-regulating sequence (TRS) rather than by stepwise mutation. The resulting sequence changes generate a novel sub-genomic RNA transcript for the C-terminal dimerization domain of nucleocapsid. Deep sequencing data from 981 clinical samples confirmed the presence of the novel TRS-CS-dimerization domain RNA in individuals with the K203/R204 variant. Quantification of sub-genomic RNA indicates that viruses with the K203/R204 variant may also have increased expression of sub-genomic RNA from other open reading frames.The finding that homologous recombination from the TRS may have occurred since the introduction of SARS-CoV-2 in humans resulting in both coding changes and novel sub-genomic RNA transcripts suggests this as a mechanism for diversification and adaptation within its new host.

Abstract We have developed periscope, a tool for the detection and quantification of sub-genomic RNA (sgRNA) in SARS-CoV-2 genomic sequence data. The translation of the SARS-CoV-2 RNA genome for most open reading frames (ORFs) occurs via RNA intermediates termed “sub-genomic RNAs”. sgRNAs are produced through discontinuous transcription which relies on homology between transcription regulatory sequences (TRS-B) upstream of the ORF start codons and that of the TRS-L which is located in the 5’ UTR. TRS-L is immediately preceded by a leader sequence. This leader sequence is therefore found at the 5’ end of all sgRNA. We applied periscope to 1,155 SARS-CoV-2 genomes from Sheffield, UK and validated our findings using orthogonal datasets and in vitro cell systems. Using a simple local alignment to detect reads which contain the leader sequence we were able to identify and quantify reads arising from canonical and non-canonical sgRNA. We were able to detect all canonical sgRNAs at expected abundances, with the exception of ORF10. A number of recurrent non-canonical sgRNAs are detected. We show that the results are reproducible using technical replicates and determine the optimum number of reads for sgRNA analysis. In VeroE6 ACE2+/− cell lines, periscope can detect the changes in the kinetics of sgRNA in orthogonal sequencing datasets. Finally, variants found in genomic RNA are transmitted to sgRNAs with high fidelity in most cases. This tool can be applied to all sequenced COVID-19 samples worldwide to provide comprehensive analysis of SARS-CoV-2 sgRNA.

Abstract We identify amino acid variants within dominant SARS-CoV-2 T-cell epitopes by interrogating global sequence data. Several variants within nucleocapsid and ORF3a epitopes have arisen independently in multiple lineages and result in loss of recognition by epitope-specific T-cells assessed by IFN-γ and cytotoxic killing assays. These data demonstrate the potential for T-cell evasion and highlight the need for ongoing surveillance for variants capable of escaping T-cell as well as humoral immunity.

Abstract Viral CD8 + epitopes are generated by the cellular turnover of viral proteins, predominantly by the proteasome. Mutations located within viral epitopes can result in escape from memory T cells but the contribution of mutations in flanking regions of epitopes in SARS-CoV-2 has not been investigated. Focusing on two of the most dominant SARS-CoV-2 nucleoprotein CD8 + epitopes, we identified mutations in epitope flanking regions and investigated the contribution of these mutations to antigen processing and T cell activation using SARS-CoV-2 nucleoprotein transduced B cell lines and in vitro proteasomal processing of peptides. We found that decreased NP 9-17 -B*27:05 CD8 + T cell responses to the NP-Q7K mutation correlated with lower epitope surface expression, likely due to a lack of efficient epitope production by the proteasome, suggesting immune escape caused by this mutation. In contrast, NP-P6L and NP-D103N/Y mutations flanking the NP 9-17 -B*27:05 and NP 105-113 -B*07:02 epitopes, respectively, increased CD8 + T cell responses associated with enhanced epitope production by the proteasome. Our results provide evidence that SARS-CoV-2 mutations outside the epitope could have a significant impact on antigen processing and presentation, thereby contributing to escape from immunodominant T cell responses. Alternatively, mutations could enhance antigen processing and efficacy of T cell recognition, opening new avenues for improving future vaccine designs. One Sentence Summary Natural mutations in the flanking regions of known immunodominant SARS-CoV-2 nucleoprotein epitopes can decrease CD8 + T cell responses leading to partial escape.

Abstract Background Poor efficacy and effectiveness of the pandemic H1N1 (pH1N1) component in intranasal live attenuated influenza vaccine (LAIV) has been demonstrated in several studies. The reasons for this are unclear, but may be due to impaired replicative fitness of pH1N1 A/California/07/2009-like (Cal09) LAIV strains. Methods In an open-label, prospective, observational, phase 4 study, we evaluated the impact of updating the pH1N1 component in the Russian-backbone trivalent LAIV from Cal09 in 2016-17 (n=118) to an A/Michigan/45/2015-like strain (A/17/New York/15/5364, NY15) in 2017-18 (n=126), on shedding and immunogenicity in Gambian children aged 2-4 years old. The study was nested within a larger randomised controlled trial investigating LAIV-microbiome interactions (ClinicalTrials.gov NCT02972957 ). Findings Cal09 showed impaired nasopharyngeal shedding compared to H3N2 and influenza B, along with sub-optimal serum antibody and T-cell responses. Following the switch to NY15, a significant increase in pH1N1 shedding was seen, along with improvements in seroconversion and influenza-specific CD4+ T-cell responses. Viral kinetics in vitro mirrored these findings, with NY15 showing greater replicative ability than Cal09 in human nasal epithelial cells. Persistent shedding to day 7 was independently associated with both seroconversion and CD4+ T cell response in multivariable logistic regression. Interpretation Our results suggest that the pH1N1 component switch in LAIV may have overcome problems in prior formulations. LAIV effectiveness against pH1N1 should therefore improve in upcoming influenza seasons. Our data also highlight the importance of evaluating replicative fitness, in addition to antigenicity, when selecting annual LAIV components and design of potentially more effective vaccines. Funding The Wellcome Trust.

Adaptation in egg-passaged vaccine strains may cause reduced vaccine effectiveness due to altered antigenicity of the influenza haemagglutinin. We tested whether egg adaptation modified serum and mucosal antibody responses to the A(H3N2) component in the Live Attenuated Influenza Vaccine (LAIV). Twice as many children seroconverted to an egg-adapted H3N2 than the equivalent wildtype strain. Seroconversion to the wildtype strain was greater in children seronegative pre-LAIV, whereas higher mucosal IgA responses to wildtype antigen were observed if seropositive prior to vaccination. Sequencing of virus from nasopharyngeal swabs from 7 days post-LAIV showed low sequence diversity and no reversion of egg-adaptive mutations.

Abstract COVID-19 is an ongoing global crisis in which the development of effective vaccines and therapeutics will depend critically on understanding the natural immunity to the virus, including the role of SARS-CoV-2-specific T cells. We have conducted a study of 42 patients following recovery from COVID-19, including 28 mild and 14 severe cases, comparing their T cell responses to those of 16 control donors. We assessed the immune memory of T cell responses using IFNγ based assays with overlapping peptides spanning SARS-CoV-2 apart from ORF1. We found the breadth, magnitude and frequency of memory T cell responses from COVID-19 were significantly higher in severe compared to mild COVID-19 cases, and this effect was most marked in response to spike, membrane, and ORF3a proteins. Total and spike-specific T cell responses correlated with the anti-Spike, anti-Receptor Binding Domain (RBD) as well as anti-Nucleoprotein (NP) endpoint antibody titre (p<0.001, <0.001 and =0.002). We identified 39 separate peptides containing CD4 + and/or CD8 + epitopes, which strikingly included six immunodominant epitope clusters targeted by T cells in many donors, including 3 clusters in spike (recognised by 29%, 24%, 18% donors), two in the membrane protein (M, 32%, 47%) and one in the nucleoprotein (Np, 35%). CD8+ responses were further defined for their HLA restriction, including B*4001-restricted T cells showing central memory and effector memory phenotype. In mild cases, higher frequencies of multi-cytokine producing M- and NP-specific CD8 + T cells than spike-specific CD8 + T cells were observed. They furthermore showed a higher ratio of SARS-CoV-2-specific CD8 + to CD4 + T cell responses. Immunodominant epitope clusters and peptides containing T cell epitopes identified in this study will provide critical tools to study the role of virus-specific T cells in control and resolution of SARS-CoV-2 infections. The identification of T cell specificity and functionality associated with milder disease, highlights the potential importance of including non-spike proteins within future COVID-19 vaccine design.