Summary

 Decreases in the diversity of enteric bacterial populations are observed in patients with Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Less is known about the virome in these diseases. We show that the enteric virome is abnormal in CD and UC patients. In-depth analysis of preparations enriched for free virions in the intestine revealed that CD and UC were associated with a significant expansion of Caudovirales bacteriophages. The viromes of CD and UC patients were disease and cohort specific. Importantly, it did not appear that expansion and diversification of the enteric virome was secondary to changes in bacterial populations. These data support a model in which changes in the virome may contribute to intestinal inflammation and bacterial dysbiosis. We conclude that the virome is a candidate for contributing to, or being a biomarker for, human inflammatory bowel disease and speculate that the enteric virome may play a role in other diseases.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has caused the global COVID-19 pandemic. Rapidly spreading SARS-CoV-2 variants may jeopardize newly introduced antibody and vaccine countermeasures. Here, using monoclonal antibodies (mAbs), animal immune sera, human convalescent sera and human sera from recipients of the BNT162b2 mRNA vaccine, we report the impact on antibody neutralization of a panel of authentic SARS-CoV-2 variants including a B.1.1.7 isolate, chimeric strains with South African or Brazilian spike genes and isogenic recombinant viral variants. Many highly neutralizing mAbs engaging the receptor-binding domain or N-terminal domain and most convalescent sera and mRNA vaccine-induced immune sera showed reduced inhibitory activity against viruses containing an E484K spike mutation. As antibodies binding to spike receptor-binding domain and N-terminal domain demonstrate diminished neutralization potency in vitro against some emerging variants, updated mAb cocktails targeting highly conserved regions, enhancement of mAb potency or adjustments to the spike sequences of vaccines may be needed to prevent loss of protection in vivo. A comprehensive analysis of antibody neutralization activity against a panel of authentic isolates and chimeric SARS-CoV-2 variants shows markedly diminished neutralizing activity against the variant B.1.351, first identified in South Africa.

Colonization of the infant gut by viruses, bacteriophages and bacteria over the first two years of life. The early years of life are important for immune development and influence health in adulthood. Although it has been established that the gut bacterial microbiome is rapidly acquired after birth, less is known about the viral microbiome (or 'virome'), consisting of bacteriophages and eukaryotic RNA and DNA viruses, during the first years of life. Here, we characterized the gut virome and bacterial microbiome in a longitudinal cohort of healthy infant twins. The virome and bacterial microbiome were more similar between co-twins than between unrelated infants. From birth to 2 years of age, the eukaryotic virome and the bacterial microbiome expanded, but this was accompanied by a contraction of and shift in the bacteriophage virome composition. The bacteriophage-bacteria relationship begins from birth with a high predator–low prey dynamic, consistent with the Lotka-Volterra prey model. Thus, in contrast to the stable microbiome observed in adults, the infant microbiome is highly dynamic and associated with early life changes in the composition of bacteria, viruses and bacteriophages with age.

Elevated inflammation in the female genital tract is associated with increased HIV risk. Cervicovaginal bacteria modulate genital inflammation; however, their role in HIV susceptibility has not been elucidated. In a prospective cohort of young, healthy South African women, we found that individuals with diverse genital bacterial communities dominated by anaerobes other than Gardnerella were at over 4-fold higher risk of acquiring HIV and had increased numbers of activated mucosal CD4+ T cells compared to those with Lactobacillus crispatus-dominant communities. We identified specific bacterial taxa linked with reduced (L. crispatus) or elevated (Prevotella, Sneathia, and other anaerobes) inflammation and HIV infection and found that high-risk bacteria increased numbers of activated genital CD4+ T cells in a murine model. Our results suggest that highly prevalent genital bacteria increase HIV risk by inducing mucosal HIV target cells. These findings might be leveraged to reduce HIV acquisition in women living in sub-Saharan Africa.

Antibody-based interventions against SARS-CoV-2 could limit morbidity, mortality, and possibly transmission. An anticipated correlate of such countermeasures is the level of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 spike protein, which engages with host ACE2 receptor for entry. Using an infectious molecular clone of vesicular stomatitis virus (VSV) expressing eGFP as a marker of infection, we replaced the glycoprotein gene (G) with the spike protein of SARS-CoV-2 (VSV-eGFP-SARS-CoV-2) and developed a high-throughput-imaging-based neutralization assay at biosafety level 2. We also developed a focus-reduction neutralization test with a clinical isolate of SARS-CoV-2 at biosafety level 3. Comparing the neutralizing activities of various antibodies and ACE2-Fc soluble decoy protein in both assays revealed a high degree of concordance. These assays will help define correlates of protection for antibody-based countermeasures and vaccines against SARS-CoV-2. Additionally, replication-competent VSV-eGFP-SARS-CoV-2 provides a tool for testing inhibitors of SARS-CoV-2 mediated entry under reduced biosafety containment.

SummaryPathogenic simian immunodeficiency virus (SIV) infection is associated with enteropathy, which likely contributes to AIDS progression. To identify candidate etiologies for AIDS enteropathy, we used next-generation sequencing to define the enteric virome during SIV infection in nonhuman primates. Pathogenic, but not nonpathogenic, SIV infection was associated with significant expansion of the enteric virome. We identified at least 32 previously undescribed enteric viruses during pathogenic SIV infection and confirmed their presence by using viral culture and PCR testing. We detected unsuspected mucosal adenovirus infection associated with enteritis as well as parvovirus viremia in animals with advanced AIDS, indicating the pathogenic potential of SIV-associated expansion of the enteric virome. No association between pathogenic SIV infection and the family-level taxonomy of enteric bacteria was detected. Thus, enteric viral infections may contribute to AIDS enteropathy and disease progression. These findings underline the importance of metagenomic analysis of the virome for understanding AIDS pathogenesis.Graphical abstractGraphical AbstractHighlights► The enteric virome expands during pathogenic, but not nonpathogenic, SIV infection ► Pathogenic SIV-infected rhesus monkeys shed multiple enteric viruses ► Viruses are associated with intestinal pathology during SIV infection ► Metagenomic analysis of the enteric virome is important to study AIDS pathogenesis

Significance Type 1 diabetes (T1D) is a major autoimmune disease with increasing incidence in recent years. In this study, we found that the intestinal viromes of cases were less diverse than those of controls. We identified eukaryotic viruses and bacteriophage contigs that are associated with the presence or absence of autoimmunity. These viruses provide targets for future mechanistic studies to differentiate causal and incidental associations between the virome and protection against the development of T1D.

Rapidly emerging SARS-CoV-2 variants jeopardize antibody-based countermeasures. Although cell culture experiments have demonstrated a loss of potency of several anti-spike neutralizing antibodies against variant strains of SARS-CoV-21-3, the in vivo importance of these results remains uncertain. Here we report the in vitro and in vivo activity of a panel of monoclonal antibodies (mAbs), which correspond to many in advanced clinical development by Vir Biotechnology, AbbVie, AstraZeneca, Regeneron and Lilly, against SARS-CoV-2 variant viruses. Although some individual mAbs showed reduced or abrogated neutralizing activity in cell culture against B.1.351, B.1.1.28, B.1.617.1 and B.1.526 viruses with mutations at residue E484 of the spike protein, low prophylactic doses of mAb combinations protected against infection by many variants in K18-hACE2 transgenic mice, 129S2 immunocompetent mice and hamsters, without the emergence of resistance. Exceptions were LY-CoV555 monotherapy and LY-CoV555 and LY-CoV016 combination therapy, both of which lost all protective activity, and the combination of AbbVie 2B04 and 47D11, which showed a partial loss of activity. When administered after infection, higher doses of several mAb cocktails protected in vivo against viruses with a B.1.351 spike gene. Therefore, many-but not all-of the antibody products with Emergency Use Authorization should retain substantial efficacy against the prevailing variant strains of SARS-CoV-2.

With the emergence of SARS-CoV-2 variants with increased transmissibility and potential resistance, antibodies and vaccines with broadly inhibitory activity are needed. Here we developed a panel of neutralizing anti-SARS-CoV-2 mAbs that bind the receptor binding domain of the spike protein at distinct epitopes and block virus attachment to cells and its receptor, human angiotensin converting enzyme-2 (hACE2). While several potently neutralizing mAbs protected K18-hACE2 transgenic mice against infection caused by historical SARS-CoV-2 strains, others induced escape variants in vivo and lost activity against emerging strains. We identified one mAb, SARS2-38, that potently neutralizes all SARS-CoV-2 variants of concern tested and protects mice against challenge by multiple SARS-CoV-2 strains. Structural analysis showed that SARS2-38 engages a conserved epitope proximal to the receptor binding motif. Thus, treatment with or induction of inhibitory antibodies that bind conserved spike epitopes may limit the loss of potency of therapies or vaccines against emerging SARS-CoV-2 variants.

ABSTRACT Omicron variant strains encode large numbers of changes in the spike protein compared to historical SARS-CoV-2 isolates. Although in vitro studies have suggested that several monoclonal antibody therapies lose neutralizing activity against Omicron variants 1-4 , the effects in vivo remain largely unknown. Here, we report on the protective efficacy against three SARS-CoV-2 Omicron lineage strains (BA.1, BA.1.1, and BA.2) of two monoclonal antibody therapeutics (S309 [Vir Biotechnology] monotherapy and AZD7442 [AstraZeneca] combination), which correspond to ones used to treat or prevent SARS-CoV-2 infections in humans. Despite losses in neutralization potency in cell culture, S309 or AZD7442 treatments reduced BA.1, BA.1.1, and BA.2 lung infection in susceptible mice that express human ACE2 (K18-hACE2). Correlation analyses between in vitro neutralizing activity and reductions in viral burden in K18-hACE2 or human Fcγ R transgenic mice suggest that S309 and AZD7442 have different mechanisms of protection against Omicron variants, with S309 utilizing Fc effector function interactions and AZD7442 acting principally by direct neutralization. Our data in mice demonstrate the resilience of S309 and AZD7442 mAbs against emerging SARS-CoV-2 variant strains and provide insight into the relationship between loss of antibody neutralization potency and retained protection in vivo .