ABSTRACT The SARS-CoV-2 Omicron variant rapidly outcompeted other variants and currently dominates the COVID-19 pandemic. Its enhanced transmission, immune evasion and pathogenicity is thought to be driven by numerous mutations in the Omicron Spike protein. Here, we examined the impact of amino acid changes that are characteristic for the BA.1 and/or BA.2 Omicron lineages on Spike function, processing and susceptibility to neutralization. Individual mutations of S371F/L, S375F and T376A in the ACE2 receptor-binding domain as well as Q954H and N969K in the hinge region 1 impaired infectivity, while changes of G339D, D614G, N764K and L981F moderately enhanced it. Most mutations in the N-terminal region and the receptor binding domain reduced sensitivity of the Spike protein to neutralization by sera from individuals vaccinated with the BNT162b2 vaccine or therapeutic antibodies. Our results represent a systematic functional analysis of Omicron Spike adaptations that allowed this SARS-CoV-2 variant to overtake the current pandemic. HIGHLIGHTS S371F/L, S373P and S375F impair Spike function and revert in some BA. 1 isolates Changes of Q954H and N969K in HR1 reduce while L981F enhances S-mediated infection Omicron-specific mutations in the NTD and RBD of Spike reduce neutralization N440K, G446S, E484A and Q493K confer resistance to bamlanivimab or imdevimab

ABSTRACT Many COVID-19 patients suffer from gastrointestinal symptoms and impaired intestinal barrier function may play a key role in Long COVID. Despite its importance, the impact of SARS-CoV-2 on intestinal epithelia is poorly understood. To address this, we established an intestinal barrier model integrating epithelial Caco-2 cells, mucus-secreting HT29 cells and human Raji cells. This gut epithelial model allows efficient differentiation of Caco-2 cells into microfold-like cells, faithfully mimics intestinal barrier function, and is highly permissive to SARS-CoV-2 infection. Early strains of SARS-CoV-2 and the Delta variant replicated with high efficiency, severely disrupted barrier function, and depleted tight junction proteins, such as claudin-1, occludin and ZO-1. In comparison, Omicron subvariants also depleted ZO-1 from tight junctions but had fewer damaging effects on mucosal integrity and barrier function. Remdesivir and the TMPRSS2 inhibitor Camostat prevented SARS-CoV-2 replication and thus epithelial barrier damage, while the Cathepsin inhibitor E64d was ineffective. Our results support that SARS-CoV-2 disrupts intestinal barrier function but further suggest that circulating Omicron variants are less damaging than earlier viral strains.

Complex pathogen-host interactions govern the outcome of viral exposures but remain poorly understood because current methods to elucidate antiviral mechanisms are prone to artefacts and lack sensitivity. Here, we developed a virus-guided technology platform where the pathogen itself reveals its cellular opponents. To accomplish this, we engineered replication-competent HIV-1 expressing sgRNAs targeting potential antiviral genes in Cas9-expressing CD4+ T cells. Simultaneous analysis of HIV-1 constructs targeting >500 candidate genes revealed that sgRNAs against GRN, CIITA, EHMT2, CEACAM3, CC2D1B, RHOA and HMOX1 are strongly enriched over several rounds of replication. Overexpression and knock-out studies confirmed the antiretroviral activity of most factors but failed for some. Finally, we show that lack of the accessory nef gene increased enrichment of sgRNAs targeting SERINC5 and IFI16 demonstrating that this method allows identification of targets of accessory proteins. The versatile and effective HIV-guided CRISPR technology offers numerous possibilities for clarification of virus-host interactions and innate defense mechanisms.

ABSTRACT Utilization of human ACE2 allowed several bat coronaviruses (CoVs), including the causative agent of COVID-19, to infect humans either directly or via intermediate hosts. Here, we analyzed the ability of Spike proteins from 24 human or animal CoVs to use ACE2 receptors across nine reservoir, potential intermediate and human hosts. We show that overall SARS-CoV-2 Omicron variants evolved more efficient ACE2 usage but mutation of R493Q in BA.5 Spike disrupts utilization of ACE2 from Greater horseshoe bats. Spikes from most CoVs showed species-specific differences in ACE2 usage, partly due to variations in ACE2 residues 31, 41 or 354. Mutation of T403R allowed the RaTG13 bat CoV Spike to use all ACE2 orthologs analysed for viral entry. Sera from COVID-19 vaccinated individuals neutralized the Spike proteins of a range of bat Sarbecoviruses. Our results define determinants of ACE2 receptor usage of diverse CoVs and suggest that COVID-19 vaccination may protect against future zoonoses of SARS-CoV-related bat viruses. Highlights Mutation of R493Q in BA.5 Spike disrupts utilization of ACE2 from Greater horseshoe bats Variations in ACE2 residues 31, 41 or 354 affect utilization by coronavirus Spike proteins Residue R403 in the Spike protein of bat coronavirus allow broad and effective ACE2 usage Sera from COVID-19 vaccinated individuals neutralize Spike proteins of bat Sarbecoviruses