Abstract COVID-19 is a spectrum of clinical symptoms in humans caused by infection with SARS-CoV-2, a recently emerged coronavirus that rapidly caused a pandemic. Coalescence of this virus with seasonal respiratory viruses, particularly influenza virus is a global health concern. To investigate this, transgenic mice expressing the human ACE2 receptor driven by the epithelial cell cytokeratin-18 gene promoter (K18-hACE2) were first infected with IAV followed by SARS-CoV-2. The host response and effect on virus biology was compared to K18-hACE2 mice infected with IAV or SARS-CoV-2 only. Infection of mice with each individual virus resulted in a disease phenotype compared to control mice. Although SARS-CoV-2 RNA synthesis appeared significantly reduced in the sequentially infected mice, they exhibited more rapid weight loss, more severe lung damage and a prolongation of the innate response compared to singly infected or control mice. The sequential infection also exacerbated the extrapulmonary encephalitic manifestations associated with SARS-CoV-2 infection. Conversely, prior infection with a commercially available, multivalent live-attenuated influenza vaccine (Fluenz tetra) elicited the same reduction in SARS-CoV-2 RNA synthesis albeit without the associated increase in disease severity. This suggests that the innate immune response stimulated by infection with IAV is responsible for the observed inhibition of SARS-CoV-2, however, infection with attenuated, apathogenic influenza vaccine does not result in an aberrant immune response and enhanced disease severity. Taken together, the data suggest that the concept of ‘twinfection’ is deleterious and mitigation steps should be instituted as part of a comprehensive public health response to the COVID-19 pandemic.

Summary Heparan sulfate (HS) is a cell surface polysaccharide recently identified as a co-receptor with the ACE2 protein for recognition of the S1 spike protein on SARS-CoV-2 virus, providing a tractable new target for therapeutic intervention. Clinically-used heparins demonstrate inhibitory activity, but world supplies are limited, necessitating alternative solutions. Synthetic HS mimetic pixatimod is a drug candidate for cancer with immunomodulatory and heparanase-inhibiting properties. Here we show that pixatimod binds to and destabilizes the SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain (S1-RBD), and directly inhibits its binding to human ACE2, consistent with molecular modelling identification of multiple molecular contacts and overlapping pixatimod and ACE2 binding sites. Assays with multiple clinical isolates of live SARS-CoV-2 virus show that pixatimod potently inhibits infection of monkey Vero E6 and human bronchial epithelial cells at concentrations within its safe therapeutic dose range. Furthermore, in a K18-hACE2 mouse model pixatimod demonstrates that pixatimod markedly attenuates SARS-CoV-2 viral titer and COVID-19-like symptoms. This demonstration of potent anti-SARS-CoV-2 activity establishes proof-of-concept for targeting the HS-Spike protein-ACE2 axis with synthetic HS mimetics. Together with other known activities of pixatimod our data provides a strong rationale for its clinical investigation as a potential multimodal therapeutic to address the COVID-19 pandemic.

Abstract Background Ronapreve demonstrated clinical application in post-exposure prophylaxis, mild/moderate disease and in the treatment of seronegative patients with severe COVID19 prior to the emergence of the Omicron variant in late 2021. Numerous reports have described loss of in vitro neutralisation activity of Ronapreve and other monoclonal antibodies for BA.1 Omicron and subsequent sub-lineages of the Omicron variant. With some exceptions, global policy makers have recommended against the use of existing monoclonal antibodies in COVID19. Gaps in knowledge regarding the mechanism of action of monoclonal antibodies are noted, and further preclinical study will help understand positioning of new monoclonal antibodies under development. Objectives The purpose of this study was to investigate the impact of Ronapreve on compartmental viral replication as a paradigm for a monoclonal antibody combination. The study also sought to confirm absence of in vivo activity against BA.1 Omicron (B.1.1.529) relative to the Delta (B.1.617.2) variant. Methods Virological efficacy of Ronapreve was assessed in K18-hACE2 mice inoculated with either the SARS-CoV-2 Delta or Omicron variants. Viral replication in tissues was quantified using qRT-PCR to measure sub-genomic viral RNA to the E gene (sgE) as a proxy. A histological examination in combination with staining for viral antigen served to determine viral spread and associated damage. Results Ronapreve reduced sub-genomic viral RNA levels in lung and nasal turbinate, 4 and 6 days post infection, for the Delta variant but not the Omicron variant of SARS-CoV-2 at doses 2-fold higher than those shown to be active against previous variants of the virus. It also appeared to block brain infection which is seen with high frequency in K18-hACE2 mice after Delta variant infection. At day 6, the inflammatory response to lung infection with the Delta variant was altered to a mild multifocal granulomatous inflammation in which the virus appeared to be confined. A similar tendency was also observed in Omicron infected, Ronapreve-treated animals. Conclusions The current study provides evidence of an altered tissue response to the SARS-CoV-2 after treatment with a monoclonal antibody combination that retains neutralization activity. These data also demonstrate that experimental designs that reflect the treatment use case are achievable in animal models for monoclonal antibodies deployed against susceptible variants. Extreme caution should be taken when interpreting prophylactic experimental designs when assessing plausibility of monoclonal antibodies for treatment use cases.

Abstract Successful development of a chemoprophylaxis against SARS-CoV-2 could provide a tool for infection prevention implementable alongside vaccination programmes. Camostat and nafamostat are serine protease inhibitors that inhibit SARS-CoV-2 viral entry in vitro but have not been characterised for chemoprophylaxis in animal models. Clinically, nafamostat is limited to intravenous delivery and while camostat is orally available, both drugs have extremely short plasma half-lives. This study sought to determine whether intranasal dosing at 5 mg/kg twice daily was able to prevent airborne transmission of SARS-CoV-2 from infected to uninfected Syrian golden hamsters. SARS-CoV-2 viral RNA was above the limits of quantification in both saline- and camostat-treated hamsters 5 days after cohabitation with a SARS-CoV-2 inoculated hamster. However, intranasal nafamostat-treated hamsters remained RNA negative for the full 7 days of cohabitation. Changes in body weight over the course of the experiment were supportive of a lack of clinical symptomology in nafamostat-treated but not saline- or camostat-treated animals. These data are strongly supportive of the utility of intranasally delivered nafamostat for prevention of SARS-CoV-2 infection and further studies are underway to confirm absence of pulmonary infection and pathological changes.

Abstract The ability of acquired immune responses against SARS-CoV-2 to protect after subsequent exposure to emerging variants of concern (VOC) such as B1.1.7 and B1.351 is currently of high significance. Here, we use a hamster model of COVID-19 to show that prior infection with a strain representative of the original circulating lineage B of SARS-CoV-2 induces protection from clinical signs upon subsequent challenge with either B1.1.7 or B1.351 viruses, which recently emerged in the UK and South Africa, respectively. The results indicate that these emergent VOC may be unlikely to cause disease in individuals that are already immune due to prior infection, and this has positive implications for overall levels of infection and COVID-19 disease.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is still adapting to its new human host. Attention has focussed on the viral spike protein, but substantial variation has been seen in the ORF8 gene. Here, we show that SARS-CoV-2 ORF8 protein undergoes signal peptide-mediated processing through the endoplasmic reticulum and is secreted as a glycosylated, disulphide-linked dimer. The secreted protein from the prototype SARS-CoV-2 virus had no major effect on viability of a variety of cell types, or on IFN or NF-κB signalling. However, it modulated cytokine expression from primary CSF1-derived human macrophages, most notably by decreasing IL-6 and IL-8 secretion. Furthermore, a sequence polymorphism L84S that appeared early in the pandemic associated with the Clade S lineage of virus, showed a markedly different effect, of increasing IL-6 production. We conclude that ORF8 sequence polymorphisms can potentially affect SARS-CoV-2 virulence and should therefore be monitored in sequencing-based surveillance.

COVID-19 is a spectrum of clinical symptoms in humans caused by infection with SARS-CoV-2. The coalescence of SARS-CoV-2 with seasonal respiratory viruses, particularly influenza viruses, is a global health concern. To understand this, transgenic mice expressing the human ACE2 receptor (K18-hACE2) were infected with influenza A virus (IAV) followed by SARS-CoV-2 and the host response and effect on virus biology was compared to K18-hACE2 mice infected with IAV or SARS-CoV-2 alone. The sequentially infected mice showed reduced SARS-CoV-2 RNA synthesis, yet exhibited more rapid weight loss, more severe lung damage and a prolongation of the innate response compared to the singly infected or control mice. Sequential infection also exacerbated the extrapulmonary encephalitic manifestations associated with SARS-CoV-2 infection. Conversely, prior infection with a commercially available, multivalent live-attenuated influenza vaccine (Fluenz Tetra) elicited the same reduction in SARS-CoV-2 RNA synthesis, albeit without the associated increase in disease severity. This suggests that the innate immune response stimulated by IAV inhibits SARS-CoV-2. Interestingly, infection with an attenuated, apathogenic influenza vaccine does not result in an aberrant immune response and enhanced disease severity. Taken together, the data suggest coinfection (‘twinfection’) is deleterious and mitigation steps should be instituted as part of the comprehensive public health and management strategy of COVID-19.

Antiviral interventions are urgently required to support vaccination programmes and reduce the global burden of COVID-19. Prior to initiation of large-scale clinical trials, robust preclinical data in support of candidate plausibility are required. The speed at which preclinical models have been developed during the pandemic are unprecedented but there is a vital need for standardisation and assessment of the Critical Quality Attributes. This work provides cross-validation for the recent report demonstrating potent antiviral activity of probenecid against SARS-CoV-2 in preclinical models (1). Vero E6 cells were pre-incubated with probenecid, across a 7-point concentration range, or control media for 2 hours before infection with SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2/Human/Liverpool/REMRQ0001/2020, Pango B; MOI 0.05). Probenecid or control media was then reapplied and plates incubated for 48 hours. Cells were fixed with 4% v/v paraformaldehyde, stained with crystal violet and cytopathic activity quantified by spectrophotometry at 590 nm. Syrian golden hamsters (n=5 per group) were intranasally inoculated with virus (SARS-CoV-2 Delta variant B.1.617.2; 103 PFU/hamster) for 24 hours prior to treatment. Hamsters were treated with probenecid or vehicle for 4 doses. Hamsters were ethically euthanised before quantification of total and sub-genomic pulmonary viral RNAs. No inhibition of cytopathic activity was observed for probenecid at any concentration in Vero E6 cells. Furthermore, no reduction in either total or subgenomic RNA was observed in terminal lung samples from hamsters on day 3 (P > 0.05). Body weight of uninfected hamsters remained stable throughout the course of the experiment whereas both probenecid- (6 - 9% over 3 days) and vehicle-treated (5 - 10% over 3 days) infected hamsters lost body weight which was comparable in magnitude (P > 0.5). The presented data do not support probenecid as a SARS-CoV-2 antiviral. These data do not support use of probenecid in COVID-19 and further analysis is required prior to initiation of clinical trials to investigate the potential utility of this drug.

Abstract New variants of SARS-CoV-2 are continuing to emerge and dominate the regional and global sequence landscapes. Several variants have been labelled as Variants of Concern (VOCs) because of perceptions or evidence that these may have a transmission advantage, increased risk of morbidly and/or mortality or immune evasion in the context of prior infection or vaccination. Placing the VOCs in context and also the underlying variability of SARS-CoV-2 is essential in understanding virus evolution and selection pressures. Sequences of SARS-CoV-2 in nasopharyngeal swabs from hospitalised patients in the UK were determined and virus isolated. The data indicated the virus existed as a population with a consensus level and non-synonymous changes at a minor variant. For example, viruses containing the nsp12 P323L variation from the Wuhan reference sequence, contained minor variants at the position including P and F and other amino acids. These populations were generally preserved when isolates were amplified in cell culture. In order to place VOCs B.1.1.7 (the UK ‘Kent’ variant) and B.1.351 (the ‘South African’ variant) in context their growth was compared to a spread of other clinical isolates. The data indicated that the growth in cell culture of the B.1.1.7 VOC was no different from other variants, suggesting that its apparent transmission advantage was not down to replicating more quickly. Growth of B.1.351 was towards the higher end of the variants. Overall, the study suggested that studying the biology of SARS-CoV-2 is complicated by population dynamics and that these need to be considered with new variants. Importance SARS-CoV-2 is the causative agent of COVID-19. The virus has spread across the planet causing a global pandemic. In common with other coronaviruses, SARS-CoV-2 genetic material (genomes) can become quite diverse as a consequence of replicating inside cells. This has given rise to multiple variants from the original virus that infected humans. These variants may have different properties and in the context of a widespread vaccination program may render vaccines less ineffective. Our research confirms the degree of genetic diversity of SARS-CoV-2 in patients. By isolating viruses from these patients, we show that there is a 100-fold range in growth of even normal variants. Interestingly, by comparing this to the pattern seen with two Variants of Concern (UK and South African variants), we show that at least in cells the ability of the B.1.1.7 variant to grow is not substantially different to many of the previous variants.

Abstract Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) not only affects the respiratory tract but also causes neurological symptoms such as loss of smell and taste, headache, fatigue or severe cerebrovascular complications. Using transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) we investigated the spatiotemporal distribution and pathomorphological features in the CNS following intranasal infection with SARS-CoV-2 variants, also after prior influenza A virus infection. Apart from Omicron, we found all variants to frequently spread to and within the CNS. Infection was restricted to neurons and appeared to spread from the olfactory bulb mainly in basally orientated regions in the brain and into the spinal cord, independent of ACE2 expression and without evidence of neuronal cell death, axonal damage or demyelination. However, microglial activation, microgliosis and a mild macrophage and T cell dominated inflammatory response was consistently observed, accompanied by apoptotic death of endothelial, microglial and immune cells, without their apparent infection. Microgliosis and immune cell apoptosis indicate a potential role of microglia for pathogenesis and viral effect in COVID-19 and possible impairment of neurological functions, especially in long COVID. These data may also be informative for the selection of therapeutic candidates, and broadly support investigation of agents with adequate penetration into relevant regions of the CNS.