GNPS is an open-access community-curated analysis platform for sharing natural product mass spectrometry data that enables continuous, automatic reanalysis of deposited 'living' data sets. The potential of the diverse chemistries present in natural products (NP) for biotechnology and medicine remains untapped because NP databases are not searchable with raw data and the NP community has no way to share data other than in published papers. Although mass spectrometry (MS) techniques are well-suited to high-throughput characterization of NP, there is a pressing need for an infrastructure to enable sharing and curation of data. We present Global Natural Products Social Molecular Networking (GNPS; http://gnps.ucsd.edu ), an open-access knowledge base for community-wide organization and sharing of raw, processed or identified tandem mass (MS/MS) spectrometry data. In GNPS, crowdsourced curation of freely available community-wide reference MS libraries will underpin improved annotations. Data-driven social-networking should facilitate identification of spectra and foster collaborations. We also introduce the concept of 'living data' through continuous reanalysis of deposited data.

Abstract Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is the causative agent of a severe respiratory disease associated with more than 2468 human infections and over 851 deaths in 27 countries since 2012. There are no approved treatments for MERS-CoV infection although a combination of lopinavir, ritonavir and interferon beta (LPV/RTV-IFNb) is currently being evaluated in humans in the Kingdom of Saudi Arabia. Here, we show that remdesivir (RDV) and IFNb have superior antiviral activity to LPV and RTV in vitro. In mice, both prophylactic and therapeutic RDV improve pulmonary function and reduce lung viral loads and severe lung pathology. In contrast, prophylactic LPV/RTV-IFNb slightly reduces viral loads without impacting other disease parameters. Therapeutic LPV/RTV-IFNb improves pulmonary function but does not reduce virus replication or severe lung pathology. Thus, we provide in vivo evidence of the potential for RDV to treat MERS-CoV infections.

Broad-spectrum antiviral GS-5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses in vitro and in vivo.

ABSTRACT Emerging coronaviruses (CoVs) cause severe disease in humans, but no approved therapeutics are available. The CoV nsp14 exoribonuclease (ExoN) has complicated development of antiviral nucleosides due to its proofreading activity. We recently reported that the nucleoside analogue GS-5734 (remdesivir) potently inhibits human and zoonotic CoVs in vitro and in a severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) mouse model. However, studies with GS-5734 have not reported resistance associated with GS-5734, nor do we understand the action of GS-5734 in wild-type (WT) proofreading CoVs. Here, we show that GS-5734 inhibits murine hepatitis virus (MHV) with similar 50% effective concentration values (EC 50 ) as SARS-CoV and Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV). Passage of WT MHV in the presence of the GS-5734 parent nucleoside selected two mutations in the nsp12 polymerase at residues conserved across all CoVs that conferred up to 5.6-fold resistance to GS-5734, as determined by EC 50 . The resistant viruses were unable to compete with WT in direct coinfection passage in the absence of GS-5734. Introduction of the MHV resistance mutations into SARS-CoV resulted in the same in vitro resistance phenotype and attenuated SARS-CoV pathogenesis in a mouse model. Finally, we demonstrate that an MHV mutant lacking ExoN proofreading was significantly more sensitive to GS-5734. Combined, the results indicate that GS-5734 interferes with the nsp12 polymerase even in the setting of intact ExoN proofreading activity and that resistance can be overcome with increased, nontoxic concentrations of GS-5734, further supporting the development of GS-5734 as a broad-spectrum therapeutic to protect against contemporary and emerging CoVs. IMPORTANCE Coronaviruses (CoVs) cause severe human infections, but there are no approved antivirals to treat these infections. Development of nucleoside-based therapeutics for CoV infections has been hampered by the presence of a proofreading exoribonuclease. Here, we expand the known efficacy of the nucleotide prodrug remdesivir (GS-5734) to include a group β-2a CoV. Further, GS-5734 potently inhibits CoVs with intact proofreading. Following selection with the GS-5734 parent nucleoside, 2 amino acid substitutions in the nsp12 polymerase at residues that are identical across CoVs provide low-level resistance to GS-5734. The resistance mutations decrease viral fitness of MHV in vitro and attenuate pathogenesis in a SARS-CoV animal model of infection. Together, these studies define the target of GS-5734 activity and demonstrate that resistance is difficult to select, only partial, and impairs fitness and virulence of MHV and SARS-CoV, supporting further development of GS-5734 as a potential effective pan-CoV antiviral.

Coronaviruses (CoVs) traffic frequently between species resulting in novel disease outbreaks, most recently exemplified by the newly emerged SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. Here, we show that the ribonucleoside analog β-d-N

Increasing the intracellular Zn2+ concentration with zinc-ionophores like pyrithione (PT) can efficiently impair the replication of a variety of RNA viruses, including poliovirus and influenza virus. For some viruses this effect has been attributed to interference with viral polyprotein processing. In this study we demonstrate that the combination of Zn2+ and PT at low concentrations (2 µM Zn2+ and 2 µM PT) inhibits the replication of SARS-coronavirus (SARS-CoV) and equine arteritis virus (EAV) in cell culture. The RNA synthesis of these two distantly related nidoviruses is catalyzed by an RNA-dependent RNA polymerase (RdRp), which is the core enzyme of their multiprotein replication and transcription complex (RTC). Using an activity assay for RTCs isolated from cells infected with SARS-CoV or EAV—thus eliminating the need for PT to transport Zn2+ across the plasma membrane—we show that Zn2+ efficiently inhibits the RNA-synthesizing activity of the RTCs of both viruses. Enzymatic studies using recombinant RdRps (SARS-CoV nsp12 and EAV nsp9) purified from E. coli subsequently revealed that Zn2+ directly inhibited the in vitro activity of both nidovirus polymerases. More specifically, Zn2+ was found to block the initiation step of EAV RNA synthesis, whereas in the case of the SARS-CoV RdRp elongation was inhibited and template binding reduced. By chelating Zn2+ with MgEDTA, the inhibitory effect of the divalent cation could be reversed, which provides a novel experimental tool for in vitro studies of the molecular details of nidovirus replication and transcription.

The genetically diverse Orthocoronavirinae (CoV) family is prone to cross species transmission and disease emergence in both humans and livestock. Viruses similar to known epidemic strains circulating in wild and domestic animals further increase the probability of emergence in the future. Currently, there are no approved therapeutics for any human CoV presenting a clear unmet medical need. Remdesivir (RDV, GS-5734) is a monophosphoramidate prodrug of an adenosine analog with potent activity against an array of RNA virus families including Filoviridae, Paramyxoviridae, Pneumoviridae, and Orthocoronavirinae, through the targeting of the viral RNA dependent RNA polymerase (RdRp). We developed multiple assays to further define the breadth of RDV antiviral activity against the CoV family. Here, we show potent antiviral activity of RDV against endemic human CoVs OC43 (HCoV-OC43) and 229E (HCoV-229E) with submicromolar EC50 values. Of known CoVs, the members of the deltacoronavirus genus have the most divergent RdRp as compared to SARS- and MERS-CoV and both avian and porcine members harbor a native residue in the RdRp that confers resistance in beta-CoVs. Nevertheless, RDV is highly efficacious against porcine deltacoronavirus (PDCoV). These data further extend the known breadth and antiviral activity of RDV to include both contemporary human and highly divergent zoonotic CoV and potentially enhance our ability to fight future emerging CoV.

Outbreaks from zoonotic sources represent a threat to both human disease as well as the global economy. Despite a wealth of metagenomics studies, methods to leverage these datasets to identify future threats are underdeveloped. In this study, we describe an approach that combines existing metagenomics data with reverse genetics to engineer reagents to evaluate emergence and pathogenic potential of circulating zoonotic viruses. Focusing on the severe acute respiratory syndrome (SARS)-like viruses, the results indicate that the WIV1-coronavirus (CoV) cluster has the ability to directly infect and may undergo limited transmission in human populations. However, in vivo attenuation suggests additional adaptation is required for epidemic disease. Importantly, available SARS monoclonal antibodies offered success in limiting viral infection absent from available vaccine approaches. Together, the data highlight the utility of a platform to identify and prioritize prepandemic strains harbored in animal reservoirs and document the threat posed by WIV1-CoV for emergence in human populations.

ABSTRACT Severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) emerged in 2002 as an important cause of severe lower respiratory tract infection in humans, and in vitro models of the lung are needed to elucidate cellular targets and the consequences of viral infection. The SARS-CoV receptor, human angiotensin 1-converting enzyme 2 (hACE2), was detected in ciliated airway epithelial cells of human airway tissues derived from nasal or tracheobronchial regions, suggesting that SARS-CoV may infect the proximal airways. To assess infectivity in an in vitro model of human ciliated airway epithelia (HAE) derived from nasal and tracheobronchial airway regions, we generated recombinant SARS-CoV by deletion of open reading frame 7a/7b (ORF7a/7b) and insertion of the green fluorescent protein (GFP), resulting in SARS-CoV GFP. SARS-CoV GFP replicated to titers similar to those of wild-type viruses in cell lines. SARS-CoV specifically infected HAE via the apical surface and replicated to titers of 10 7 PFU/ml by 48 h postinfection. Polyclonal antisera directed against hACE2 blocked virus infection and replication, suggesting that hACE2 is the primary receptor for SARS-CoV infection of HAE. SARS-CoV structural proteins and virions localized to ciliated epithelial cells. Infection was highly cytolytic, as infected ciliated cells were necrotic and shed over time onto the luminal surface of the epithelium. SARS-CoV GFP also replicated to a lesser extent in ciliated cell cultures derived from hamster or rhesus monkey airways. Efficient SARS-CoV infection of ciliated cells in HAE provides a useful in vitro model of human lung origin to study characteristics of SARS-CoV replication and pathogenesis.

The emergence of coronaviruses (CoVs) into human populations from animal reservoirs has demonstrated their epidemic capability, pandemic potential, and ability to cause severe disease. However, no antivirals have been approved to treat these infections. Here, we demonstrate the potent antiviral activity of a broad-spectrum ribonucleoside analogue, β- d - N 4 -hydroxycytidine (NHC), against two divergent CoVs. Viral proofreading activity does not markedly impact sensitivity to NHC inhibition, suggesting a novel interaction between a nucleoside analogue inhibitor and the CoV replicase. Further, passage in the presence of NHC generates only low-level resistance, likely due to the accumulation of multiple potentially deleterious transition mutations. Together, these data support a mutagenic mechanism of inhibition by NHC and further support the development of NHC for treatment of CoV infections.