The analysis of more than 9,000 haemagglutinin sequences of human seasonal influenza viruses over a 12-year time period shows that the global circulation patterns of A/H1N1 and B viruses are different from those of the well characterised A/H3N2 viruses; in particular the A/H1N1 and B viruses are shown to persist locally across several seasons and do not display the same degree of global movement as the H3N2 viruses. An analysis of more than 9,000 haemagglutinin sequences of human seasonal influenza viruses over a 12-year time period (2000–2012) shows that the global circulation patterns of A/H1N1 and B viruses differ markedly from those of the well characterized A/H3N2 viruses. In particular the H1N1 viruses persist locally across multiple seasons and don't show the same degree of global movement as the H3N2 viruses. The authors correlate these dynamics with rates of antigenic evolution, age of infection and size of epidemics. Understanding the spatiotemporal patterns of emergence and circulation of new human seasonal influenza virus variants is a key scientific and public health challenge. The global circulation patterns of influenza A/H3N2 viruses are well characterized1,2,3,4,5,6,7, but the patterns of A/H1N1 and B viruses have remained largely unexplored. Here we show that the global circulation patterns of A/H1N1 (up to 2009), B/Victoria, and B/Yamagata viruses differ substantially from those of A/H3N2 viruses, on the basis of analyses of 9,604 haemagglutinin sequences of human seasonal influenza viruses from 2000 to 2012. Whereas genetic variants of A/H3N2 viruses did not persist locally between epidemics and were reseeded from East and Southeast Asia, genetic variants of A/H1N1 and B viruses persisted across several seasons and exhibited complex global dynamics with East and Southeast Asia playing a limited role in disseminating new variants. The less frequent global movement of influenza A/H1N1 and B viruses coincided with slower rates of antigenic evolution, lower ages of infection, and smaller, less frequent epidemics compared to A/H3N2 viruses. Detailed epidemic models support differences in age of infection, combined with the less frequent travel of children, as probable drivers of the differences in the patterns of global circulation, suggesting a complex interaction between virus evolution, epidemiology, and human behaviour.

The hemagglutinin (HA) of influenza A(H3N2) virus responsible for the 1968 influenza pandemic derived from an avian virus. On introduction into humans, its receptor binding properties had changed from a preference for avian receptors (α2,3-linked sialic acid) to a preference for human receptors (α2,6-linked sialic acid). By 2001, the avidity of human H3 viruses for avian receptors had declined, and since then the affinity for human receptors has also decreased significantly. These changes in receptor binding, which correlate with increased difficulties in virus propagation in vitro and in antigenic analysis, have been assessed by virus hemagglutination of erythrocytes from different species and quantified by measuring virus binding to receptor analogs using surface biolayer interferometry. Crystal structures of HA–receptor analog complexes formed with HAs from viruses isolated in 2004 and 2005 reveal significant differences in the conformation of the 220-loop of HA1, relative to the 1968 structure, resulting in altered interactions between the HA and the receptor analog that explain the changes in receptor affinity. Site-specific mutagenesis shows the HA1 Asp-225→Asn substitution to be the key determinant of the decreased receptor binding in viruses circulating since 2005. Our results indicate that the evolution of human influenza A(H3N2) viruses since 1968 has produced a virus with a low propensity to bind human receptor analogs, and this loss of avidity correlates with the marked reduction in A(H3N2) virus disease impact in the last 10 y.

Abstract There is need for effective and affordable vaccines against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a protein nanoparticle vaccine against SARS-CoV-2. The vaccine is based on the display of coronavirus spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) on a synthetic virus-like particle (VLP) platform, SpyCatcher003-mi3, using SpyTag/SpyCatcher technology. Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induce a strong neutralising antibody response in mice and pigs that is superior to convalescent human sera. We evaluate antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we show that RBD-SpyVLP induces a polyclonal antibody response that recognises key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. Moreover, RBD-SpyVLP is thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence. The data suggests that RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic.

Human seasonal influenza viruses evolve rapidly, enabling the virus population to evade immunity and reinfect previously infected individuals. Antigenic properties are largely determined by the surface glycoprotein hemagglutinin (HA), and amino acid substitutions at exposed epitope sites in HA mediate loss of recognition by antibodies. Here, we show that antigenic differences measured through serological assay data are well described by a sum of antigenic changes along the path connecting viruses in a phylogenetic tree. This mapping onto the tree allows prediction of antigenicity from HA sequence data alone. The mapping can further be used to make predictions about the makeup of the future A(H3N2) seasonal influenza virus population, and we compare predictions between models with serological and sequence data. To make timely model output readily available, we developed a web browser-based application that visualizes antigenic data on a continuously updated phylogeny.

Abstract Serological and plasmablast responses and plasmablast-derived IgG monoclonal antibodies (MAbs) have been analysed in three COVID-19 patients with different clinical severities. Potent humoral responses were detected within 3 weeks of onset of illness in all patients and the serological titre was elicited soon after or concomitantly with peripheral plasmablast response. An average of 13.7% and 13.0% of plasmablast-derived MAbs were reactive with virus spike glycoprotein or nucleocapsid, respectively. A subset of anti-spike (10 of 32) and over half of anti-nucleocapsid (19 of 35) antibodies cross-reacted with other betacoronaviruses tested and harboured extensive somatic mutations, indicative of an expansion of memory B cells upon SARS-CoV-2 infection. Fourteen of 32 anti-spike MAbs, including five anti-RBD, three anti-non-RBD S1 and six anti-S2, neutralised wild-type SARS-CoV-2 in independent assays. Anti-RBD MAbs were further grouped into four cross-inhibiting clusters, of which six antibodies from three separate clusters blocked the binding of RBD to ACE2 and five were neutralising. All ACE2-blocking anti-RBD antibodies were isolated from two patients with prolonged fever, which is compatible with substantial ACE2-blocking response in their sera. At last, the identification of non-competing pairs of neutralising antibodies would offer potential templates for the development of prophylactic and therapeutic agents against SARS-CoV-2.

We examined the immunogenicity of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variant B.1.1.7 that arose in the United Kingdom and spread globally. Antibodies elicited by B.1.1.7 infection exhibited significantly reduced recognition and neutralisation of parental strains or of the South Africa B.1.351 variant, than of the infecting variant. The drop in cross-reactivity was more pronounced following B.1.1.7 than parental strain infection, indicating asymmetric heterotypic immunity induced by SARS-CoV-2 variants.

ABSTRACT There is dire need for an effective and affordable vaccine against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a modular virus-like particle vaccine candidate displaying the SARS-CoV-2 spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) using SpyTag/SpyCatcher technology (RBD-SpyVLP). Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induced a strong neutralising antibody response in mice and pigs that was superior to convalescent human sera. We evaluated antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we showed that RBD-SpyVLP induced a polyclonal antibody response that recognised all key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. The induction of potent and polyclonal antibody responses by RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic. Moreover, RBD-SpyVLP is highly resilient, thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence.

Abstract Seasonal influenza virus A/H3N2 is a major cause of death globally. Vaccination remains the most effective preventative. Rapid mutation of hemagglutinin allows viruses to escape adaptive immunity. This antigenic drift necessitates regular vaccine updates. Effective vaccine strains need to represent H3N2 populations circulating one year after strain selection. Experts select strains based on experimental measurements of antigenic drift and predictions made by models from hemagglutinin sequences. We developed a novel influenza forecasting framework that integrates phenotypic measures of antigenic drift and functional constraint with previously published sequence-only fitness estimates. Forecasts informed by phenotypic measures of antigenic drift consistently outperformed previous sequence-only estimates, while sequence-only estimates of functional constraint surpassed more comprehensive experimentally-informed estimates. Importantly, the best models integrated estimates of both functional constraint and either antigenic drift phenotypes or recent population growth.