Abstract We describe a case of chronic coronavirus disease 2019 (COVID-19) in a patient with lymphoma and associated B-cell immunodeficiency. Viral cultures and sequence analysis demonstrate ongoing replication of infectious severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) for at least 119 days. The patient had 3 admissions related to COVID-19 over a 4-month period and was treated twice with remdesivir and convalescent plasma with resolution of symptoms. The patient’s lack of seroconversion and prolonged course illustrate the importance of humoral immunity in resolving SARS-CoV-2 infection. This case highlights challenges in managing immunocompromised hosts, who may act as persistent shedders and sources of transmission.

Abstract Analysis of SARS-CoV-2 genetic diversity within infected hosts can provide insight into the generation and spread of new viral variants and may enable high resolution inference of transmission chains. However, little is known about temporal aspects of SARS-CoV-2 intrahost diversity and the extent to which shared diversity reflects convergent evolution as opposed to transmission linkage. Here we use high depth of coverage sequencing to identify within-host genetic variants in 325 specimens from hospitalized COVID-19 patients and infected employees at a single medical center. We validated our variant calling by sequencing defined RNA mixtures and identified a viral load threshold that minimizes false positives. By leveraging clinical metadata, we found that intrahost diversity is low and does not vary by time from symptom onset. This suggests that variants will only rarely rise to appreciable frequency prior to transmission. Although there was generally little shared variation across the sequenced cohort, we identified intrahost variants shared across individuals who were unlikely to be related by transmission. These variants did not precede a rise in frequency in global consensus genomes, suggesting that intrahost variants may have limited utility for predicting future lineages. These results provide important context for sequence-based inference in SARS-CoV-2 evolution and epidemiology.

Abstract Influenza B virus undergoes seasonal antigenic drift more slowly than influenza A, but the reasons for this difference are unclear. While the evolutionary dynamics of influenza viruses play out globally, they are fundamentally driven by mutation, reassortment, drift, and selection within individual hosts. These processes have recently been described for influenza A virus, but little is known about the evolutionary dynamics of influenza B virus (IBV) at the level of individual infections and transmission events. Here we define the within-host evolutionary dynamics of influenza B virus by sequencing virus populations from naturally-infected individuals enrolled in a prospective, community-based cohort over 8176 person-seasons of observation. Through analysis of high depth-of-coverage sequencing data from samples from 91 individuals with influenza B, we find that influenza B virus accumulates lower genetic diversity than previously observed for influenza A virus during acute infections. Consistent with studies of influenza A viruses, the within-host evolution of influenza B viruses is characterized by purifying selection and the general absence of widespread positive selection of within-host variants. Analysis of shared genetic diversity across 15 sequence-validated transmission pairs suggests that IBV experiences a tight transmission bottleneck similar to that of influenza A virus. These patterns of local-scale evolution are consistent with influenza B virus’ slower global evolutionary rate. Importance The evolution of influenza virus is a significant public health problem and necessitates the annual evaluation of influenza vaccine formulation to keep pace with viral escape from herd immunity. Influenza B virus is a serious health concern for children, in particular, yet remains understudied compared to influenza A virus. Influenza B virus evolves more slowly than influenza A, but the factors underlying this are not completely understood. We studied how the within-host diversity of influenza B virus relates to its global evolution by sequencing viruses from a community-based cohort. We found that influenza B virus populations have lower within-host genetic diversity than influenza A virus and experience a tight genetic bottleneck during transmission. Our work provides insights into the varying dynamics of influenza viruses in human infection.

Abstract The evolution of circulating vaccine-derived polioviruses (cVDPV) from components of the live-attenuated oral poliovirus vaccine (OPV) presents a major challenge to global polio eradication. This process has largely been characterized by consensus sequencing of isolates collected from routine surveillance, and little is known about the early evolution of OPV within vaccinated hosts. These early events are critical steps in the progression of OPV to cVDPV. Here, we use whole genome, high depth of coverage sequencing to define the evolutionary trajectories of monovalent type 2 OPV in a cluster-randomized trial of polio vaccines in Matlab, Bangladesh. By sequencing 416 longitudinal samples from 219 mOPV2 recipients and 81 samples from 52 household contacts, we were able to examine the extent of convergent evolution in vaccine recipients and track the amount of viral diversity transmitted to new hosts. Using time-series data from a synchronized point of vaccine administration, we identify strong positive selection of reversion mutations at three known attenuating sites within two months post-vaccination. Beyond these three recognized “gate-keeper” mutations, we identify 19 mutations that exhibit significant parallelism across vaccine recipients, providing evidence for early positive selection not previously detected by phylogenetic inference. An analysis of shared genetic variants in samples from vaccinated individuals and their household contacts suggests a tight effective bottleneck during transmission. The absence of positively selected variants among household contacts across the cohort suggests that this tight bottleneck limits the transmission of these early adaptive mutations. Together, our results highlight the distinct evolutionary dynamics of live attenuated virus vaccines and have important implications for the success of novel OPV2 and other next generation approaches. Significance The emergence of circulating vaccine-derived polioviruses (cVDPV) through evolution of the oral polio vaccine (OPV) poses a significant obstacle to global eradication. Understanding the genetic changes in OPV that occur as it evolves and transmits in populations is important for preventing future cVDPV outbreaks. Little is known about the early events in VDPV evolution and the selective forces that drive them. We used high depth-of-coverage genome sequencing to assess the within-host evolutionary dynamics of monovalent type 2 OPV in a vaccine trial in Matlab, Bangladesh. We leverage longitudinal sampling from vaccine recipients and household contacts to identify mutations that arise in parallel across individuals and estimate the size of the transmission bottleneck. We find evidence for strong positive selection on key sites in the capsid and the 5’ noncoding region, many of which have not been previously identified. Our results also suggest that narrow transmission bottlenecks can constrain the spread of mutations selected within individuals. These results provide important insights into how OPV variants spread in populations and are highly relevant for ongoing poliovirus surveillance and the design of improved polio vaccines.