Summary Memory B cells (MBCs) represent a second layer of immune protection against SARS-CoV-2. Whether MBCs elicited by mRNA vaccines can recognize the Omicron variant is of major concern. We used bio-layer interferometry to assess the affinity against the receptor-binding-domain (RBD) of Omicron spike of 313 naturally expressed monoclonal IgG that were previously tested for affinity and neutralization against VOC prior to Omicron. We report here that Omicron evades recognition from a larger fraction of these antibodies than any of the previous VOCs. Additionally, whereas 30% of these antibodies retained high affinity against Omicron-RBD, our analysis suggest that Omicron specifically evades antibodies displaying potent neutralizing activity against the D614G and Beta variant viruses. Further studies are warranted to understand the consequences of a lower memory B cell potency on the overall protection associated with current vaccines.

Summary How a previous SARS-CoV-2 infection may amplify and model the memory B cell (MBC) response elicited by mRNA vaccines was addressed by a comparative longitudinal study of two cohorts, naive individuals and disease-recovered patients, up to 2 months after vaccination. The quality of the memory response was assessed by analysis of the VDJ repertoire, affinity and neutralization against variants of concerns (VOC), using unbiased cultures of 2452 MBCs. Upon boost, the MBC pool of recovered patients selectively expanded, further matured and harbored potent neutralizers against VOC. Maturation of the MBC response in naive individuals was much less pronounced. Nevertheless, and as opposed to their weaker neutralizing serum response, half of their RBD-specific MBCs displayed high affinity towards multiple VOC and one-third retained neutralizing potency against B.1.351. Thus, repeated vaccine challenges could reduce these differences by recall of affinity-matured MBCs and allow naive vaccinees to cope efficiently with VOC.

Summary How infection by a viral variant showing antigenic drift impacts a preformed mature human memory B cell (MBC) repertoire remains an open question. Here, we studied the MBC response up to 6 months after Omicron BA.1 breakthrough infection in individuals previously vaccinated with three doses of mRNA vaccine. Longitudinal analysis, using single-cell multi-omics and functional analysis of monoclonal antibodies from RBD-specific MBCs, revealed that a BA.1 breakthrough infection mostly recruited pre-existing cross-reactive MBCs with limited de novo response against BA.1-restricted epitopes. Reorganization of clonal hierarchy and new rounds of germinal center reaction, however, combined to maintain diversity and induce progressive maturation of the MBC repertoire against common Hu-1 and BA.1, but not BA.5-restricted, SARS-CoV-2 Spike RBD epitopes. Such remodeling was further associated with marked improvement in overall neutralizing breadth and potency. These findings have fundamental implications for the design of future vaccination booster strategies.

The first step of SARS-CoV-2 infection involves the interaction between the trimeric viral spike protein (𝑆) and the host angiotensin-converting enzyme 2 (𝐴𝐶𝐸2). The receptor binding domain (𝑅𝐵𝐷) of 𝑆 adopts two conformations: open and closed, respectively, accessible and inaccessible to 𝐴𝐶𝐸2. Therefore, 𝑅𝐵𝐷 motions are suspected to affect 𝐴𝐶𝐸2 binding; yet a quantitative description of the underlying mechanism has been elusive. Here, using single-molecule approaches, we visualize 𝑅𝐵𝐷 opening and closing and probe the 𝑆/𝐴𝐶𝐸2 interaction. Our results show that RBD dynamics affect 𝐴𝐶𝐸2 binding but not unbinding. The resulting modulation is quantitatively predicted by a conformational selection model in which each protomer behaves independently. Our work reveals a general molecular mechanism affecting binding affinity without altering binding strength, helping to understand coronavirus infection and immune evasion.

Abstract The success of mRNA-based vaccines during the Covid-19 pandemic has highlighted the value of this new platform for vaccine development against infectious disease. However, the CD8 + T cell response remains modest with mRNA vaccines, and these do not induce mucosal immunity, which would be needed to prevent viral spread in the healthy population. To address this drawback, we developed a dendritic cell targeting mucosal vaccination vector, the homopentameric STxB. Here, we describe the highly efficient chemical synthesis of the protein, and its in vitro folding. This straightforward preparation led to a synthetic delivery tool whose biophysical and intracellular trafficking characteristics were largely indistinguishable from recombinant STxB. The chemical approach allowed for the generation of new variants with bioorthogonal handles. Selected variants were chemically coupled to several types of antigens derived from the mucosal viruses SARS-CoV-2 and type 16 human papillomavirus. Upon intranasal administration in mice, mucosal immunity, including resident memory CD8 + T cells and IgA antibodies was induced against these antigens. Our study thereby identifies a novel synthetic antigen delivery tool for mucosal vaccination with an unmatched potential to respond to an urgent medical need.