COVID-19 caused by SARS-CoV-2 has become a global pandemic requiring the development of interventions for the prevention or treatment to curtail mortality and morbidity. No vaccine to boost mucosal immunity or as a therapeutic has yet been developed to SARS-CoV-2. In this study we discover and characterize a cross-reactive human IgA monoclonal antibody, MAb362. MAb362 binds to both SARS-CoV and SARS-CoV-2 spike proteins and competitively blocks hACE2 receptor binding, by completely overlapping the hACE2 structural binding epitope. Furthermore, MAb362 IgA neutralizes both pseudotyped SARS-CoV and SARS-CoV-2 in human epithelial cells expressing hACE2. SARS-CoV-2 specific IgA antibodies, such as MAb362, may provide effective immunity against SARS-CoV-2 by inducing mucosal immunity within the respiratory system, a potentially critical feature of an effective vaccine.

Abstract Background Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) cause diarrheal illness in infants in the developing world and travelers to endemic countries including military personnel. ETEC infection of the host involves colonization of the small intestinal epithelium and toxin secretion leading to watery diarrhea. There is currently no vaccine licensed to prevent ETEC. CFA/I is one of the most common colonization factor antigens (CFAs). The CFA/I adhesin subunit, CfaE, is required for ETEC adhesion to host intestinal cells. Human antibodies against CfaE have potential to block colonization of ETEC and serve as an immunoprophylactic against ETEC-related diarrhea. Methods Mice transgenic for human immunoglobulin genes were immunized with CfaE to generate a panel of human monoclonal IgG1 antibodies (HuMAbs). The most potent IgG1 identified in the in vitro functional assays were selected and isotype switched to secretory IgA (sIgA) and tested in animal colonization assays via oral administration. Results Over 300 unique anti-CfaE IgG1 HuMabs were identified. The lead IgG1 anti-CfaE HuMAbs completely inhibited hemagglutination and blocked adhesion of ETEC to Caco-2 cells. Epitope mapping studies revealed that HuMAbs recognized epitopes in the N-terminal domain of CfaE near the putative receptor binding site. Oral administration of anti-CfaE antibodies in either IgG or secretory IgA isotypes inhibited intestinal colonization in mice challenged with ETEC. A two to four log decrease of colony forming units was observed as compared to irrelevant isotype controls. Conclusions We identified fully human monoclonal antibodies against CfaE adhesion domain that can be potentially employed as an immunoprophylaxis to prevent ETEC-related diarrhea.

Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) is a leading cause of diarrhea-associated illness in developing countries. There is currently no vaccine licensed to prevent ETEC and the development of an efficacious prophylaxis would provide an intervention with significant impact. Recent studies suggested that effective protection could be achieved by inducing immunity to block colonization of ETEC. Here, we evaluated the efficacy of secretory (s) IgA2 and dimeric (d) IgA2 of an anti-colonization factor antigen antibody, 68-61, in the Aotus nancymaae non-human primate (NHP) ETEC challenge model via oral and parental delivery. Thirty-nine animals were distributed across 3 groups of 13, and challenged with 5.0x1011 cfu of H10407 on Day 0. Group 1 received a dIgA2 68-61 subcutaneously on day 0. Group 2 received a SIgA2 68-61 orally on days -1, 0, and +1, and Group 3 received an irrelevant SIgA2 antibody orally on days -1, 0, and +1. All animals were observed for symptoms of diarrhea, and stools were collected for ETEC colony counts. SIgA2 treatment significantly lowered the attack rate, resulting in a protective efficacy of 71.4% (p=0.025) in Group 2 as compared to Group 3. Anti-CfaE dIgA2 treatment group reduced the diarrheal attack rate, although the reduction did not reach significance (57.1%; P=0.072) as compared to the irrelevant SIgA2 Group 3. Our results demonstrated the feasibility of oral administration of SIgA as a potential immunoprophylaxis against enteric infections. To our knowledge, this is the first study to demonstrate the efficacy of administrated SIgA in a non-human primate model.

Abstract Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) is estimated to cause approximately 380,000 deaths annually during sporadic or epidemic outbreaks worldwide. There is currently no vaccine licensed to prevent ETEC. Development of prophylaxis against ETEC is challenging due to the vast heterogeneity of the ETEC strains. The discovery of nanobodies has emerged as a successful new biologics in treating mucosal infectious disease as nanobodies can recognize conserved epitopes on hypervariable pathogens. In this study, we performed large screens using immunized llamas and a naïve nanobody yeast display library against adhesins of colonization factors. Cross-protective nanobodies were selected with in vitro activities inhibiting mannose-resistant hemagglutination (MRHA) against all eleven major pathogenic ETEC strains. Oral administration of nanobodies led to significant reduction of bacterial colonization in animals challenged with multiple ETEC strains. Structural analysis revealed novel conserved epitopes as critical structural features for pan-ETEC vaccine design. Two of the lead nanobodies, 2R215 and 1D7, were further engineered as trimer or fused with human IgA Fc-fragments as fusionbodies. Oral administration of the trimers or fusionbodies protected mice from infection at a much lower dose compared to the monomeric format. Importantly, fusionbodies prevented infection as a pre-treatment when administrated 2 hours before ETEC challenge to the animals. Together, our study provides the first proof of concept that oral administration of a single nanobody could confer broad protection against major pathogenic ETEC strains. Technological advances in large - scale manufacturing of biological proteins in plants and microorganisms will make nanobody-based immunotherapy a potent and cost-effective prophylaxis or treatment for ETEC.