Profiling coronaviruses Among the coronaviruses that infect humans, four cause mild common colds, whereas three others, including the currently circulating severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), result in severe infections. Shrock et al. used a technology known as VirScan to probe the antibody repertoires of hundreds of coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients and pre–COVID-19 era controls. They identified hundreds of antibody targets, including several antibody epitopes shared by the mild and severe coronaviruses and many specific to SARS-CoV-2. A machine-learning model accurately classified patients infected with SARS-CoV-2 and guided the design of an assay for rapid SARS-CoV-2 antibody detection. The study also looked at how the antibody response and viral exposure history differ in patients with diverging outcomes, which could inform the production of improved vaccine and antibody therapies. Science , this issue p. eabd4250

ABSTRACT We determined the complete genome sequence of Shigella flexneri serotype 2a strain 2457T (4,599,354 bp). Shigella species cause >1 million deaths per year from dysentery and diarrhea and have a lifestyle that is markedly different from those of closely related bacteria, including Escherichia coli . The genome exhibits the backbone and island mosaic structure of E. coli pathogens, albeit with much less horizontally transferred DNA and lacking 357 genes present in E. coli . The strain is distinctive in its large complement of insertion sequences, with several genomic rearrangements mediated by insertion sequences, 12 cryptic prophages, 372 pseudogenes, and 195 S. flexneri -specific genes. The 2457T genome was also compared with that of a recently sequenced S. flexneri 2a strain, 301. Our data are consistent with Shigella being phylogenetically indistinguishable from E. coli . The S. flexneri -specific regions contain many genes that could encode proteins with roles in virulence. Analysis of these will reveal the genetic basis for aspects of this pathogenic organism's distinctive lifestyle that have yet to be explained.

The expression of the genes for each of the five histone proteins is tightly regulated with respect to the cell cycle, the developmental stage, and the expression of the other histone genes. In several species studied, the synthesis of all five proteins occurs exclusively in concert with the DNA synthetic phase of the cell cycle (Robbins and Borun 1967; Kedes et al. 1969; Perry and Kelley 1973); the four histones of the nucleosome core are found in equimolar amounts, whereas H1 protein is found in less than molar quantity (for review, see Kornberg 1974). Variant histone proteins associated with specific developmental stages have been observed (Cohen et al. 1975; Arceci et al. 1976; Newrock and Cohen, this volume), indicating that there must be genes for these variant proteins which are differentially expressed according to precise developmental programs. Drosophila melanogaster is an appealing organism in which to study these genes and...

SARS-CoV-2 can cause acute respiratory distress and death in some patients1. Although severe COVID-19 is linked to substantial inflammation, how SARS-CoV-2 triggers inflammation is not clear2. Monocytes and macrophages are sentinel cells that sense invasive infection to form inflammasomes that activate caspase-1 and gasdermin D, leading to inflammatory death (pyroptosis) and the release of potent inflammatory mediators3. Here we show that about 6% of blood monocytes of patients with COVID-19 are infected with SARS-CoV-2. Monocyte infection depends on the uptake of antibody-opsonized virus by Fcγ receptors. The plasma of vaccine recipients does not promote antibody-dependent monocyte infection. SARS-CoV-2 begins to replicate in monocytes, but infection is aborted, and infectious virus is not detected in the supernatants of cultures of infected monocytes. Instead, infected cells undergo pyroptosis mediated by activation of NLRP3 and AIM2 inflammasomes, caspase-1 and gasdermin D. Moreover, tissue-resident macrophages, but not infected epithelial and endothelial cells, from lung autopsies from patients with COVID-19 have activated inflammasomes. Taken together, these findings suggest that antibody-mediated SARS-CoV-2 uptake by monocytes and macrophages triggers inflammatory cell death that aborts the production of infectious virus but causes systemic inflammation that contributes to COVID-19 pathogenesis. Antibody-mediated SARS-CoV-2 uptake by monocytes and macrophages triggers inflammatory cell death that aborts the production of infectious virus but causes systemic inflammation that contributes to COVID-19 pathogenesis.

Dysregulation of the immune response to bacterial infection can lead to sepsis, a condition with high mortality. Multiple whole-blood gene-expression studies have defined sepsis-associated molecular signatures, but have not resolved changes in transcriptional states of specific cell types. Here, we used single-cell RNA-sequencing to profile the blood of people with sepsis (n = 29) across three clinical cohorts with corresponding controls (n = 36). We profiled total peripheral blood mononuclear cells (PBMCs, 106,545 cells) and dendritic cells (19,806 cells) across all subjects and, on the basis of clustering of their gene-expression profiles, defined 16 immune-cell states. We identified a unique CD14

Mechanisms underlying severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) disease remain poorly understood. We analyze several thousand plasma proteins longitudinally in 306 COVID-19 patients and 78 symptomatic controls, uncovering immune and non-immune proteins linked to COVID-19. Deconvolution of our plasma proteome data using published scRNA-seq datasets reveals contributions from circulating immune and tissue cells. Sixteen percent of patients display reduced inflammation yet comparably poor outcomes. Comparison of patients who died to severely ill survivors identifies dynamic immune-cell-derived and tissue-associated proteins associated with survival, including exocrine pancreatic proteases. Using derived tissue-specific and cell-type-specific intracellular death signatures, cellular angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) expression, and our data, we infer whether organ damage resulted from direct or indirect effects of infection. We propose a model in which interactions among myeloid, epithelial, and T cells drive tissue damage. These datasets provide important insights and a rich resource for analysis of mechanisms of severe COVID-19 disease.

COVID-19 has caused over 1 million deaths globally, yet the cellular mechanisms underlying severe disease remain poorly understood. By analyzing several thousand plasma proteins in 306 COVID-19 patients and 78 symptomatic controls over serial timepoints using two complementary approaches, we uncover COVID-19 host immune and non-immune proteins not previously linked to this disease. Integration of plasma proteomics with nine published scRNAseq datasets shows that SARS-CoV-2 infection upregulates monocyte/macrophage, plasmablast, and T cell effector proteins. By comparing patients who died to severely ill patients who survived, we identify dynamic immunomodulatory and tissue-associated proteins associated with survival, providing insights into which host responses are beneficial and which are detrimental to survival. We identify intracellular death signatures from specific tissues and cell types, and by associating these with angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) expression, we map tissue damage associated with severe disease and propose which damage results from direct viral infection rather than from indirect effects of illness. We find that disease severity in lung tissue is driven by myeloid cell phenotypes and cell-cell interactions with lung epithelial cells and T cells. Based on these results, we propose a model of immune and epithelial cell interactions that drive cell-type specific and tissue-specific damage in severe COVID-19.

A recent estimate suggests that one in five deaths globally are associated with sepsis 1 . To date, no targeted treatment is available for this syndrome, likely due to substantial patient heterogeneity 2,3 and our lack of insight into sepsis immunopathology 4 . These issues are highlighted by the current COVID-19 pandemic, wherein many clinical manifestations of severe SARS-CoV-2 infection parallel bacterial sepsis 5-8 . We previously reported an expanded CD14+ monocyte state, MS1, in patients with bacterial sepsis or non-infectious critical illness, and validated its expansion in sepsis across thousands of patients using public transcriptomic data 9 . Despite its marked expansion in the circulation of bacterial sepsis patients, its relevance to viral sepsis and association with disease outcomes have not been examined. In addition, the ontogeny and function of this monocyte state remain poorly characterized. Using public transcriptomic data, we show that the expression of the MS1 program is associated with sepsis mortality and is up-regulated in monocytes from patients with severe COVID-19. We found that blood plasma from bacterial sepsis or COVID-19 patients with severe disease induces emergency myelopoiesis and expression of the MS1 program, which are dependent on the cytokines IL-6 and IL-10. Finally, we demonstrate that MS1 cells are broadly immunosuppressive, similar to monocytic myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), and have decreased responsiveness to stimulation. Our findings highlight the utility of regulatory myeloid cells in sepsis prognosis, and the role of systemic cytokines in inducing emergency myelopoiesis during severe bacterial and SARS-CoV-2 infections.

Abstract The introduction of vaccines has inspired new hope in the battle against SARS-CoV-2. However, the emergence of viral variants, in the absence of potent antivirals, has left the world struggling with the uncertain nature of this disease. Antibodies currently represent the strongest correlate of immunity against COVID-19, thus we profiled the earliest humoral signatures in a large cohort of severe and asymptomatic COVID-19 individuals. While a SARS-CoV-2-specific immune response evolved rapidly in survivors of COVID-19, non-survivors exhibited blunted and delayed humoral immune evolution, particularly with respect to S2-specific antibody evolution. Given the conservation of S2 across β-coronaviruses, we found the early development of SARS-CoV-2-specific immunity occurred in tandem with pre-existing common β-coronavirus OC43 humoral immunity in survivors, which was selectively also expanded in individuals that develop paucisymptomatic infection. These data point to the importance of cross-coronavirus immunity as a correlate of protection against COVID-19.

Multiple studies have identified an association between neutrophils and COVID-19 disease severity; however, the mechanistic basis of this association remains incompletely understood. Here we collected 781 longitudinal blood samples from 306 hospitalized COVID-19 + patients, 78 COVID-19 âˆ' acute respiratory distress syndrome patients, and 8 healthy controls, and performed bulk RNA-sequencing of enriched neutrophils, plasma proteomics, cfDNA measurements and high throughput antibody profiling assays to investigate the relationship between neutrophil states and disease severity or death. We identified dynamic switches between six distinct neutrophil subtypes using non-negative matrix factorization (NMF) clustering. At days 3 and 7 post-hospitalization, patients with severe disease had an enrichment of a granulocytic myeloid derived suppressor cell-like state gene expression signature, while non-severe patients with resolved disease were enriched for a progenitor-like immature neutrophil state signature. Severe disease was associated with gene sets related to neutrophil degranulation, neutrophil extracellular trap (NET) signatures, distinct metabolic signatures, and enhanced neutrophil activation and generation of reactive oxygen species (ROS). We found that the majority of patients had a transient interferon-stimulated gene signature upon presentation to the emergency department (ED) defined here as Day 0, regardless of disease severity, which persisted only in patients who subsequently died. Humoral responses were identified as potential drivers of neutrophil effector functions, as enhanced antibody-dependent neutrophil phagocytosis and reduced NETosis was associated with elevated SARS-CoV-2-specific IgG1-to-IgA1 ratios in plasma of severe patients who survived. In vitro experiments confirmed that while patient-derived IgG antibodies mostly drove neutrophil phagocytosis and ROS production in healthy donor neutrophils, patient-derived IgA antibodies induced a predominant NETosis response. Overall, our study demonstrates neutrophil dysregulation in severe COVID-19 and a potential role for IgA-dominant responses in driving neutrophil effector functions in severe disease and mortality.