Flu Drift Limited Five antigenic sites in the virus surface hemagglutinin protein, which together comprise 131 amino acid positions, are thought to determine the full scope of antigenic drift of influenza A virus. Koel et al. (p. 976 ) show that major antigenic change can be caused by single amino acid substitutions. These single substitutions substantially skew the way the immune system “sees” the virus. All substitutions of importance are located next to the receptor-binding site in the hemagglutinin. Because there are few positions of importance for antigenic drift, there are strict biophysical limitations to the substitutions at these positions, which restricts the number of new antigenic drift variants at any point in time. Thus, the evolution of influenza virus may be more predictable than previously thought.

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.

Several Avian paramyxoviruses 1 (synonymous with Newcastle disease virus or NDV, used hereafter) classification systems have been proposed for strain identification and differentiation. These systems pioneered classification efforts; however, they were based on different approaches and lacked objective criteria for the differentiation of isolates. These differences have created discrepancies among systems, rendering discussions and comparisons across studies difficult. Although a system that used objective classification criteria was proposed by Diel and co-workers in 2012, the ample worldwide circulation and constant evolution of NDV, and utilization of only some of the criteria, led to identical naming and/or incorrect assigning of new sub/genotypes. To address these issues, an international consortium of experts was convened to undertake in-depth analyses of NDV genetic diversity. This consortium generated curated, up-to-date, complete fusion gene class I and class II datasets of all known NDV for public use, performed comprehensive phylogenetic neighbor-Joining, maximum-likelihood, Bayesian and nucleotide distance analyses, and compared these inference methods. An updated NDV classification and nomenclature system that incorporates phylogenetic topology, genetic distances, branch support, and epidemiological independence was developed. This new consensus system maintains two NDV classes and existing genotypes, identifies three new class II genotypes, and reduces the number of sub-genotypes. In order to track the ancestry of viruses, a dichotomous naming system for designating sub-genotypes was introduced. In addition, a pilot dataset and sub-trees rooting guidelines for rapid preliminary genotype identification of new isolates are provided. Guidelines for sequence dataset curation and phylogenetic inference, and a detailed comparison between the updated and previous systems are included. To increase the speed of phylogenetic inference and ensure consistency between laboratories, detailed guidelines for the use of a supercomputer are also provided. The proposed unified classification system will facilitate future studies of NDV evolution and epidemiology, and comparison of results obtained across the world.

Abstract Highly pathogenic avian influenza (HPAI) viruses of the A/Goose/Guangdong/1/1996 lineage (GsGd), which threaten the health of poultry, wildlife and humans, are spreading across Asia, Europe, Africa and North America but are currently absent from South America and Oceania. In December 2021, H5N1 HPAI viruses were detected in poultry and a free-living gull in St. John’s, Newfoundland and Labrador, Canada. Our phylogenetic analysis showed that these viruses were most closely related to HPAI GsGd viruses circulating in northwestern Europe in spring 2021. Our analysis of wild bird migration suggested that these viruses may have been carried across the Atlantic via Iceland, Greenland/Arctic or pelagic routes. The here documented incursion of HPAI GsGd viruses into North America raises concern for further virus spread across the Americas by wild bird migration.

Europe has experienced extensive outbreaks of highly pathogenic avian influenza (HPAI) during the autumn/winter 2020/21 season. These avian influenza A viruses are highly transmissible and have infected over 1000 commercial and backyard poultry premises in Europe in this period causing high mortality. The impact on wild bird populations has also been significant, with over 400 detections in at least 47 different species reported across Europe as being positive with the H5N8 virus. Although different H5Nx combinations within the H5 clade 2.3.4.4b have been detected, the H5N8 subtype has predominated both in wild birds and domestic poultry outbreaks. In the UK there have been 22 outbreaks of H5N8 in domestic poultry and captive birds and more than 300 wild bird detections involving H5N8 over the autumn/winter 2020/21 period to April 2021. Here we detail the series of events surrounding the detection of an H5N8 influenza A virus of avian origin in five swans, a fox and three seals in a wildlife rehabilitation centre.

Abstract Highly pathogenic avian influenza (HPAI) viruses of the A/Goose/Guangdong/1/1996 lineage (GsGd), which threaten the health of poultry, wildlife and humans, are spreading across Asia, Europe and Africa, but are currently absent from Oceania and the Americas. In December 2021, H5N1 HPAI viruses were detected in poultry and a free-living gull in St. John’s, Newfoundland and Labrador, Canada. Phylogenetic analysis showed that these viruses were most closely related to HPAI GsGd viruses circulating in northwestern Europe in spring 2021. Analysis of wild bird migration suggested that these viruses may have been carried across the Atlantic via Iceland, Greenland/Arctic or pelagic routes. The here documented incursion of HPAI GsGd viruses into North America raises concern for further virus spread across the Americas by wild bird migration. One-Sentence Summary Detection of H5N1 highly pathogenic avian influenza in Canada raises concern for spread in the Americas by migratory birds.

Abstract Since 2020, the UK and Europe, have experienced annual epizootics of high pathogenicity avian influenza virus (HPAIV). The first during autumn/winter 2020/21 involved the detected with six H5Nx subtypes although H5N8 HPAIV dominated in the UK. Whilst genetic assessment of the H5N8 HPAIVs within the UK demonstrated relative homogeneity, there was a background of other genotypes circulating at a lower degree with different neuraminidase and internal genes. Following a small number of summer detections of H5N1 in wild birds over the summer of 2021, autumn/winter 2021/22 saw another European H5 HPAIV epizootic, that has dwarfed the prior epizootic. This second epizootic was dominated almost exclusively by H5N1 HPAIV, although six distinct genotypes were defined. We have used genetic analysis to evaluate the emergence of different genotypes and proposed reassortment events that have been observed. The existing data suggests that the H5N1 circulating in Europe during late 2020, continued to circulate in wild birds throughout 2021, with minimal adaptation, but has then gone on to reassort with AIVs in the wild bird population. We have undertaken an in-depth genetic assessment of H5 HPAIVs detected in the UK, over the last two winter seasons and demonstrate the utility of in-depth genetic analyses in defining the diversity of H5 HPAIVs circulating in avian species, the potential for zoonotic risk and whether incidents of lateral spread can be defined over independent incursion of infection from wild birds. Key supporting data for mitigation activities. Importance High pathogenicity avian influenza virus (HPAIV) outbreaks devastate avian species across all sectors having both economic and ecological impacts through mortalities in poultry and wild birds, respectively. These viruses can also represent a significant zoonotic risk. Since 2020, the UK has experienced two successive outbreaks of H5 HPAIV. Whilst H5N8 HPAIV was predominant during the 2020/21 outbreak, other H5 subtypes were also detected. The following year there was a shift in subtype dominance to H5N1 HPAIV, but multiple H5N1 genotypes were detected. Through thorough utilisation of whole-genome sequencing, it was possible to track and characterise the genetic evolution of these H5 HPAIVs in UK poultry and wild birds. This has enabled us to assess the risk posed by these viruses at the poultry:wild bird and the avian:human interface and to investigate potential lateral spread between infected premises, a key factor in understanding threat to the commercial sector.

Abstract During the last decade, endemic swine H1 influenza A viruses (IAV) from six different genetic clades of the hemagglutinin gene caused zoonotic infections in humans. The majority of zoonotic events with swine IAV were restricted to a single case with no subsequent transmission. However, repeated introduction of human-seasonal H1N1, continual reassortment between endemic swine IAV, and subsequent drift in the swine host resulted in highly diverse swine IAV with human-origin genes that may become a risk to the human population. To prepare for the potential of a future swine-origin IAV pandemic in humans, public health laboratories selected candidate vaccine viruses (CVV) for use as vaccine seed strains. To assess the pandemic risk of contemporary US swine H1N1 or H1N2 strains, we quantified the genetic diversity of swine H1 HA genes, and identified representative strains from each circulating clade. We then characterized the representative swine IAV against human seasonal vaccine and CVV strains using ferret antisera in hemagglutination inhibition assays (HI). HI assays revealed that 1A.3.3.2 (pdm) and 1B.2.1 (delta-2) demonstrated strong cross reactivity to human seasonal vaccines or CVVs. However, swine IAV from three clades that represent more than 50% of the detected swine IAVs in the USA showed significant reduction in cross-reactivity compared to the closest CVV virus: 1A.1.1.3 (alpha-deletion), 1A.3.3.3-clade 3 (gamma), and 1B.2.2.1 (delta-1a). Representative viruses from these three clades were further characterized in a pig-to-ferret transmission model and shown to exhibit variable transmission efficiency. Our data prioritize specific genotypes of swine H1N1 and H1N2 to further investigate in the risk they pose to the human population. Importance Influenza A virus (IAV) is endemic in both humans and pigs and there is occasional bidirectional transmission of viruses. The process of interspecies transmission introduces novel viruses that increases the viral diversity in each host, impacting viral ecology and challenging control efforts through vaccine programs. Swine-origin IAVs have the potential to cause human pandemics, and pandemic preparation efforts include the identification and generation of candidate vaccine viruses (CVV) derived from epidemiologically relevant swine IAV surface proteins. The CVVs are derived from swine IAV detected and isolated in humans, and are updated infrequently; consequently the efficacy of these vaccines against contemporary swine IAV is unclear given rapid turnover and change of diversity. In this report we perform a risk assessment of contemporary swine H1 IAVs, determine whether current CVVs cross-react, and illustrate how swine-origin IAV replicate, transmit, and cause disease in a swine-to-ferret model system. In doing so, we identify the swine IAV that have lost cross-reactivity to current pandemic preparedness vaccines and demonstrate the utility of swine-to-ferret transmission experiments to further inform risk assessment.

Abstract The first pandemic of the 21st century was caused by an H1N1 influenza A virus (IAV) introduced from pigs into humans, highlighting the importance of swine as reservoirs for pandemic viruses. Two major lineages of swine H1 circulate in North America: the 1A classical swine lineage (including the 2009 pandemic H1N1) and 1B human seasonal-like lineage. Here, we investigated the evolution of these H1 IAV lineages in North American swine and their potential pandemic risk. We assessed the antigenic distance between the HA of representative swine H1 and human seasonal vaccine strains (1978-2015) in hemagglutination inhibition (HI) assays using a panel of monovalent anti-sera raised in pigs. Antigenic cross-reactivity varied by strain but was associated with genetic distance. Generally, swine 1A lineage viruses that seeded the 2009 H1 pandemic were antigenically most similar to H1 pandemic vaccine strains, with the exception of viruses in the genetic clade 1A.1.1.3 that had a two-amino acid deletion mutation near the receptor-binding site, dramatically reducing antibody recognition. The swine 1B lineage strains, which arose from previously circulating (pre-2009 pandemic) human seasonal viruses, were more antigenically similar to pre-2009 human seasonal H1 vaccine viruses than post-2009 strains. Human population immunity was measured by cross-reactivity in HI assays to representative swine H1 strains. There was a broad range of titers against each swine strain that was not associated with age, sex, or location. However, there was almost no cross-reactivity in human sera to the 1A.1.1.3 and 1B.2.1 genetic clades of swine viruses, and the 1A.1.1.3 and 1B.2.1 clades were also the most antigenically distant from all human vaccine strains. Our data demonstrate that antigenic distances of representative swine strains from human vaccine strains represent a rational assessment of swine IAV for zoonotic risk research and pandemic preparedness prioritization. Importance Human H1 influenza A viruses (IAV) spread to pigs in North America, resulting in sustained circulation of two major groups of H1 viruses in swine. We quantified the genetic diversity of H1 in swine and measured antigenic phenotypes. We demonstrated that swine H1 lineages were significantly different from human vaccine strains and this antigenic dissimilarity increased over time as the viruses evolved in swine. Pandemic preparedness vaccine strains for human vaccines also demonstrated a loss in similarity with contemporary swine strains. Human sera revealed a range of responses to swine IAV, including two groups of viruses with little to no immunity. Surveillance and risk assessment of IAV diversity in pig populations are essential to detect strains with reduced immunity in humans, providing critical information for pandemic preparedness.

The relentless march of a highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) strain, known as H5N1, to become an unprecedented panzootic continues unchecked. The leap of H5N1 clade 2.3.4.4b from Eurasia and Africa to North America in 2021 and its further spread to South America and the Antarctic have exposed new avian and mammalian populations to the virus and led to outbreaks on an unrivaled scale. The virus has infected wild birds across vast geographic regions and caused wildlife deaths in some of the world’s most biodiverse ecosystems. Hundreds of millions of poultry have died or been culled, affecting global food security in some of the world’s poorest regions. Numerous mammalian species, including sea lions and fur animals, have been infected. Outbreaks in dairy cows in the United States have been occurring for months, seemingly unchecked in most affected states. Why is there not a greater sense of urgency to control these infections?