Abstract Exposure to different mutagens leaves distinct mutational patterns that can allow prediction of pathogen replication niches (Ruis 2022). We therefore hypothesised that analysis of SARS-CoV-2 mutational spectra might show lineage-specific differences, dependant on the dominant site(s) of replication and onwards transmission, and could therefore rapidly infer virulence of emergent variants of concern (VOC; Konings 2021). Through mutational spectrum analysis, we found a significant reduction in G>T mutations in Omicron, which replicates in the upper respiratory tract (URT), compared to other lineages, which replicate in both upper and lower respiratory tracts (LRT). Mutational analysis of other viruses and bacteria indicates a robust, generalisable association of high G>T mutations with replication within the LRT. Monitoring G>T mutation rates over time, we found early separation of Omicron from Beta, Gamma and Delta, while the mutational burden in Alpha varied consistent with changes in transmission source as social restrictions were lifted. This supports the use of mutational spectra to infer niches of established and emergent pathogens.

Abstract Birnaviruses form a distinct class of double-stranded RNA (dsRNA) viruses characterized by the absence of a transcription-competent inner core particle. The early endosomes (EE) of cells infected with the infectious bursal disease virus (IBDV) - a prototypical birnavirus and an important avian pathogen - constitute a platform for viral replication. Here, we study the mechanism of birnaviral hijacking of EE membranes for this process. We demonstrate that the viral protein 3 (VP3) specifically binds to phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P) present in EE membranes. We identify the domain of VP3 involved in PI3P-binding and its role in viral replication. Finally, our molecular simulations results unveil a two-stage modular mechanism for VP3 association with EE. Firstly, the carboxy-terminal region of VP3 adsorbs to the membrane via non-specific electrostatic interactions. Then, in the second stage, the VP3 core seals the membrane engagement by specifically binding PI3P through its P2 domain, additionally promoting PI3P accumulation. Significance Statement Birnaviruses are different from the rest of the dsRNA viruses. They contain an RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) with a unique motif arrangement in the palm subdomain, their viral particles lack the inner protein layer protecting the dsRNA, and the viral capsid protein VP2 presents a jelly-roll topology characteristic of +sRNA viruses. Here, we provide evidence that birnaviruses replicate in association with cellular membranes. Since the remodeling of the host’s membranes is a characteristic shared by all +sRNA viruses, our results highlight parallels in the replication strategy of these “ non-canonical ” dsRNA viruses and +sRNA viruses.

Abstract Mutation landscapes and signatures have been thoroughly studied in SARS-CoV-2. Here, we analyse those patterns and link their changes to the viral replication niche. Surprisingly, those patterns look to be also modified after vaccination. Hence, by deductive reasoning we identify the steps of the coronavirus infection cycle in which those mutations initiate.