Background. We examined whether viral dynamics in the genital tract during the natural history of acute human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection could explain efficient heterosexual transmission of HIV. Methods. We measured HIV-1 concentration in blood and semen samples from patients with acute and long-term HIV-1 infection. We explored the effect of changes in viral dynamics in semen on the probability of transmission per coital act, using a probabilistic model published elsewhere. Results. Considered over time from infection, semen HIV-1 concentrations, in men with acute infection, increase and decrease in approximate parallel with changes occurring in blood. Modeling suggests that these acute dynamics alone are sufficient to increase probability of heterosexual transmission by 8–10-fold between peak (day 20 after infection, based on the model) and virologic set points (day 54 and later after infection). Depending on the frequency of coitus, men with average semen HIV-1 loads and without sexually transmitted diseases (STDs) would be expected to infect 7%–24% of susceptible female sex partners during the first 2 months of infection. The predicted infection rate would be much higher when either partner has an STD. Conclusions. Empirical biological data strongly support the hypothesis that sexual transmission by acutely infected individuals has a disproportionate effect on the spread of HIV-1 infection. Acute hyperinfectiousness may, in part, explain the current pandemic in heterosexual individuals.

Regimens containing three nucleoside reverse-transcriptase inhibitors offer an alternative to regimens containing nonnucleoside reverse-transcriptase inhibitors or protease inhibitors for the initial treatment of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection, but data from direct comparisons are limited.

Abstract The interaction between human immunodeficiency virus (HIV) and the antibody repertoire (AbR) during chronic infection can provide important information for HIV vaccine research, yet has not been well-characterized on a systems level. We deeply sequenced the HIV population and the AbR of ten HIV-infected, antiretroviral (ART)-naïve individuals, each with 10-20 longitudinal samples spanning 4-14 years. Our unbiased sequencing approach identified partitions of AbRs showing evidence of interaction with autologous HIV populations. We show that these HIV-associated partitions are enriched for the V gene segments of known HIV broadly neutralizing antibodies (bnAbs), indicating that the HIV-responding component of the AbR can be identified via time-series genetic data. Despite this evidence for larger-scale AbR/HIV interactions at the sub-population level, we found little to no evidence for antagonistic coevolution (i.e. an arms race). This suggests that antagonistic coevolution is either rare, or hard to detect, which has important vaccine design implications.

Abstract Background It is frequently of epidemiological and/or clinical interest to estimate the date of HIV infection or time-since-infection of individuals. Yet, for over 15 years, the only widely-referenced infection dating algorithm that utilises diagnostic testing data to estimate time-since-infection has been the ‘Fiebig staging’ system. This defines a number of stages of early HIV infection through various standard combinations of contemporaneous discordant diagnostic results, using tests of different sensitivity. Objective To develop a new, more nuanced infection dating algorithm, we generalised the Fiebig approach to accommodate positive and negative diagnostic results generated on the same or different dates, and arbitrary current or future tests – as long as the test sensitivity is known. For this purpose, test sensitivity is conceptualised as the probability that a specimen will produce a positive result, expressed as a function of time since infection. This can be summarised as a median ‘diagnostic delay’ parameter, together with a measure of inter-subject variability. Methods The present work outlines the analytical framework for infection date estimation using subject-level diagnostic testing histories, and data on test sensitivity. We introduce a publicly-available online HIV infection dating tool that implements this estimation method, bringing together 1) curatorship of HIV test performance data, and 2) infection date estimation functionality, to calculate plausible intervals within which infection likely became detectable for each individual. The midpoints of these intervals are interpreted as infection time ‘point estimates’ and referred to as Estimated Dates of Detectable Infection (EDDIs). Results In many settings, including most research studies, detailed diagnostic testing data are routinely recorded, and can provide reasonably precise estimates of the timing of HIV infection. We present a simple logic to the interpretation of ‘diagnostic testing histories’ into ‘infection time estimates’, either as a point estimate (EDDI) or an interval (earliest plausible to latest plausible dates of detectable infection), along with a publicly-accessible online tool that supports wide application of this logic. Conclusions This tool, available at https://tools.incidence-estimation.org/idt/ , is readily updatable as test technology evolves, given the simple architecture of the system and its nature as an open source project.

The major barrier to an HIV cure is the persistence of infected cells that evade host immune surveillance despite effective antiretroviral therapy (ART). Most prior host genetic HIV studies have focused on identifying DNA polymorphisms (e.g., CCR5Δ32 , MHC class I alleles) associated with viral load among untreated "elite controllers" (~1% of HIV+ individuals who are able to control virus without ART). However, there have been few studies evaluating host genetic predictors of viral control for the majority of people living with HIV (PLWH) on ART. We performed host RNA sequencing and HIV reservoir quantification (total DNA, unspliced RNA, intact DNA) from peripheral CD4+ T cells from 191 HIV+ ART-suppressed non-controllers. Multivariate models included covariates for timing of ART initiation, nadir CD4+ count, age, sex, and ancestry. Lower HIV total DNA (an estimate of the total reservoir) was associated with upregulation of tumor suppressor genes NBL1 (q=0.012) and P3H3 (q=0.012). Higher HIV unspliced RNA (an estimate of residual HIV transcription) was associated with downregulation of several host genes involving inflammasome ( IL1A, CSF3, TNFAIP5, TNFAIP6, TNFAIP9 , CXCL3, CXCL10 ) and innate immune ( TLR7 ) signaling, as well as novel associations with potassium ( KCNJ2 ) and gap junction ( GJB2 ) channels, all q<0.05. Gene set enrichment analyses identified significant associations with TLR4/microbial translocation (q=0.006), IL-1β/NRLP3 inflammasome (q=0.008), and IL-10 (q=0.037) signaling. HIV intact DNA (an estimate of the "replication-competent" reservoir) demonstrated trends with thrombin degradation ( PLGLB1 ) and glucose metabolism ( AGL ) genes, but data were (HIV intact DNA detected in only 42% of participants). Our findings demonstrate that among treated PLWH, that inflammation, innate immune responses, bacterial translocation, and tumor suppression/cell proliferation host signaling play a key role in the maintenance of the HIV reservoir during ART. Further data are needed to validate these findings, including functional genomic studies, and expanded epidemiologic studies in female, non-European cohorts.Although lifelong HIV antiretroviral therapy (ART) suppresses virus, the major barrier to an HIV cure is the persistence of infected cells that evade host immune surveillance despite effective ART, "the HIV reservoir." HIV eradication strategies have focused on eliminating residual virus to allow for HIV remission, but HIV cure trials to date have thus far failed to show a clinically meaningful reduction in the HIV reservoir. There is an urgent need for a better understanding of the host-viral dynamics during ART suppression to identify potential novel therapeutic targets for HIV cure. This is the first epidemiologic host gene expression study to demonstrate a significant link between HIV reservoir size and several well-known immunologic pathways (e.g., IL-1β, TLR7, TNF-α signaling pathways), as well as novel associations with potassium and gap junction channels (Kir2.1, connexin 26). Further data are needed to validate these findings, including functional genomic studies and expanded epidemiologic studies in female, non-European cohorts.

Abstract Objective Prior genomewide association studies have identified variation in MHC Class I alleles and CCR5 Δ 32 as genetic predictors of viral control, especially in “elite” controllers, individuals who remain virally suppressed in the absence of therapy. Design Cross-sectional genomewide association study. Methods We analyzed custom whole exome sequencing and direct HLA typing from 202 ART-suppressed HIV+ non-controllers in relation to four measures of the peripheral CD4+ T cell reservoir: HIV intact DNA, total (t)DNA, unspliced (us)RNA, and RNA/DNA. Linear mixed models were adjusted for potential covariates including age, sex, nadir CD4+ T cell count, pre-ART HIV RNA, timing of ART initiation, and duration of ART suppression. Results Previously reported “protective” host genetic mutations related to viral setpoint (e.g., among elite controllers) were found to predict smaller HIV reservoir size. The HLA “protective” B*57:01 was associated with significantly lower HIV usRNA (q=3.3×10 −3 ), and among the largest subgroup, European ancestry individuals, the CCR5 Δ 32 deletion was associated with smaller HIV tDNA (p=4.3×10 −3 ) and usRNA (p=8.7×10 −3 ). In addition, genomewide analysis identified several SNPs in MX1 (an interferon stimulated gene) that were significantly associated with HIV tDNA (q=0.02), and the direction of these associations paralleled MX1 gene eQTL expression. Conclusions We observed a significant association between previously reported “protective” MHC class I alleles and CCR5 Δ 32 with the HIV reservoir size in non-controllers. We also found a novel association between MX1 and HIV total DNA (in addition to other interferon signaling relevant genes, PPP1CB , DDX3X ). These findings warrant further investigation in future validation studies.

Abstract Background Two manufacturers, Maxim Biomedical and Sedia Biosciences Corporation, supply US CDC-approved versions of the HIV-1 Limiting Antigen Avidity EIA (LAg assay) for detecting ‘recent’ HIV infection in cross-sectional incidence estimation. This study assesses and compares the performance of the Maxim and Sedia LAg assays for incidence surveillance. Methods We ran both assays on a panel of 2,500 well-characterized HIV-1-infected specimens, most with estimated dates of (detectable) infection. We analysed concordance of assay results, assessed reproducibility using repeat testing and estimated the critical performance characteristics of a test for recent infection—mean duration of recent infection (MDRI) and false-recent rate (FRR)—for a range of normalized optical density (ODn) recency discrimination thresholds, alone and in combination with viral load thresholds. We further defined three hypothetical surveillance scenarios and evaluated overall performance for incidence surveillance, defined as the precision of incidence estimates, by estimating context-specific performance characteristics. Results The Maxim assay produced lower ODn values than the Sedia assay on average, largely as a result of higher calibrator readings (mean calibrator OD of 0.749 vs. 0.643). Correlation of non-normalized OD readings was greater ( R 2 = 0.938) than those of ODn readings ( R 2 = 0.908), and the slope was closer to unity (1.054 vs. 0.899). Reproducibility of repeat testing of three blinded control specimens (25 replicates each) was slightly better for the Maxim assay (CV 8.9% to 14.8% vs. 13.2% to 15.0%). The MDRI of a Maxim-based algorithm at the ‘standard’ recency discrimination threshold in combination with viral load (ODn ≤1.5 & VL >1,000) was 201 days (95% CI: 180,223) and for Sedia was 171 days (95% CI: 152,191). Commensurately, the Maxim algorithm had a higher FRR in treatment-naive subjects (1.7% vs. 1.1%). We observed statistically significant differences in MDRI using the ODn alone (≤1.5) and in combination with viral load (>1,000). Under three fully-specified hypothetical surveillance scenarios (comparable to South Africa, Kenya and a concentrated epidemic), recent infection testing algorithms based on the two assays produced similar precision of incidence estimates. Conclusions Differences in ODn measurements between the Maxim and Sedia LAg assays on the same specimens largely resulted from differences in the reactivity of calibrators supplied by the manufacturers. Performance for surveillance purposes was extremely similar, although different ODn thresholds were optimal and different values of MDRI and FRR were appropriate for use in survey planning and incidence estimation.

Abstract Background Custom staging assays, including the Sedia HIV-1 Limiting Antigen Avidity EIA (LAg) and avidity modifications of the Ortho VITROS anti-HIV-1+2 and Abbott ARCHITECT HIV Ag/Ab Combo assays, are used to identify ‘recent’ infections in clinical settings and for cross-sectional HIV incidence estimation. However, the high dynamic range of chemiluminescent platforms allows differentiating recent and longstanding infection on signal intensity, and this raises the prospect of using unmodified diagnostic assays for infection timing and surveillance applications. Methods We tested a panel of 2,500 well-characterised specimens with estimable duration of HIV infection with the three assays and the unmodified ARCHITECT. Regression models were used to estimate mean durations of recent infection (MDRI), context-specific false-recent rates (FRR) and correlation between signal intensity and LAg measurements. A hypothetical epidemiological scenario was constructed to evaluate utility in surveillance applications. Results Over a range of MDRIs (reflecting recency discrimination thresholds), a diluted ARCHITECT-based RITA produced lower FRRs than the VITROS platform (FRR ≈ 0.5% and 1.5% respectively at MDRI of 200 days) and the unmodified diagnostic ARCHITECT produces incidence estimates with comparable precision to LAg (RSE ≈ 17.5% and 15% respectively at MDRI of 200 days). ARCHITECT S/CO measurements were highly correlated with LAg ODn measurements (r = 0.80) and values below 200 are strongly predictive of LAg recency and duration of infection less than one year. Conclusions Low quantitative measurements from the unmodified ARCHITECT obviate the need for additional recency testing and its use is feasible in clinical staging and incidence surveillance applications.

Although many HIV cure strategies seek to expand HIV-specific CD8+ T cells to control the virus, all are likely to fail if cellular exhaustion is not prevented. A loss in stem-like memory properties (i.e., the ability to proliferate and generate secondary effector cells) is a key feature of exhaustion; little is known, however, about how these properties are regulated in human virus-specific CD8+ T cells. We found that virus-specific CD8+ T cells from humans and non-human primates naturally controlling HIV/SIV infection express more of the transcription factor, TCF-1, than non-controllers. HIV-specific CD8+ T cell TCF-1 expression correlated with memory marker expression and proliferative capacity and declined with antigenic stimulation. CRISPR-Cas9 editing of TCF-1 in human primary T cells demonstrated a direct role in regulating expansion capacity. Collectively, these data suggest that TCF-1 controls the stem-like memory properties of HIV-specific CD8+ T cells and provides a rationale for enhancing this pathway in T cell-based therapeutic strategies for HIV.