Abstract Emerging variants of concern (VOCs) drive the SARS-CoV-2 pandemic. We assessed VOC B.1.1.7, now prevalent in several countries, and VOC B.1.351, representing the greatest threat to populations with immunity to the early SARS-CoV-2 progenitors. B.1.1.7 showed a clear fitness advantage over the progenitor variant (wt-S 614G ) in ferrets and two mouse models, where the substitutions in the spike glycoprotein were major drivers for fitness advantage. In the “superspreader” hamster model, B.1.1.7 and wt-S 614G had comparable fitness, whereas B.1.351 was outcompeted. The VOCs had similar replication kinetics as compared to wt-S 614G in human airway epithelial cultures. Our study highlights the importance of using multiple models for complete fitness characterization of VOCs and demonstrates adaptation of B.1.1.7 towards increased upper respiratory tract replication and enhanced transmission in vivo. Summary sentence B.1.1.7 VOC outcompetes progenitor SARS-CoV-2 in upper respiratory tract replication competition in vivo.

Abstract Since their emergence in late 2021, SARS-CoV-2 Omicron replaced earlier variants of concern and marked a new phase in the SARS-CoV-2 pandemic. Until the end of 2023, Omicron lineages continue to circulate and continue to evolve, with new lineages causing infection waves throughout 2022 and 2023. In the population, this leads to a complex immunological exposure background, characterized by immunity derived through vaccination, in the 5 th year of the pandemic in the majority of individuals followed by at least one or even multiple infections or only natural infection in individuals that did not receive a vaccine. In this study, we use eight authentic SARS-CoV-2 isolates (ancestral lineage B.1 and the seven Omicron lineages BA.1, BA.2, BA.5.1, BQ.1, XBB.1.5, EG.5.1 and JN.1.1) in a live virus neutralization assay to study immune escape in 97 human sera or plasma of different immunological backgrounds (vaccination, hybrid immunity due to one or two natural infections and natural infection without vaccination in children and adults). We showed a gradually increasing immune escape after vaccination and hybrid immunity in from B.1 to BA.1/BA.2 to BA.5.1 to BQ.1 to XBB.1.5 to EG.5.1, but remarkably, no more enhanced immune escape of JN.1.1 compared to EG.5.1, with the latter two showing almost identical neutralization titers in individuals with hybrid immunity due to one or more infections. In vaccinated but never infected individuals, neutralization was markedly reduced or completely lost for XBB.1.5., EG.5.1 and JN.1.1, while in those with hybrid immunity, titers were reduced but almost all sera still showed some degree of neutralization. After a single infection without vaccination, reduced or complete loss of neutralization occurred for BQ.1, XBB.1.5, EG.5.1 and JN.1.1 compared to BA.1/BA.2. Furthermore, we observed that, although absolute titers differed between groups, the pattern of immune escape between the variants remains comparable across groups, with strongest loss of neutralization for BQ.1, XBB.1.5, EG.5.1 and JN.1.1 was observed across the different immunological backgrounds. Our results show gradually increasing antibody escape of evolving Omicron lineages over the last two years of Omicron circulation until variant EG.5.1, but not anymore for the currently dominant lineages JN.1.1, suggesting other mechanisms than immune escape to be behind the rapid global emergence of JN.1.

The antigenic evolution of SARS-CoV-2 requires ongoing monitoring to judge the immune escape of newly arising variants. A surveillance system necessitates an understanding of differences in neutralization titers measured in different assays and using human and animal sera. We compared 18 datasets generated using human, hamster, and mouse sera, and six different neutralization assays. Titer magnitude was lowest in human, intermediate in hamster, and highest in mouse sera. Fold change, immunodominance patterns and antigenic maps were similar among sera. Most assays yielded similar results, except for differences in fold change in cytopathic effect assays. Not enough data was available for conclusively judging mouse sera, but hamster sera were a consistent surrogate for human first-infection sera.

Abstract SARS-CoV-2’s genetic plasticity has led to several variants of concern (VOCs). Here we studied replicative capacity for seven SARS-CoV-2 isolates (B.1, Alpha, Beta, Gamma, Delta, Zeta, and Omicron BA.1) in primary reconstituted airway epithelia (HAE) and lung-derived cell lines. Furthermore, to investigate the host range of Delta and Omicron compared to ancestral SARS-CoV-2, we assessed replication in 17 cell lines from 11 non-primate mammalian species, including bats, rodents, insectivores and carnivores. Only Omicron’s phenotype differed in vitro , with rapid but short replication and efficient production of infectious virus in nasal HAEs, in contrast to other VOCs, but not in lung cell lines. No increased infection efficiency for other species was observed, but Delta and Omicron infection efficiency was increased in A549 cells. Notably replication in A549 and Calu3 cells was lower than in nasal HAE. Our results suggest better adaptation of VOCs towards humans, without an extended host range.