ABSTRACT Norovirus (NoV) is highly infectious and is the major cause of outbreak gastroenteritis in adults, with pandemic spread of the virus being reported in 1995 and 2002. The NoV genome is genetically diverse, which has hampered development of sensitive molecular biology-based methods. In this study we report on a nested reverse transcriptase PCR (nRT-PCR) that was designed to amplify the highly conserved 3′ end of the polymerase region and the 5′ end of the capsid gene of NoV genogroup II (GII). The nRT-PCR was validated with strains isolated from sporadic and outbreak cases between 1997 and 2004 in New South Wales, Australia. Phylogenetic analysis identified six genotypes circulating in New South Wales, GII.1, GII.3, GII.4, GII.6, GII.7, and GII.10, with GII.4 being the predominant genotype. In 2004, there was a marked increase in NoV GII activity in Australia, with a novel GII.4 variant being identified as the etiological agent in 18 outbreaks investigated. This novel GII.4 variant, termed Hunter virus, differed by more than 5% at the amino acid level across the capsid from any other NoV strain in the GenBank and EMBL databases. The Hunter virus was subsequently identified as the etiological agent in large epidemics of gastroenteritis in The Netherlands, Japan, and Taiwan in 2004 and 2005.

RNA recombination is a significant driving force in viral evolution. Increased awareness of recombination within the genus Norovirus of the family Calicivirus has led to a rise in the identification of norovirus (NoV) recombinants and they are now reported at high frequency. Currently, there is no classification system for recombinant NoVs and a widely accepted recombinant genotyping system is still needed. Consequently, there is duplication in reporting of novel recombinants. This has led to difficulties in defining the number and types of recombinants in circulation. In this study, 120 NoV nucleotide sequences were compiled from the current GenBank database and published literature. NoV recombinants and their recombination breakpoints were identified using three methods: phylogenetic analysis, SimPlot analysis and the maximum χ 2 method. A total of 20 NoV recombinant types were identified in circulation worldwide. The recombination point is the ORF1/2 overlap in all isolates except one, which demonstrated a double recombination event within the polymerase region.

Over the last fifteen years there have been five pandemics of norovirus (NoV) associated gastroenteritis, and the period of stasis between each pandemic has been progressively shortening. NoV is classified into five genogroups, which can be further classified into 25 or more different human NoV genotypes; however, only one, genogroup II genotype 4 (GII.4), is associated with pandemics. Hence, GII.4 viruses have both a higher frequency in the host population and greater epidemiological fitness. The aim of this study was to investigate if the accuracy and rate of replication are contributing to the increased epidemiological fitness of the GII.4 strains. The replication and mutation rates were determined using in vitro RNA dependent RNA polymerase (RdRp) assays, and rates of evolution were determined by bioinformatics. GII.4 strains were compared to the second most reported genotype, recombinant GII.b/GII.3, the rarely detected GII.3 and GII.7 and as a control, hepatitis C virus (HCV). The predominant GII.4 strains had a higher mutation rate and rate of evolution compared to the less frequently detected GII.b, GII.3 and GII.7 strains. Furthermore, the GII.4 lineage had on average a 1.7-fold higher rate of evolution within the capsid sequence and a greater number of non-synonymous changes compared to other NoVs, supporting the theory that it is undergoing antigenic drift at a faster rate. Interestingly, the non-synonymous mutations for all three NoV genotypes were localised to common structural residues in the capsid, indicating that these sites are likely to be under immune selection. This study supports the hypothesis that the ability of the virus to generate genetic diversity is vital for viral fitness.

Hepatitis C is a pandemic human RNA virus, which commonly causes chronic infection and liver disease. The characterization of viral populations that successfully initiate infection, and also those that drive progression to chronicity is instrumental for understanding pathogenesis and vaccine design. A comprehensive and longitudinal analysis of the viral population was conducted in four subjects followed from very early acute infection to resolution of disease outcome. By means of next generation sequencing (NGS) and standard cloning/Sanger sequencing, genetic diversity and viral variants were quantified over the course of the infection at frequencies as low as 0.1%. Phylogenetic analysis of reassembled viral variants revealed acute infection was dominated by two sequential bottleneck events, irrespective of subsequent chronicity or clearance. The first bottleneck was associated with transmission, with one to two viral variants successfully establishing infection. The second occurred approximately 100 days post-infection, and was characterized by a decline in viral diversity. In the two subjects who developed chronic infection, this second bottleneck was followed by the emergence of a new viral population, which evolved from the founder variants via a selective sweep with fixation in a small number of mutated sites. The diversity at sites with non-synonymous mutation was higher in predicted cytotoxic T cell epitopes, suggesting immune-driven evolution. These results provide the first detailed analysis of early within-host evolution of HCV, indicating strong selective forces limit viral evolution in the acute phase of infection.

Abstract Viral whole-genome sequencing (WGS) provides critical insight into the transmission and evolution of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Long-read sequencing devices from Oxford Nanopore Technologies (ONT) promise significant improvements in turnaround time, portability and cost, compared to established short-read sequencing platforms for viral WGS (e.g., Illumina). However, adoption of ONT sequencing for SARS-CoV-2 surveillance has been limited due to common concerns around sequencing accuracy. To address this, here we perform viral WGS with ONT and Illumina platforms on 157 matched SARS-CoV-2-positive patient specimens and synthetic RNA controls, enabling rigorous evaluation of analytical performance. We report that, despite the elevated error rates observed in ONT sequencing reads, highly accurate consensus-level sequence determination was achieved, with single nucleotide variants (SNVs) detected at >99% sensitivity and >99% precision above a minimum ~60-fold coverage depth, thereby ensuring suitability for SARS-CoV-2 genome analysis. ONT sequencing also identified a surprising diversity of structural variation within SARS-CoV-2 specimens that were supported by evidence from short-read sequencing on matched samples. However, ONT sequencing failed to accurately detect short indels and variants at low read-count frequencies. This systematic evaluation of analytical performance for SARS-CoV-2 WGS will facilitate widespread adoption of ONT sequencing within local, national and international COVID-19 public health initiatives.

Abstract Age-dependent differences in the clinical response to SARS-CoV-2 infection is well-documented 1–3 however the underlying molecular mechanisms involved are poorly understood. We infected fully differentiated human nasal epithelium cultures derived from healthy children (1-12 years old), young adults (26-34 years old) and older adults (56-62 years old) with SARS-COV-2 to identify age-related cell-intrinsic differences that may influence viral entry, replication and host defence response. We integrated imaging, transcriptomics, proteomics and biochemical assays revealing age-related changes in transcriptional regulation that impact viral replication, effectiveness of host responses and therapeutic drug targets. Viral load was lowest in infected older adult cultures despite the highest expression of SARS-CoV-2 entry and detection factors. We showed this was likely due to lower expression of hijacked host machinery essential for viral replication. Unlike the nasal epithelium of young adults and children, global host response and induction of the interferon signalling was profoundly impaired in older adults, which preferentially expressed proinflammatory cytokines mirroring the “cytokine storm” seen in severe COVID-19 4,5 . In silico screening of our virus-host-drug network identified drug classes with higher efficacy in older adults. Collectively, our data suggests that cellular alterations that occur during ageing impact the ability for the host nasal epithelium to respond to SARS-CoV-2 infection which could guide future therapeutic strategies.

Great strides have been made in understanding and treating Hepatitis C virus (HCV) thanks in part to the development of the full-length cell-culture system, the pseudoparticle system and soluble envelope glycoproteins. The HCV pseudoparticle (HCVpp) system is a platform used extensively in studies of cell entry, screening of novel entry inhibitors, assessing the phenotypes of clinically observed E1 and E2 glycoproteins and, most pertinently, in characterising neutralizing antibody breadth induced upon vaccination and natural infection in patients. Nonetheless, some patient-derived clones fail to produce infectious particles or produce particles that exhibit infectivity too low for meaningful phenotyping. The mechanisms governing whether any particular clone produces infectious pseudoparticles are poorly understood. Here we show that endogenous expression of CD81, an HCV receptor and a cognate binding partner of E2, in producer HEK 293T cells is detrimental to the infectivity of recovered HCVpp for most strains. Many HCVpp clones exhibited increased infectivity or had their infectivity rescued when they were produced in HEK 293T cells CRISPR/Cas9 engineered to ablate CD81 expression (293T CD81KO ). Clones made in 293T CD81KO cells were antigenically very similar to their matched counterparts made parental cells and appear to honour the accepted HCV entry pathway. Deletion of CD81 did not appreciably increase the recovered titres of soluble E2 (sE2). However, we did, unexpectedly, find that monomeric sE2 made in 293T and 293F exhibit important differences. We found that 293F-produced sE2 harbours mostly complex type glycans whilst 293T-produced sE2 displays a heterogeneous mixture of both complex type glycans and highmannose or hybrid type glycans. Moreover, sE2 produced in HEK 293T cells is antigenically superior; exhibiting increased binding to conformational antibodies and the large extracellular loop of CD81. In summary, this work describes an optimal cell line for the production of HCVpp and reveals that sE2 made in 293T and 293F cells are not antigenic equals. Our findings have implications for functional studies of E1E2 and the production of candidate immunogens.

ABSTRACT Viral whole-genome sequencing (WGS) provides critical insight into the transmission and evolution of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Long-read sequencing devices from Oxford Nanopore Technologies (ONT) promise significant improvements in turnaround time, portability and cost, compared to established short-read sequencing platforms for viral WGS (e.g., Illumina). However, adoption of ONT sequencing for SARS-CoV-2 surveillance has been limited due to common concerns around sequencing accuracy. To address this, we performed viral WGS with ONT and Illumina platforms on 157 matched SARS-CoV-2-positive patient specimens and synthetic RNA controls, enabling rigorous evaluation of analytical performance. Despite the elevated error rates observed in ONT sequencing reads, highly accurate consensus-level sequence determination was achieved, with single nucleotide variants (SNVs) detected at >99% sensitivity and >99% precision above a minimum ~ 60-fold coverage depth, thereby ensuring suitability for SARS-CoV-2 genome analysis. ONT sequencing also identified a surprising diversity of structural variation within SARS-CoV-2 specimens that were supported by evidence from short-read sequencing on matched samples. However, ONT sequencing failed to accurately detect short indels and variants at low read-count frequencies. This systematic evaluation of analytical performance for SARS-CoV-2 WGS will facilitate widespread adoption of ONT sequencing within local, national and international COVID-19 public health initiatives.

SUMMARY Emerging variants of concern (VOCs) are threatening to limit the effectiveness of SARS-CoV-2 monoclonal antibodies and vaccines currently used in clinical practice; broadly neutralizing antibodies and strategies for their identification are therefore urgently required. Here we demonstrate that broadly neutralizing antibodies can be isolated from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of convalescent patients using SARS-CoV-2 receptor binding domains (RBDs) carrying epitope-specific mutations. This is exemplified by two human antibodies, GAR05, binding to epitope class 1, and GAR12, binding to a new epitope class 6 (located between class 3 and class 5). Both antibodies broadly neutralize VOCs, exceeding the potency of the clinical monoclonal sotrovimab (mAb S309) by orders of magnitude. They also provide potent prophylactic and therapeutic in vivo protection of hACE2 mice against viral challenge. Our results indicate that exposure to Wuhan SARS-CoV-2 induces antibodies that maintain potent and broad neutralization against emerging VOCs using two unique strategies: either by targeting the divergent class 1 epitope in a manner resistant to VOCs (ACE2 mimicry, as illustrated by GAR05 and mAbs P2C-1F11/S2K14); or alternatively, by targeting rare and highly conserved epitopes, such as the new class 6 epitope identified here (as illustrated by GAR12). Our results provide guidance for next generation monoclonal antibody development and vaccine design.

Abstract The Hepatitis C virus (HCV) envelope glycoprotein E1 forms a noncovalent heterodimer with E2, the main target of neutralizing antibodies. How E1-E2 interactions influence viral fitness and contribute to resistance to E2-specific antibodies remains largely unknown. We investigate this problem using a combination of fitness landscape and evolutionary modelling. Our analysis indicates that E1 and E2 proteins collectively mediate viral fitness, and suggests that fitness-compensating E1 mutations may accelerate escape from E2-targeting antibodies. Our analysis also identifies a set of E2-specific human monoclonal antibodies that are predicted to be especially resilient to escape via genetic variation in both E1 and E2, providing directions for robust HCV vaccine development.