Background— Intravascular red cell hemolysis impairs nitric oxide (NO)–redox homeostasis, producing endothelial dysfunction, platelet activation, and vasculopathy. Red blood cell storage under standard conditions results in reduced integrity of the erythrocyte membrane, with formation of exocytic microvesicles or microparticles and hemolysis, which we hypothesized could impair vascular function and contribute to the putative storage lesion of banked blood. Methods and Results— We now find that storage of human red blood cells under standard blood banking conditions results in the accumulation of cell-free and microparticle-encapsulated hemoglobin, which, despite 39 days of storage, remains in the reduced ferrous oxyhemoglobin redox state and stoichiometrically reacts with and scavenges the vasodilator NO. Using stopped-flow spectroscopy and laser-triggered NO release from a caged NO compound, we found that both free hemoglobin and microparticles react with NO about 1000 times faster than with intact erythrocytes. In complementary in vivo studies, we show that hemoglobin, even at concentrations below 10 μmol/L (in heme), produces potent vasoconstriction when infused into the rat circulation, whereas controlled infusions of methemoglobin and cyanomethemoglobin, which do not consume NO, have substantially reduced vasoconstrictor effects. Infusion of the plasma from stored human red blood cell units into the rat circulation produces significant vasoconstriction related to the magnitude of storage-related hemolysis. Conclusions— The results of these studies suggest new mechanisms for endothelial injury and impaired vascular function associated with the most fundamental of storage lesions, hemolysis.

Abstract Influenza A viruses in swine have considerable genetic diversity and continue to pose a pandemic threat to humans due to a potential lack of population level immunity. Here we describe a pipeline to characterize and triage influenza viruses for their pandemic risk and examine the pandemic potential of two widespread swine origin viruses. Our analysis reveals that a panel of human sera collected from healthy adults in 2020 has no cross-reactive neutralizing antibodies against a α-H1 clade strain (α-swH1N2) but do against a γ-H1 clade strain. The α-swH1N2 virus replicates efficiently in human airway cultures and exhibits phenotypic signatures similar to the human H1N1 pandemic strain from 2009 (H1N1pdm09). Furthermore, α-swH1N2 is capable of efficient airborne transmission to both naïve ferrets and ferrets with prior seasonal influenza immunity. Ferrets with H1N1pdm09 pre-existing immunity show reduced α-swH1N2 viral shedding and less severe disease signs. Despite this, H1N1pdm09-immune ferrets that became infected via the air can still onward transmit α-swH1N2 with an efficiency of 50%. These results indicate that this α-swH1N2 strain has a higher pandemic potential, but a moderate level of impact since there is reduced replication fitness and pathology in animals with prior immunity.

ABSTRACT Influenza A viruses in swine have considerable genetic diversity and continue to pose a pandemic threat to humans. They were the source of the most recent influenza pandemic, and since 2010, novel swine viruses have spilled over into humans more than 400 times in the United States. Although these zoonotic infections generally result in mild illness with limited onward human transmission, the potential for sustained transmission of an emerging influenza virus between individuals due to lack of population level immunity is of great concern. Compiling the literature on pandemic threat assessment, we established a pipeline to characterize and triage influenza viruses for their pandemic risk and examined the pandemic potential of two widespread swine origin viruses. Our analysis revealed that a panel of human sera collected from healthy adults in 2020 has no cross-reactive neutralizing antibodies against an α-H1 clade strain but do against a γ-H1 clade strain. Swine H1N2 virus from the α-H1 clade (α-swH1N2) replicated efficiently in human airway cultures and exhibited phenotypic signatures similar to the human H1N1 pandemic strain from 2009 (H1N1pdm09). Furthermore, α-swH1N2 was capable of efficient airborne transmission to both naïve ferrets and ferrets with prior seasonal influenza immunity. Ferrets with H1N1pdm09 pre-existing immunity had reduced α-swH1N2 viral shedding from the upper respiratory tract and cleared the infection faster. Despite this, H1N1pdm09-immune ferrets that became infected via the air could still onward transmit α-swH1N2 with an efficiency of 50%. Taken together, these results indicate that this α-swH1N2 strain has a higher pandemic potential, but a moderate level of impact since there is reduced replication fitness in animals with prior immunity.

Secondary infection with Streptococcus pneumoniae has contributed significantly to morbidity and mortality during multiple influenza virus pandemics and remains a common threat today. During a concurrent infection, both pathogens can influence the transmission of each other, but the mechanisms behind this are unclear. In this study, condensation air sampling and cyclone bioaerosol sampling were performed using ferrets first infected with the 2009 H1N1 pandemic influenza virus (H1N1pdm09) and secondarily infected with S. pneumoniae strain D39 (Spn). We detected viable pathogens and microbial nucleic acid in expelled aerosols from co-infected ferrets, suggesting that these microbes could be present in the same respiratory expulsions. To assess whether microbial communities impact pathogen stability within an expelled droplet, we performed experiments measuring viral and bacterial persistence in 1 μL droplets. We observed that H1N1pdm09 stability was unchanged in the presence of Spn. Further, Spn stability was moderately increased in the presence of H1N1pdm09, although the degree of stabilization differed between airways surface liquid collected from individual patient cultures. These findings are the first to collect both pathogens from the air and in doing so, they provide insight into the interplay between these pathogens and their hosts.The impact of microbial communities on transmission fitness and environmental persistence is under-studied. Environmental stability of microbes is crucial to identifying transmission risks and mitigation strategies, such as removal of contaminated aerosols and decontamination of surfaces. Co-infection with S. pneumoniae is very common during influenza virus infection, but little work has been done to understand whether S. pneumoniae alters stability of influenza virus, or vice versa, in a relevant system. Here, we demonstrate that influenza virus and S. pneumoniae are expelled by co-infected hosts. Our stability assays did not reveal any impact of S. pneumoniae on influenza virus stability, and a trend towards increased stability of S. pneumoniae in the presence of influenza viruses. Future work characterizing environmental persistence of viruses and bacteria should include microbially-complex solutions to better mimic physiologically relevant conditions.