ABSTRACT Secondary bacterial infections often complicate respiratory viral infections, but the mechanisms whereby viruses predispose to bacterial disease are not completely understood. We determined the effects of infection with respiratory syncytial virus (RSV), human parainfluenza virus 3 (HPIV-3), and influenza virus on the abilities of nontypeable Haemophilus influenzae and S treptococcus pneumoniae to adhere to respiratory epithelial cells and how these viruses alter the expression of known receptors for these bacteria. All viruses enhanced bacterial adhesion to primary and immortalized cell lines. RSV and HPIV-3 infection increased the expression of several known receptors for pathogenic bacteria by primary bronchial epithelial cells and A549 cells but not by primary small airway epithelial cells. Influenza virus infection did not alter receptor expression. Paramyxoviruses augmented bacterial adherence to primary bronchial epithelial cells and immortalized cell lines by up-regulating eukaryotic cell receptors for these pathogens, whereas this mechanism was less significant in primary small airway epithelial cells and in influenza virus infections. Respiratory viruses promote bacterial adhesion to respiratory epithelial cells, a process that may increase bacterial colonization and contribute to disease. These studies highlight the distinct responses of different cell types to viral infection and the need to consider this variation when interpreting studies of the interactions between respiratory cells and viral pathogens.

Respiratory syncytial virus (RSV) is a major cause of hospitalized acute respiratory illness (ARI) among young children. With RSV vaccines and immunoprophylaxis agents in clinical development, we sought to update estimates of US pediatric RSV hospitalization burden.Children <5 years old hospitalized for ARI were enrolled through active, prospective, population-based surveillance from November 1, 2015, to June 30, 2016, at 7 US pediatric hospital sites. Clinical information was obtained from parent interviews and medical records. Midturbinate nasal and throat flocked swabs were collected and tested for RSV by using molecular diagnostic assays at each site. We conducted descriptive analyses and calculated population-based rates of RSV-associated hospitalizations.Among 2969 hospitalized children included in analyses, 1043 (35%) tested RSV-positive; 903 (87%) children who were RSV-positive were <2 years old, and 526 (50%) were <6 months old. RSV-associated hospitalization rates were 2.9 per 1000 children <5 years old and 14.7 per 1000 children <6 months old; the highest age-specific rate was observed in 1-month-old infants (25.1 per 1000). Most children who were infected with RSV (67%) had no underlying comorbid conditions and no history of preterm birth.During the 2015-2016 season, RSV infection was associated with one-third of ARI hospitalizations in our study population of young children. Hospitalization rates were highest in infants <6 months. Most children who were RSV-positive had no history of prematurity or underlying medical conditions, suggesting that all young children could benefit from targeted interventions against RSV.

Background. The predominant strain during the 2013–2014 influenza season was 2009 pandemic influenza A(H1N1) virus (A[H1N1]pdm09). This vaccine-component has remained unchanged from 2009.

Abstract The newly emerged and rapidly spreading SARS-CoV-2 causes coronavirus disease 2019 (COVID-19). To facilitate a deeper understanding of the viral biology we developed a capture sequencing methodology to generate SARS-CoV-2 genomic and transcriptome sequences from infected patients. We utilized an oligonucleotide probe-set representing the full-length genome to obtain both genomic and transcriptome (subgenomic open reading frames [ORFs]) sequences from 45 SARS-CoV-2 clinical samples with varying viral titers. For samples with higher viral loads (cycle threshold value under 33, based on the CDC qPCR assay) complete genomes were generated. Analysis of junction reads revealed regions of differential transcriptional activity and provided evidence of expression of ORF10. Heterogeneous allelic frequencies along the 20kb ORF1ab gene suggested the presence of a defective interfering viral RNA species subpopulation in one sample. The associated workflow is straightforward, and hybridization-based capture offers an effective and scalable approach for sequencing SARS-CoV-2 from patient samples.

There is an unmet need for pre-clinical models to understand the pathogenesis of human respiratory viruses; and predict responsiveness to immunotherapies. Airway organoids can serve as an ex-vivo human airway model to study respiratory viral pathogenesis; however, they rely on invasive techniques to obtain patient samples. Here, we report a non-invasive technique to generate human nose organoids (HNOs) as an alternate to biopsy derived organoids. We made air liquid interface (ALI) cultures from HNOs and assessed infection with two major human respiratory viruses, respiratory syncytial virus (RSV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2). Infected HNO-ALI cultures recapitulate aspects of RSV and SARS-CoV-2 infection, including viral shedding, ciliary damage, innate immune responses, and mucus hyper-secretion. Next, we evaluated the feasibility of the HNO-ALI respiratory virus model system to test the efficacy of palivizumab to prevent RSV infection. Palivizumab was administered in the basolateral compartment (circulation) while viral infection occurred in the apical ciliated cells (airways), simulating the events in infants. In our model, palivizumab effectively prevented RSV infection in a concentration dependent manner. Thus, the HNO-ALI model can serve as an alternate to lung organoids to study respiratory viruses and testing therapeutics.

ABSTRACT Respiratory syncytial virus (RSV) is a leading cause of pediatric acute respiratory infection worldwide. There are currently no approved vaccines or antivirals to combat RSV disease. A few transformed cell lines and two historic strains have been extensively used to study RSV. Here we report a thorough molecular and cell biological characterization of HEp-2 and A549 cells infected with four strains of RSV representing both major subgroups as well as historic and more contemporaneous genotypes -- [RSV/A/Tracy (GA1), RSV/A/Ontario (ON), RSV/B/18537 (GB1), RSV/B/Buenos Aires (BA)] -- via measurements of viral replication kinetics and viral gene expression, immunofluorescence-based imaging of gross cellular morphology and cell-associated RSV, and measurements of host response including transcriptional changes and levels of secreted cytokines and growth factors. Our findings strongly suggest 1) the existence of a conserved difference in gene expression between RSV subgroups A and B; 2) the A549 cell line is a more stringent and natural host of replicating RSV than the HEp-2 cell line; and 3) consistent with previous studies, determining the full effects of viral genetic variation in RSV pathogenesis requires model systems as tractable as transformed cell lines but better representative of the human host. IMPORTANCE Infection with respiratory syncytial virus (RSV) early in life is essentially guaranteed and can lead to severe disease. In vitro data from two historic RSV/A strains and two cell lines, HEp-2 and A549, constitute most of our knowledge; but RSV contains ample variation from two evolving subgroups (A and B) showing recent convergent evolution. Here we measure viral action and host response in HEp-2 and A549 cells infected with four RSV strains from both subgroups and representing both historic and more contemporaneous strains. We discover a subgroup-dependent difference in viral gene expression and find A549 cells are more potently antiviral and more sensitive, albeit subtly, to viral variation. Our findings reveal important differences between RSV subgroups and two widely used cell lines and provide baseline data for experiments with model systems better representative of natural RSV infection.

Importance During the 2023-2024 respiratory syncytial virus (RSV) season in the United States, 2 new RSV prevention products were recommended to protect infants in their first RSV season: nirsevimab and Pfizer’s maternal RSV vaccine. Postlicensure studies are needed to assess prevention product impact and effectiveness. Objective To compare the epidemiology and disease burden of medically attended RSV-associated acute respiratory illness (ARI) among children younger than 5 years during the 2023-2024 RSV season with 3 prepandemic RSV seasons (2017-2020), estimate nirsevimab effectiveness against medically attended RSV-associated ARI, and compare nirsevimab binding site mutations among circulating RSV in infants with and without nirsevimab receipt. Design, Setting, and Participants This study included a prospective population-based surveillance for medically attended ARI with systematic molecular testing for RSV and whole-genome sequencing of RSV positive samples, as well as a test-negative case-control design to estimate nirsevimab effectiveness. The study was conducted in 7 academic pediatric medical centers in the United States with data from RSV seasons (September 1 through April 30) in 2017 through 2024. Participants were children younger than 5 years with medically attended ARI. Exposure For the nirsevimab effectiveness analyses, nirsevimab receipt among infants younger than 8 months as of or born after October 1, 2023. Main Outcome and Measure Medically attended RSV-associated ARI. Results Overall, 28 689 children younger than 5 years with medically attended ARI were enrolled, including 9536 during September 1, 2023, through April 30, 2024, and 19 153 during the same calendar period of 2017-2020. Of these children, 16 196 (57%) were male, and 12 444 (43.4) were female; the median (IQR) age was 15 (6-29) months. During 2023-2024, the proportion of children with RSV was 23% (2199/9490) among all medically attended episodes, similar to 2017-2020. RSV-associated hospitalization rates in 2023-2024 were similar to average 2017-2020 seasonal rates with 5.0 (95% CI, 4.6-5.3) per 1000 among children younger than 5 years; the highest rates were among children aged 0 to 2 months (26.6; 95% CI, 23.0-30.2). Low maternal RSV vaccine uptake precluded assessment of effectiveness. Overall, 10 of 765 case patients (1%) who were RSV positive and 126 of 851 control patients (15%) who were RSV negative received nirsevimab. Nirsevimab effectiveness was 89% (95% CI, 79%-94%) against medically attended RSV-associated ARI and 93% (95% CI, 82%-97%) against RSV-associated hospitalization. Among 229 sequenced specimens, there were no differences in nirsevimab binding site mutations by infant nirsevimab receipt status. Conclusions and Relevance This analysis documented the continued high burden of medically attended RSV-associated ARI among young children in the US. There is a potential for substantial public health impact with increased and equitable prevention product coverage in future seasons.

Respiratory syncytial virus (RSV) is a common cause of respiratory infections, causing significant morbidity and mortality, especially in young children. Why RSV infection in children is more severe as compared to healthy adults is not fully understood. In the present study, we infect both pediatric and adult human nose organoid-air liquid interface (HNO-ALIs) cell lines with two contemporary RSV isolates and demonstrate how they differ in virus replication, induction of the epithelial cytokine response, cell injury, and remodeling. Pediatric HNO-ALIs were more susceptible to early RSV replication, elicited a greater overall cytokine response, demonstrated enhanced mucous production, and manifested greater cellular damage compared to their adult counterparts. Adult HNO-ALIs displayed enhanced mucus production and robust cytokine response that was well controlled by superior regulatory cytokine response and possibly resulted in lower cellular damage than in pediatric lines. Taken together, our data suggest substantial differences in how pediatric and adult upper respiratory tract epithelium responds to RSV infection. These differences in epithelial cellular response can lead to poor mucociliary clearance and predispose infants to a worse respiratory outcome of RSV infection.

Abstract Every viral infection entails an evolving population of viral genomes. High-throughput sequencing technologies can be used to characterize such populations, but to date there are few published examples of such work. In addition, mixed sequencing data are sometimes used to infer properties of infecting genomes without discriminating between genome-derived reads and reads from the much more abundant, in the case of a typical active viral infection, transcripts. Here we apply capture probe-based short read high-throughput sequencing to nasal wash samples taken from a previously described group of adult hematopoietic cell transplant (HCT) recipients naturally infected with respiratory syncytial virus (RSV). We separately analyzed reads from genomes and transcripts for the levels and distribution of genetic variation by calculating per position Shannon entropies. Our analysis reveals a low level of genetic variation within the RSV infections analyzed here, but with interesting differences between genomes and transcripts in 1) average per sample Shannon entropies; 2) the genomic distribution of variation ‘hotspots’; and 3) the genomic distribution of hotspots encoding alternative amino acids. In all, our results suggest the importance of separately analyzing reads from genomes and transcripts when interpreting high-throughput sequencing data for insight into intra-host viral genome replication, expression, and evolution.

Abstract Current understanding of viral dynamics of SARS-CoV-2 and host responses driving the pathogenic mechanisms in COVID-19 is rapidly evolving. Here, we conducted a longitudinal study to investigate gene expression patterns during acute SARS-CoV-2 illness. Cases included SARS-CoV-2 infected individuals with extremely high viral loads early in their illness, individuals having low SARS-CoV-2 viral loads early in their infection, and individuals testing negative for SARS-CoV-2. We could identify widespread transcriptional host responses to SARS-CoV-2 infection that were initially most strongly manifested in patients with extremely high initial viral loads, then attenuating within the patient over time as viral loads decreased. Genes correlated with SARS-CoV-2 viral load over time were similarly differentially expressed across independent datasets of SARS-CoV-2 infected lung and upper airway cells, from both in vitro systems and patient samples. We also generated expression data on the human nose organoid model during SARS-CoV-2 infection. The human nose organoid-generated host transcriptional response captured many aspects of responses observed in the above patient samples, while suggesting the existence of distinct host responses to SARS-CoV-2 depending on the cellular context, involving both epithelial and cellular immune responses. Our findings provide a catalog of SARS-CoV-2 host response genes changing over time.