Abstract Machine learning was shown to be effective at identifying distinctive genomic signatures among viral sequences. These signatures are defined as pervasive motifs in the viral genome that allow discrimination between species or variants. In the context of SARS-CoV-2, the identification of these signatures can assist in taxonomic and phylogenetic studies, improve in the recognition and definition of emerging variants, and aid in the characterization of functional properties of polymorphic gene products. In this paper, we assess KEVOLVE, an approach based on a genetic algorithm with a machine-learning kernel, to identify multiple genomic signatures based on minimal sets of k -mers. In a comparative study, in which we analyzed large SARS-CoV-2 genome dataset, KEVOLVE was more effective at identifying variant-discriminative signatures than several gold-standard statistical tools. Subsequently, these signatures were characterized using a new extension of KEVOLVE (KANALYZER) to highlight variations of the discriminative signatures among different classes of variants, their genomic location, and the mutations involved. The majority of identified signatures were associated with known mutations among the different variants, in terms of functional and pathological impact based on available literature. Here we showed that KEVOLVE is a robust machine learning approach to identify discriminative signatures among SARS-CoV-2 variants, which are frequently also biologically relevant, while bypassing multiple sequence alignments. The source code of the method and additional resources are available at: https://github.com/bioinfoUQAM/KEVOLVE .

Abstract Epstein-Barr virus (EBV) infection is transmitted by saliva and is a major cause of cancer in people living with HIV/AIDS as well as in the general population. To better understand the determinants of oral EBV shedding we evaluated the frequency and quantity of detectable EBV in the saliva in a prospective cohort study of 85 adults in Uganda, half of whom were co-infected with HIV-1. Participants were not receiving antiviral medications, and those with HIV-1 co-infection had a CD4+ T cell count >200 cells/mm 3 . Daily, self-collected oral swabs were collected over a 4-week period. Compared with HIV-1 uninfected participants, co-infected participants had an increased frequency of oral EBV shedding (IRR=1.27, 95% CI=1.10-1.47). To explain why EBV oral shedding is greater in HIV-1 co-infected participants, we developed a stochastic, mechanistic mathematical model that describes the dynamics of EBV, infected cells, and antiviral cellular immune responses within the tonsillar epithelium, and examined parameter-specific differences between individuals of different HIV-1 infection statuses. We fit the model to our observational data using Approximate Bayesian Computation. After fitting, model simulations showed high fidelity to daily oral shedding time-courses and matched key summary statistics. Examination of the model revealed that higher EBV loads in saliva are driven by B cell activation causing EBV lytic replication in the tonsils, in combination with a less effective EBV-specific cellular immune response. Thus, both these factors contribute to higher and more frequent EBV shedding in HIV-1 co-infected individuals compared to HIV-1 uninfected individuals. These conclusions were further validated by modelling daily oral EBV shedding in a 26-participant North American cohort. Our results provide insights into the determinants of EBV shedding and implicate B cell activation to be a potential therapeutic target to reduce EBV replication in HIV-1 co-infected individuals at high risk for EBV-related malignancies. Author summary Epstein-Barr virus (EBV) is a ubiquitous infection worldwide. Infection with EBV is associated with the development of several kinds of cancer, including B cell lymphoma and nasopharyngeal carcinoma. Rates of EBV replication and disease are higher in individuals who are also infected with HIV-1. HIV-1 infection is associated with increased B cell activation, which is known to induce EBV reactivation, as well as immunodeficiency resulting from loss of T cells. However, whether these factors contribute to higher rates of EBV replication during co-infection, and by how much, was unknown. We analysed oral EBV shedding data in a cohort of adults from Uganda that were chronically infected with EBV. We found that participants that were HIV-1 infected were much more likely to have detectable quantities of EBV in their saliva. Also, when detected, the quantity of EBV present in the saliva was usually higher in HIV-1 infected participants. To better understand these findings, we developed a mathematical model to describe the dynamics of EBV, EBV-infected cells, and the cellular immune response within the tonsils. By rigorously matching our model to our participant data, we determined that high EBV loads in saliva are caused by high rates of infected B cell activation, as well as worse cellular immune control of EBV infection. These results provide an explanation of the impact of HIV-1 on EBV infection. Further, they suggest that strategies that suppress B cell activation may prevent EBV-related malignancy in people who are also infected with HIV-1.

Pre-existing antibodies that bind endemic human coronaviruses (eHCoVs) can cross-react with SARS-CoV-2, the betacoronavirus that causes COVID-19, but whether these responses influence SARS-CoV-2 infection is still under investigation and is particularly understudied in infants. In this study, we measured eHCoV and SARS-CoV-1 IgG antibody titers before and after SARS-CoV-2 seroconversion in a cohort of Kenyan women and their infants. Pre-existing eHCoV antibody binding titers were not consistently associated with SARS-CoV-2 seroconversion in infants or mothers, though we observed a very modest association between pre-existing HCoV-229E antibody levels and lack of SARS-CoV-2 seroconversion in infants. After seroconversion to SARS-CoV-2, antibody binding titers to endemic betacoronaviruses HCoV-OC43 and HCoV-HKU1, and the highly pathogenic betacoronavirus SARS-CoV-1, but not endemic alphacoronaviruses HCoV-229E and HCoV-NL63, increased in mothers. However, eHCoV antibody levels did not increase following SARS-CoV-2 seroconversion in infants, suggesting the increase seen in mothers was not simply due to cross-reactivity to naively generated SARS-CoV-2 antibodies. In contrast, the levels of antibodies that could bind SARS-CoV-1 increased after SARS-CoV-2 seroconversion in both mothers and infants, both of whom are unlikely to have had a prior SARS-CoV-1 infection, supporting prior findings that SARS-CoV-2 responses cross-react with SARS-CoV-1. In summary, we find evidence for increased eHCoV antibody levels following SARS-CoV-2 seroconversion in mothers but not infants, suggesting eHCoV responses can be boosted by SARS-CoV-2 infection when a prior memory response has been established, and that pre-existing cross-reactive antibodies are not strongly associated with SARS-CoV-2 infection risk in mothers or infants.

Epidemiological studies report opposing influences of infection on childhood B cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). Although infections in the first year of life appear to exert the largest impact on leukemia risk, the effect of early pathogen exposure on the fetal preleukemia cells (PLC) that lead to B-ALL has yet to be reported. Using cytomegalovirus as a model early-life infection, we show that virus exposure within one week of birth induces profound depletion of transplanted B-ALL cells in two mouse models and of in situ-generated PLC in Eu-ret mice. The age-dependent depletion of PLC results from an elevated STAT4-mediated cytokine response in neonates, with high levels of IL-12p40-driven IFN-g production inducing PLC death. Similar PLC depletion can be achieved in adult mice by impairing viral clearance. These findings provide mechanistic support for an inhibitory effect of early-life infection on B-ALL progression and could inform development of therapeutic or preventative approaches.

Abstract Human cytomegalovirus (HCMV) is the most common congenital infection. Several HCMV vaccines are in development, but none have yet been approved. An understanding of the kinetics of CMV replication and transmission may inform the rational design of vaccines to prevent this infection. The salivary glands (SG) are an important site of sustained CMV replication following primary infection and during viral reactivation from latency. As such, the strength of the immune response in the SG likely influences viral dissemination within and between hosts. To study the relationship between the immune response and viral replication in the SG, and viral dissemination from the SG to other tissues, mice were infected with low doses of murine CMV (MCMV). Following intra-SG inoculation, we characterized the viral and immunological dynamics in the SG, blood, and spleen, and identified organ-specific immune correlates of protection. Using these data, we constructed compartmental mathematical models of MCMV infection. Model fitting to data and analysis indicate the importance of cellular immune responses in different organs and point to a threshold of infection within the SG necessary for the establishment and spread of infection. Author Summary Cytomegalovirus (CMV) is the most common congenital infection and causes an enormous burden of childhood disease. To gain insight into the immune requirements for controlling infection, we used a mouse model to reproduce characteristics of natural CMV infection, employing a low viral inoculum, and delivering the virus to the salivary glands (SG), a key site of CMV replication. Our results provide detailed data on the spatial and temporal spread of infection throughout the body and identify key immune correlates of the control of viral replication. By translating these findings into mechanistic mathematical models, we revealed the importance of organ-specific immune responses, particularly the requirement of TNF- α and IFN- γ to control infection within the salivary glands. Furthermore, our mathematical modeling allowed us to compare known characteristics of human CMV infection related to infection establishment and spread to those predicted in mice, underscoring the suitability of the MCMV model to study its human homologue. These insights provide guidance for developing targeted vaccines to prevent CMV infection and disease.

Early identification of newborns with congenital cytomegalovirus (CMV) is necessary to provide antiviral therapy and other interventions that can improve outcomes. Prior research demonstrates that universal newborn CMV screening would be the most cost-effective approach to identifying newborns who are infected. CMV is not uniformly prevalent, and it is uncertain whether universal screening would remain cost-effective in lower-prevalence neighborhoods. Our aim was to identify geographic heterogeneity in the cost-effectiveness of universal newborn CMV screening by combining a geospatial analysis with a preexisting cost-effectiveness analysis.

A 2-dose mRNA-1273 primary series in children aged 6 months-5 years (25-µg) and 6-11 years (50-µg) had an acceptable safety profile and was immunogenic in the phase 2/3 KidCOVE study. We present data from KidCOVE participants who received an mRNA-1273 booster dose.

Human herpesvirus-6A and -6B (HHV-6) are betaherpesviruses that reach >90% seroprevalence in the adult population. Unique among human herpesviruses, HHV-6 can integrate into the subtelomeric regions of human chromosomes; when this occurs in germ line cells it causes a condition called inherited chromosomally integrated HHV-6 (iciHHV-6). To date, only two complete genomes are available for HHV-6B. Using a custom capture panel for HHV-6B, we report near-complete genomes from 61 isolates of HHV-6B from active infections (20 from Japan, 35 from New York state, and 6 from Uganda), and 64 strains of iciHHV-6B (mostly from North America). We also report partial genome sequences from 10 strains of iciHHV-6A. Although the overall sequence diversity of HHV-6 is limited relative to other human herpesviruses, our sequencing identified geographical clustering of HHV-6B sequences from active infections, as well as evidence of recombination among HHV-6B strains. One strain of active HHV-6B was more divergent than any other HHV-6B previously sequenced. In contrast to the active infections, sequences from iciHHV-6 cases showed reduced sequence diversity. Strikingly, multiple iciHHV-6B sequences from unrelated individuals were found to be completely identical, consistent with a founder effect. However, several iciHHV-6B strains intermingled with strains from active pediatric infection, consistent with the hypothesis that intermittent de novo integration into host germline cells can occur during active infection. Comparative genomic analysis of the newly sequenced strains revealed numerous instances where conflicting annotations between the two existing reference genomes could be resolved. Combining these findings with transcriptome sequencing and shotgun proteomics, we reannotated the HHV-6B genome and found multiple instances of novel splicing and genes that hitherto had gone unannotated. The results presented here constitute a significant genomic resource for future studies on the detection, diversity, and control of HHV-6.

Infant antibody responses to viral infection can differ from those in adults. However, data on the specificity and function of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) antibodies in infants, and direct comparisons between infants and adults are limited. We characterized antibody binding and functionality in convalescent plasma from postpartum women and their infants infected with SARS-CoV-2 from a vaccine-naïve prospective cohort in Nairobi, Kenya. Antibody titers against SARS-CoV-2 Spike, receptor binding domain and N-terminal domain, and Spike-expressing cell-surface staining levels were significantly higher in infants than in mothers. Plasma antibodies from mothers and infants bound to similar regions of the Spike S2 subunit, including the fusion peptide (FP) and stem helix-heptad repeat 2. However, infants displayed higher antibody levels and more consistent antibody escape pathways in the FP region compared to mothers. Finally, infants had significantly higher levels of antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC), though, surprisingly, neutralization titers between infants and mothers were similar. These results suggest infants develop distinct SARS-CoV-2 binding and functional antibody repertoires and reveal age-related differences in humoral immunity to SARS-CoV-2 infection that could be relevant to protection and COVID-19 disease outcomes.