The cellular entry of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) involves the association of its receptor binding domain (RBD) with human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) as the first crucial step. Efficient and reliable prediction of RBD-hACE2 binding affinity changes upon amino acid substitutions can be valuable for public health surveillance and monitoring potential spillover and adaptation into non-human species. Here, we introduce a convolutional neural network (CNN) model trained on protein sequence and structural features to predict experimental RBD-hACE2 binding affinities of 8,440 variants upon single and multiple amino acid substitutions in the RBD or ACE2. The model achieves a classification accuracy of 83.28% and a Pearson correlation coefficient of 0.85 between predicted and experimentally calculated binding affinities in five-fold cross-validation tests and predicts improved binding affinity for most circulating variants. We pro-actively used the CNN model to exhaustively screen for novel RBD variants with combinations of up to four single amino acid substitutions and suggested candidates with the highest improvements in RBD-ACE2 binding affinity for human and animal ACE2 receptors. We found that the binding affinity of RBD variants against animal ACE2s follows similar trends as those against human ACE2. White-tailed deer ACE2 binds to RBD almost as tightly as human ACE2 while cattle, pig, and chicken ACE2s bind weakly. The model allows testing whether adaptation of the virus for increased binding with other animals would cause concomitant increases in binding with hACE2 or decreased fitness due to adaptation to other hosts.

Individuals with uncontrolled diabetes are highly susceptible to tuberculosis (TB) caused by Mycobacterium tuberculosis (M. tb) infection. Novel treatments for TB are needed to address the increased antibiotic resistance and hepatoxicity. Previous studies showed that the administration of liposomal glutathione (L-GSH) can mitigate oxidative stress, bolster a granulomatous response, and diminish the M. tb burden in the lungs of M. tb-infected mice. Nonetheless, the impact of combining L-GSH with conventional TB treatment (RIF) on the cytokine levels and granuloma formation in the livers of diabetic mice remains unexplored. In this study, we evaluated hepatic cytokine profiles, GSH, and tissue pathologies in untreated and L-GSH, RIF, and L-GSH+RIF treated diabetic (db/db) M. tb-infected mice. Our results indicate that treatment of M. tb-infected db/db mice with L-GSH+RIF caused modulation in the levels of pro-inflammatory cytokines and GSH in the liver and mitigation in the granuloma size in hepatic tissue. Supplementation with L-GSH+RIF led to a decrease in the M. tb burden by mitigating oxidative stress, promoting the production of pro-inflammatory cytokines, and restoring the cytokine balance. These findings highlight the potential of L-GSH+RIF combination therapy for addressing active EPTB, offering valuable insights into innovative treatments for M. tb infections.

Abstract We present a robust approach for cellular detection, imaging, localization, and quantification of human and viral encoded circular RNAs (circRNA) using amplified fluorescence in situ hybridization (ampFISH). In this procedure, a pair of hairpin probes bind next to each other at contiguous stretches of sequence and then undergo a conformational reorganization which initiates a target-dependent hybridization chain reaction (HCR) resulting in deposition of an amplified fluorescent signal at the site. By harnessing the capabilities of both ampFISH and single-molecule FISH (smFISH), we selectively identified and imaged circular RNAs and their linear counterparts derived from the human genome, SARS-CoV-2 (an RNA virus), and human cytomegalovirus (HCMV, a DNA virus). Computational image processing facilitated accurate quantification of circular RNA molecules in individual cells. The specificity of ampFISH for circular RNA detection was confirmed through an in situ RNase R treatment that selectively degrades linear RNAs without impacting circular RNAs. The effectiveness of circular RNA detection was further validated by using ampFISH probes with mismatches and probe pairs that do not bind to the continuous sequence in their target RNAs but instead bind at segregated sites. An additional specificity test involved probes against the negative strands of the circular RNA sequence, absent in the cell. Importantly, our technique allows simultaneous detection of circular RNAs and their linear counterparts within the same cell with single molecule sensitivity, enabling explorations of circular RNA biogenesis, subcellular localization, and functions.

Abstract Coronavirus disease-2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to pose a significant threat to public health globally. Notably, SARS-CoV-2 demonstrates a unique capacity to infect various non-human animal species, documented in captive and free-living animals. However, experimental studies revealed low susceptibility of domestic cattle ( Bos taurus ) to ancestral B.1 lineage SARS-CoV-2 infection, with limited viral replication and seroconversion. Despite the emergence of viral variants with potentially altered host tropism, recent experimental findings indicate greater permissiveness of cattle to SARS-CoV-2 Delta variant infection compared to other variants, though with limited seroconversion and no clear evidence of transmission. While some studies detected SARS-CoV-2 antibodies in cattle in Italy and Germany, there is no evidence of natural SARS-CoV-2 infection in cattle from the United States or elsewhere. Since serological tests have inherent problems of false positives and negatives, we conducted a comprehensive assessment of multiple serological assays on over 600 cattle serum samples, including pre-pandemic and pandemic cattle sera. We found that SARS-CoV-2 pseudovirus neutralization assays with a luciferase reporter system can produce false positive results, and care must be taken to interpret serological diagnosis using these assays. We found no serological evidence of natural SARS-CoV-2 infection or transmission among cattle in the USA. Hence, it is critical to develop more reliable serological assays tailored to accurately detect SARS-CoV-2 antibodies in cattle populations and rigorously evaluate diagnostic tools. This study underscores the importance of robust evaluation when employing serological assays for SARS-CoV-2 detection in cattle populations.

Abstract Highly pathogenic avian influenza H5N1 clade 2.3.4.4b viruses have shown unprecedented host range and pathogenicity, including infections in cattle, previously not susceptible to H5N1. We investigated whether selection pressures on clade 2.3.4.4b viral genes could shed light on their unique epidemiological features. Our analysis revealed that while the gene products of clade 2.3.4.4b H5N1 primarily undergo purifying selection, there are notable instances of episodic diversifying selection. Specifically, the polymerase genes PB2, PB1, and PA exhibit significantly greater selection pressures in clade 2.3.4.4b than all earlier H5N1 virus clades. Polymerases play critical roles in influenza virus adaptation, including viral fitness, interspecies transmission, and virulence. Our findings provide evidence that significant selection pressures have shaped the evolution of the H5N1 clade 2.3.4.4b viruses, facilitating their expanded host tropism and the potential for further adaptation to mammalian hosts. We discuss how exogenous factors, such as altered bird migration patterns and increased host susceptibility, may have contributed to the expanded host range. As H5N1 viruses continue to infect new hosts, there is a greater risk of emergent novel variants with increased pathogenicity in humans and animals. Thus, comprehensive One Health surveillance is critical to monitor transmission among avian and mammalian hosts.

ABSTRACT The rapid development of several highly efficacious SARS-CoV-2 vaccines was an unprecedented scientific achievement that saved millions of lives. However, now that SARS-CoV-2 is transitioning to the endemic stage, there exists an unmet need for new vaccines that provide durable immunity, protection against variants, and can be more easily manufactured and distributed. Here we describe a novel protein component vaccine candidate, MT-001, based on a fragment of the SARS-CoV-2 spike protein that encompasses the receptor binding domain (RBD). Mice and hamsters immunized with a prime-boost regimen of MT-001 demonstrated extremely high anti-spike IgG titers, and remarkably this humoral response did not appreciably wane for up to 12 months following vaccination. Further, virus neutralization titers, including titers against variants such as Delta and Omicron BA.1, remained high without the requirement for subsequent boosting. MT-001 was designed for manufacturability and ease of distribution, and we demonstrate that these attributes are not inconsistent with a highly immunogenic vaccine that confers durable and broad immunity to SARS-CoV-2 and its emerging variants. These properties suggest MT-001 could be a valuable new addition to the toolbox of SARS-CoV-2 vaccines and other interventions to prevent infection and curtail additional morbidity and mortality from the ongoing worldwide pandemic.

ABSTRACT The pathogenesis of SARS-CoV-2 in the context of a specific immunological niche is not fully understood. Here, we used a golden Syrian hamster model to systematically evaluate the kinetics of host response to SARS-CoV-2 infection, following disease pathology, viral loads, antibody responses, and inflammatory cytokine expression in multiple organs. The kinetics of SARS-CoV-2 pathogenesis and genomewide lung transcriptome was also compared between immunocompetent and immunocompromised hamsters. We observed that the body weight loss was proportional to the SARS-CoV-2 infectious dose and lasted for a short time only in immunocompetent hamsters. Body weight loss was more prominent and prolonged in infected immunocompromised hamsters. While the kinetics of viral replication and peak live viral loads were not significantly different at low and high infectious doses (LD and HD), the HD-infected immunocompetent animals developed severe lung disease pathology. The immunocompetent animals cleared the live virus in all tested tissues by 12 days post-infection and generated a robust serum antibody response. In contrast, immunocompromised hamsters mounted an inadequate SARS-CoV-2 neutralizing antibody response, and the virus was detected in the pulmonary and multiple extrapulmonary organs until 16 days post-infection. These hamsters also had prolonged moderate inflammation with severe bronchiolar-alveolar hyperplasia/metaplasia. Consistent with the difference in disease presentation, distinct changes in the expression of inflammation and immune cell response pathways and network genes were seen in the lungs of infected immunocompetent and immunocompromised animals. This study highlights the interplay between the kinetics of viral replication and the dynamics of SARS-CoV-2 pathogenesis at organ-level niches and maps how COVID-19 symptoms vary in different immune contexts. Together, our data suggest that the histopathological manifestations caused by progressive SARS-CoV-2 infection may be a better predictor of COVID-19 severity than individual measures of viral load, antibody response, and cytokine storm at the systemic or local (lungs) levels in the immunocompetent and immunocompromised hosts.

In April 2024, ten cats died in a rural South Dakota (SD) residence, showing respiratory and neurological symptoms. Necropsy and laboratory testing of two cats confirmed H5N1 clade 2.3.4.4b infection. The viral genome sequences are closely related to recent SD cattle H5N1 sequences. Cat H5N1 genomes had unique mutations, including T143A in haemagglutinin, known to affect infectivity and immune evasion, and two novel mutations in PA protein (F314L, L342Q) that may affect polymerase activity and virulence, suggesting potential virus adaptation. Dead cats showed systemic infection with lesions and viral antigens in multiple organs. Higher viral RNA and antigen in the brain indicated pronounced neurotropism. Lectin-histochemistry revealed widespread co-expression of sialic acid α-2,6 and α-2,3 receptors, suggesting cats could serve as mixing vessels for reassortment of avian and mammalian influenza viruses. No differences in clade 2.2 or 2.3.4.4b H5 pseudoviruses binding to cat lung/brain tissues indicated the neurotropism is unlikely mediated by receptor binding affinity.