Abstract Variant of concern (VOC) Omicron-BA1 has achieved global predominance in early 2022. Therefore, surveillance and comprehensive characterization of Omicron-BA.1 in advanced primary cell culture systems and multiple animal models is urgently needed. Here, we characterized Omicron-BA.1 and recombinant Omicron-BA.1 spike gene mutants in comparison with VOC Delta in well-differentiated primary human nasal and bronchial epithelial cells in vitro, followed by in vivo fitness characterization in naïve hamsters, ferrets and hACE2-expressing mice, and in immunized hACE2-mice. We demonstrate a spike-mediated enhancement of early replication of Omicron-BA.1 in nasal epithelial cultures, but limited replication in bronchial epithelial cultures. In Syrian hamsters, Delta showed dominance over Omicron-BA.1 and in ferrets, Omicron-BA.1 infection was abortive. In mice expressing the authentic hACE2-receptor, Delta and a Delta spike clone also showed dominance over Omicron-BA.1 and an Omicron-BA.1 spike clone, respectively. Interestingly, in naïve K18-hACE2 mice, we observed Delta spike-mediated increased replication and pathogenicity and Omicron-BA.1 spike-mediated reduced replication and pathogenicity, suggesting that the spike gene is a major determinant of both Delta and Omicron-BA.1 replication and pathogenicity. Finally, the Omicron-BA.1 spike clone was less well controlled by mRNA-vaccination in K18-hACE2-mice and became more competitive compared to the progenitor and Delta spike clones, suggesting that spike gene-mediated immune evasion is another important factor that led to Omicron-BA.1 dominance.

ABSTRACT Lung-resident (LR) mesenchymal stem and stromal cells (MSCs) are key elements of the alveolar niche and fundamental regulators of homeostasis and regeneration. We interrogated their function during virus-induced lung injury using the highly prevalent respiratory syncytial virus (RSV) which causes severe outcomes in infants. We applied complementary approaches with primary pediatric LR-MSCs and a state-of-the-art model of human RSV infection in lamb. Remarkably, RSV-infection of pediatric LR-MSCs led to a robust activation, characterized by a strong antiviral and pro-inflammatory phenotype combined with mediators related to T cell function. In line with this, following in vivo infection, RSV invades and activates LR-MSCs, resulting in the expansion of the pulmonary MSC pool. Moreover, the global transcriptional response of LR-MSCs appears to follow RSV disease, switching from an early antiviral signature to repair mechanisms including differentiation, tissue remodeling, and angiogenesis. These findings demonstrate the involvement of LR-MSCs during virus-mediated acute lung injury and may have therapeutic implications. AUTHOR SUMMARY This work identifies a novel function of lung-resident MSCs during virus-induced acute lung injury. These findings contribute to the understanding of host response and lung repair mechanisms during a highly prevalent clinical situation and may have therapeutic implications.

ABSTRACT The recent coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak revealed the susceptibility of elderly patients to respiratory virus infections, showing cell senescence or subclinical persistent inflammatory profiles and favouring the development of severe pneumonia. In our study, we evaluated the potential influence of lung aging on the efficiency of replication of influenza A virus (IAV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), as well as determined the pro-inflammatory and antiviral responses of the distal lung tissue. Using precision-cut lung slices (PCLS) from donors of different ages, we found that pandemic H1N1 and avian H5N1 IAV replicated in the lung parenchyma with high efficacy. In contrast to these IAV strains, SARS-CoV-2 early isolate and Delta variant of concern (VOC) replicated less efficiently in PCLS. Interestingly, both viruses showed reduced replication in PCLS from older compared to younger donors, suggesting that aged lung tissue represents a sub-optimal environment for viral replication. Regardless of the age-dependent viral loads, PCLS responded to infection with both viruses by an induction of IL-6 and IP-10/CXCL10 mRNAs, being highest for H5N1. Finally, while SARS-CoV-2 infection was not causing detectable cell death, IAV infection caused significant cytotoxicity and induced significant early interferon responses. In summary, our findings suggest that aged lung tissue might not favour viral dissemination, pointing to a determinant role of dysregulated immune mechanisms in the development of severe disease. New & Noteworthy PCLS from donors of varying ages were exposed to SARS-CoV-2 or IAV. Notably, the latter exhibited the highest replication efficacy, triggering early interferon responses, elevated IL-6 and IP-10/CXCL10 mRNAs expression, and significant cell death compared to SARS-CoV-2. Overall, across all age groups, the pulmonary environment showed sustained immunocompetence. For both viruses, older donor-derived PCLS displayed reduced viral permissiveness, suggesting aged lung tissue might not favour viral dissemination, implying other factors contribute to severe disease development.

In 2022-23 the world experienced the largest recorded mpox virus (MPXV) outbreak outside of endemic regions. Remarkably, cases of neurological manifestations were reported, some of which fatal. MPXV DNA and MPXV-specific IgM antibodies were detected in the cerebrospinal fluid of encephalitis-affected patients, suggesting neuroinvasive potential of MPXV. We explored the susceptibility of neural tissue to MPXV infection using human cerebral organoids (hCOs) exposed to a primary isolate belonging to clade IIb lineage. The virus efficiently replicates in hCOs as indicated by the exponential increase of infectious viral loads and the elevated frequency of MPXV-positive cells over time. Also, electron microscopy imaging revealed the presence of viral particles as well as perinuclear viral factories. We observed susceptibility of several cell lineages to the virus, including neural progenitor cells, neurons, and astrocytes. Furthermore, we detected the presence of viral antigens in neurites and in foci of grouped cells distributed throughout the tissue. In line with this, examining released and cell-associated MPXV titers, we observed significantly more cell-associated infectious virus, suggesting viral spread by cell-to-cell contact. While hCOs displayed no evident outer morphological changes upon infection, we detected the formation of varicosities in neurites, pointing to viral manipulation of axonal transport and neuronal injury. In accordance, the apoptosis marker cleaved caspase-3 was detected within neurite swellings. Our findings identify a mechanism potentially contributing to MPXV-mediated neuropathology that may have therapeutic implications.

ABSTRACT The human respiratory syncytial virus (RSV) is a major cause of severe lower respiratory tract infections in infants, possibly due to the specific features of the immature neonatal pulmonary immune system. Using the newborn lamb, a classical model of human lung development and a state-of-the-art model of RSV infection, we aimed to explore the role of cell-mediated immunity in RSV disease during early life. Remarkably, in healthy conditions, the developing T cell compartment of the neonatal lung showed major differences to that seen in the mature adult lung. The most striking observation being a high baseline frequency of bronchoalveolar IL-4-producing CD4 and CD8 T cells, which declined progressively over developmental age. RSV infection exacerbated this pro-type 2 environment in the bronchoalveolar space, rather than inducing a type 2 response per se . Moreover, regulatory T cell suppressive functions occurred very early to dampen this pro-type 2 environment, rather than shutting them down afterwards, while γδ T cells dropped and failed to produce IL-17. Importantly, RSV disease severity was related to the magnitude of those unconventional bronchoalveolar T cell responses. These findings provide novel insights in the mechanisms of RSV immunopathogenesis in early life, and constitute a major step for the understanding of RSV disease severity. AUTHOR SUMMARY By using a state-of-the-art translational model with full accessibility to the small airways at defined early life periods, we provide an unpreceded characterization of the developing T cell compartment in the distal lungs of healthy and RSV-infected neonates. This process is highly dynamic and tightly regulated, characterized by colonizing T-cell subsets that synergize towards a narrow pro-tolerogenic immunological window. We believe our work constitutes a solid basis to clarify the age dependency of RSV immunopathogenesis, and should be considered in vaccine design, which remains challenging after five decades of effort.