COVID-19-induced "acute respiratory distress syndrome" (ARDS) is associated with prolonged respiratory failure and high mortality, but the mechanistic basis of lung injury remains incompletely understood. Here, we analyze pulmonary immune responses and lung pathology in two cohorts of patients with COVID-19 ARDS using functional single-cell genomics, immunohistology, and electron microscopy. We describe an accumulation of CD163-expressing monocyte-derived macrophages that acquired a profibrotic transcriptional phenotype during COVID-19 ARDS. Gene set enrichment and computational data integration revealed a significant similarity between COVID-19-associated macrophages and profibrotic macrophage populations identified in idiopathic pulmonary fibrosis. COVID-19 ARDS was associated with clinical, radiographic, histopathological, and ultrastructural hallmarks of pulmonary fibrosis. Exposure of human monocytes to SARS-CoV-2, but not influenza A virus or viral RNA analogs, was sufficient to induce a similar profibrotic phenotype in vitro. In conclusion, we demonstrate that SARS-CoV-2 triggers profibrotic macrophage responses and pronounced fibroproliferative ARDS.

ABSTRACT Epidemiological data demonstrate that SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) B.1.1.7 and B.1.617.2 are more transmissible and infections are associated with a higher mortality than non-VOC virus infections. Phenotypic properties underlying their enhanced spread in the human population remain unknown. B.1.1.7 virus isolates displayed inferior or equivalent spread in most cell lines and primary cells compared to an ancestral B.1 SARS-CoV-2, and were outcompeted by the latter. Lower infectivity and delayed entry kinetics of B.1.1.7 viruses were accompanied by inefficient proteolytic processing of spike. B.1.1.7 viruses failed to escape from neutralizing antibodies, but slightly dampened induction of innate immunity. The bronchial cell line NCI-H1299 supported 24- and 595-fold increased growth of B.1.1.7 and B.1.617.2 viruses, respectively, in the absence of detectable ACE2 expression and in a spike-determined fashion. Superior spread in NCI-H1299 cells suggests that VOCs employ a distinct set of cellular cofactors that may be unavailable in standard cell lines.

ABSTRACT Time- and cost-saving surveillance of viral pathogens is achieved by tiled sequencing in which a viral genome is amplified in overlapping PCR amplicons and qPCR. However, designing pan-specific primers for viral pathogens that have high genomic variability represents a major challenge. Here, we present a bioinformatics command-line tool, called varVAMP ( var iable v irus amp licons). It relies on multiple sequence alignments of highly variable virus sequences and enables automatic pan-specific primer design for qPCR or tiled amplicon whole genome sequencing. The varVAMP software guarantees pan-specificity by two means: it designs primers in regions with minimal variability and introduces degenerate nucleotides into primer sequences to compensate for common sequence variations. We demonstrate varVAMP’s utility by designing and evaluating novel pan-specific primer schemes suitable for sequencing the genomes of SARS-CoV-2, Hepatitis E virus, rat Hepatitis E virus, Hepatitis A virus, Borna-disease-virus-1, and Poliovirus. Moreover, we established highly sensitive and specific Poliovirus qPCR assays that could potentially simplify current Poliovirus surveillance. Importantly, wet-lab and bioinformatic techniques established for SARS-CoV-2 tiled amplicon sequencing were readily transferable to these new primer schemes and will allow sequencing laboratories to extend their established methodology to other human pathogens.