Abstract COVID-19 is a severe acute respiratory disease caused by SARS-CoV-2, a novel betacoronavirus discovered in December 2019 and closely related to the SARS coronavirus (CoV). Both viruses use the human ACE2 receptor for cell entry, recognizing it with the Receptor Binding Domain (RBD) of the S1 subunit of the viral spike (S) protein. The S2 domain mediates viral fusion with the host cell membrane. Experience with SARS and MERS coronaviruses has shown that potent monoclonal neutralizing antibodies against the RBD can inhibit the interaction with the virus cellular receptor (ACE2 for SARS) and block the virus cell entry. Assuming that a similar strategy would be successful against SARS-CoV-2, we used phage display to select from the human naïve universal antibody gene libraries HAL9/10 anti-SARS-CoV-2 spike antibodies capable of inhibiting interaction with ACE2. 309 unique fully human antibodies against S1 were identified. 17 showed more than 75% inhibition of spike binding to cells expressing ACE2 in the scFv-Fc format, assessed by flow cytometry and several antibodies showed even an 50% inhibition at a molar ratio of the antibody to spike protein or RBD of 1:1. All 17 scFv-Fc were able to bind the isolated RBD, four of them with sub-nanomolar EC50. Furthermore, these scFv-Fc neutralized active SARS-CoV-2 virus infection of VeroE6 cells. In a final step, the antibodies neutralizing best as scFv-Fc were converted into the IgG format. The antibody STE73-2E9 showed neutralization of active SARS-CoV-2 with an IC50 0.43 nM and is binding to the ACE2-RBD interface. Universal libraries from healthy human donors offer the advantage that antibodies can be generated quickly and independent from the availability of material from recovered patients in a pandemic situation.

ABSTRACT Since the pandemic spread of SARS-CoV-2, the virus has exhibited remarkable genome stability, but recent emergence of novel variants show virus evolution potential. Here we show that SARS-CoV-2 rapidly adapts to Vero E6 cells that leads to loss of furin cleavage motif in spike protein. The adaptation is achieved by asymptotic expansion of minor virus subpopulations to dominant genotype, but wildtype sequence is maintained at low percentage in the virus swarm, and mediate reverse adaptation once the virus is passaged on human lung cells. The Vero E6-adapted virus show defected cell entry in human lung cells and the mutated spike variants cannot be processed by furin or TMPRSS2. However, the mutated S1/S2 site is cleaved by cathepsins with higher efficiency. Our data show that SARS-CoV-2 can rapidly adapt spike protein to available proteases and advocate for deep sequence surveillance to identify virus adaptation potential and novel variant emergence. Significance Statement Recently emerging SARS-CoV-2 variants B1.1.1.7 (UK), B.1.351 (South Africa) and B.1.1.248 (Brazil) harbor spike mutation and have been linked to increased virus pathogenesis. The emergence of these novel variants highlight coronavirus adaptation and evolution potential, despite the stable consensus genotype of clinical isolates. We show that subdominant variants maintained in the virus population enable the virus to rapidly adapt upon selection pressure. Although these adaptations lead to genotype change, the change is not absolute and genome with original genotype are maintained in virus swarm. Thus, our results imply that the relative stability of SARS-CoV-2 in numerous independent clinical isolates belies its potential for rapid adaptation to new conditions.

Abstract To date, no herpesvirus has been shown to latently persist in fibroblastic cells. Here, we demonstrate that mouse CMV (MCMV), a β-herpesvirus, persists for the long term and across organs in PDGFRα + fibroblastic cells, with similar or higher genome loads than in the previously known sites of MCMV latency. Whereas MCMV gene transcription in PDGFRα + fibroblastic cells was almost completely silenced at 5 months post-infection, these cells gave rise to reactivated virus ex vivo , arguing that they supported latent MCMV infection. Notably, PDGFRα + fibroblastic cells also supported productive virus replication during primary MCMV infection. Mechanistically, Stat1 -deficiency resulted in increased lytic but abolished latent infection of fibroblastic cells in vivo . In sum, fibroblastic cells have a dual role as a site of lytic MCMV replication and a reservoir of latent MCMV in vivo and Stat1 is critically involved in the regulation of MCMV latency.

Abstract Understanding the mechanisms and impact of booster vaccinations can facilitate decisions on vaccination programmes. This study shows that three doses of the same synthetic peptide vaccine eliciting an exclusive CD8 + T cell response against one SARS-CoV-2 Spike epitope protected all mice against lethal SARS-CoV-2 infection in the K18-hACE2 transgenic mouse model in the absence of neutralizing antibodies, while only a second vaccination with this T cell vaccine was insufficient to provide protection. The third vaccine dose of the single T cell epitope peptide resulted in superior generation of effector-memory T cells in the circulation and tissue-resident memory T (T RM ) cells, and these tertiary vaccine-specific CD8 + T cells were characterized by enhanced polyfunctional cytokine production. Moreover, fate mapping showed that a substantial fraction of the tertiary effector-memory CD8 + T cells developed from remigrated T RM cells. Thus, repeated booster vaccinations quantitatively and qualitatively improve the CD8 + T cell response leading to protection against otherwise lethal SARS-CoV-2 infection. Summary A third dose with a single T cell epitope-vaccine promotes a strong increase in tissue-resident memory CD8 + T cells and fully protects against SARS-CoV-2 infection, while single B cell epitope-eliciting vaccines are unable to provide protection.

Abstract At present, the novel pandemic coronavirus SARS-CoV-2 is a major global threat to human health and hence demands united research activities at different levels. Finding appropriate cell systems for drug screening and testing molecular interactions of the virus with the host cell is mandatory for drug development and understanding the mechanisms of viral entry and replication. For this, we selected human cell lines represented in the Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) based on RNA-seq data determined transcript levels of ACE2 and TMPRSS2, two membrane proteins that have been identified to aid SARS-CoV-2 entry into the host cell. mRNA and protein expression of these host factors were verified via RQ-PCR and western blot. We then tested permissiveness of these cell lines towards SARS-CoV-2 infection, cytopathic effect, and viral replication finding limited correlation between receptor expression and infectability. One of the candidate cancer cell lines, the human colon cancer cell line CL-14, tested positive for SARS-CoV-2 infection. Our data argue that SARS-CoV-2 in vitro infection models need careful selection and validation since ACE2/TMPRSS2 receptor expression on its own does not guarantee permissiveness to the virus. Author summary In the midst of the pandemic outbreak of corona-virus SARS-CoV-2 therapeutics for disease treatment are still to be tested and the virus-host-interactions are to be elucidated. Drug testing and viral studies are commonly conducted with genetically manipulated cells. In order to find a cell model system without genetic modification we screened human cell lines for two proteins known to facilitate entry of SARS-CoV-2. We confirmed and quantified permissiveness of current cell line infection models, but dismissed a number of receptor-positive cell lines that did not support viral replication. Importantly, ACE2/TMPRSS2 co-expression seems to be necessary for viral entry but is not sufficient to predict permissiveness of various cancer cell lines. Moreover, the expression of specific splice variants and the absence of missense mutations of the host factors might hint on successful infection and virus replication of the cell lines.

Abstract Current vaccines against COVID-19 elicit immune responses that are overall strong but wane rapidly. As a consequence, the necessary booster shots have led to vaccine fatigue. Hence, vaccines that would provide lasting protection against COVID-19 are needed, but are still unavailable. Cytomegaloviruses (CMV) elicit lasting and uniquely strong immune responses. Used as vaccine vectors, they may be attractive tools that obviate the need for boosters. Therefore, we tested the murine CMV (MCMV) as a vaccine vector against COVID-19 in relevant preclinical models of immunization and challenge. We have previously developed a recombinant murine CMV (MCMV) vaccine vector expressing the spike protein of the ancestral SARS-CoV-2 (MCMV S ). In this study, we show that the MCMV S elicits a robust and lasting protection in young and aged mice. Notably, S-specific humoral and cellular immunity was not only maintained but even increased over a period of at least 6 months. During that time, antibody avidity continuously increased and expanded in breadth, resulting in neutralization of genetically distant variants, like Omicron BA.1. A single dose of MCMV S conferred rapid virus clearance upon challenge. Moreover, MCMV S vaccination controlled two immune-evading variants of concern (VoCs), the Beta (B.1.135) and the Omicron (BA.1) variants. Thus, CMV vectors provide unique advantages over other vaccine technologies, eliciting broadly reactive and long-lasting immune responses against COVID-19. Authors Summary While widespread vaccination has substantially reduced risks of severe COVID presentations and morbidity, immune waning and continuous immune escape of novel SARS-CoV-2 variants have resulted in a need for numerous vaccine boosters and a continuous adaptation of vaccines to new SARS-CoV-2 variants. We show in proof of principle experiments with a recombinant murine cytomegalovirus expressing the SARS-CoV-2 spike protein (MCMVS) that one immunization with a CMV vaccine vector drives enduring protection in both young and aged mice, with long-term maturation of immune responses that broaden the antiviral effects over time. Hence, this approach resolves issues of immune waning and mitigates the effects of COVID-19 evolution and immune escape, reducing the need for additional immunizations and potentially improving vaccine compliance.