Superspreading events shaped the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, and their rapid identification and containment are essential for disease control. Here, we provide a national-scale analysis of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) superspreading during the first wave of infections in Austria, a country that played a major role in initial virus transmissions in Europe. Capitalizing on Austria's well-developed epidemiological surveillance system, we identified major SARS-CoV-2 clusters during the first wave of infections and performed deep whole-genome sequencing of more than 500 virus samples. Phylogenetic-epidemiological analysis enabled the reconstruction of superspreading events and charts a map of tourism-related viral spread originating from Austria in spring 2020. Moreover, we exploited epidemiologically well-defined clusters to quantify SARS-CoV-2 mutational dynamics, including the observation of low-frequency mutations that progressed to fixation within the infection chain. Time-resolved virus sequencing unveiled viral mutation dynamics within individuals with COVID-19, and epidemiologically validated infector-infectee pairs enabled us to determine an average transmission bottleneck size of 103 SARS-CoV-2 particles. In conclusion, this study illustrates the power of combining epidemiological analysis with deep viral genome sequencing to unravel the spread of SARS-CoV-2 and to gain fundamental insights into mutational dynamics and transmission properties.

Abstract Superspreading events shape the COVID-19 pandemic. Here we provide a national-scale analysis of SARS-CoV-2 outbreaks in Austria, a country that played a major role for virus transmission across Europe and beyond. Capitalizing on a national epidemiological surveillance system, we performed deep whole-genome sequencing of virus isolates from 576 samples to cover major Austrian SARS-CoV-2 clusters. Our data chart a map of early viral spreading in Europe, including the path from low-frequency mutations to fixation. Detailed epidemiological surveys enabled us to calculate the effective SARS-CoV-2 population bottlenecks during transmission and unveil time-resolved intra-patient viral quasispecies dynamics. This study demonstrates the power of integrating deep viral genome sequencing and epidemiological data to better understand how SARS-CoV-2 spreads through populations. Graphical Abstract

Abstract CD8+ T cell immunity to SARS-CoV-2 has been implicated in COVID-19 severity and virus control, though direct evidence has been lacking so far. Here, we identified non-synonymous mutations in MHC-I restricted CD8+ T cell epitopes after deep sequencing of 747 SARS-CoV- 2 virus isolates. Mutant peptides exhibited diminished or abrogated MHC-I binding, which was associated with a loss of recognition and functional responses by CD8+ T cells isolated from HLA-matched COVID-19 patients. Our findings highlight the capacity of SARS-CoV-2 to subvert CD8+ T cell surveillance through escape mutations in MHCI-restricted viral epitopes. This provides evolutionary evidence for CD8+ T cell immunity controlling SARS-CoV-2 with consequences for COVID-19 vaccine design.

Solute Carriers (SLCs) represent the largest family of human transporter proteins, consisting of more than 400 members 1,2 . Despite the importance of these proteins in determining metabolic states and adaptation to environmental changes, a large proportion of them is still orphan and lacks associated substrates 1,3,4 . Here we describe a systematic mapping of genetic interactions among SLCs in human cells. Network-based identification of correlated genetic interaction profile neighborhoods resulted in initial functional assignments to dozens of previously uncharacterized SLCs. Focused validation identified SLC25A51/MCART1 as the SLC enabling mitochondrial import of NAD(H). This functional interaction map of the human transportome offers a route for systematic integration of transporter function with metabolism and provides a blueprint for elucidation of the dark genome by biochemical and functional categories.

Summary Despite tremendous progress in the understanding of COVID-19, mechanistic insight into immunological, disease-driving factors remains limited. We generated maVie16 , a mouse-adapted SARS-CoV-2, by serial passaging of a human isolate. In silico modelling revealed how Spike mutations of maVie16 enhanced interaction with murine ACE2. MaVie16 induced profound pathology in BALB/c and C57BL/6 mice and the resulting mouse COVID-19 ( mCOVID-19 ) replicated critical aspects of human disease, including early lymphopenia, pulmonary immune cell infiltration, pneumonia and specific adaptive immunity. Inhibition of the proinflammatory cytokines IFNγ and TNF substantially reduced immunopathology. Importantly, genetic ACE2-deficiency completely prevented mCOVID-19 development. Finally, inhalation therapy with recombinant ACE2 fully protected mice from mCOVID-19 , revealing a novel and efficient treatment. Thus, we here present maVie16 as a new tool to model COVID-19 for the discovery of new therapies and show that disease severity is determined by cytokine-driven immunopathology and critically dependent on ACE2 in vivo . Key points The mouse-adapted SARS-CoV-2 strain maVie16 causes fatal disease in BALB/c mice and substantial inflammation, pneumonia and immunity in C57BL/6 mice TNFα/IFNγ blockade ameliorates maVie16 -induced immunopathology MaVie16 infection depends on ACE2 and soluble ACE2 inhalation can prevent disease

The marsupial Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii) faces extinction due to transmissible devil facial tumor disease (DFTD). To unveil the molecular underpinnings of DFTD, we designed an approach that combines sensitivity to drugs with an integrated systems-biology characterization. Sensitivity to inhibitors of the ERBB family of receptor tyrosine kinases correlated with their overexpression, suggesting a causative link. Proteomic and DNA methylation analyses revealed tumor-specific signatures linked to oncogenic signaling hubs including evolutionary conserved STAT3. Indeed, ERBB inhibition blocked phosphorylation of STAT3 and arrested cancer cells. Pharmacological blockade of ERBB signaling prevented tumor growth in a xenograft model and resulted in recovery of MHC class I gene expression. This link between the hyperactive ERBB-STAT3 axis and MHC class I mediated tumor immunosurveillance provides mechanistic insights into horizontal transmissibility and led us to the proposition of a dual chemo-immunotherapeutic strategy to save Tasmanian devils from DFTD.

Summary Mitochondrial ATP production is essential for development, yet the mechanisms underlying the continuous increase in mitochondrial activity during embryogenesis remain elusive. Using zebrafish as a model system for vertebrate development, we comprehensively profile mitochondrial activity, morphology, metabolome, proteome and phospho-proteome as well as respiratory chain enzymatic activity. Our data show that the increase in mitochondrial activity during embryogenesis does not require mitochondrial biogenesis, is not limited by metabolic substrates at early stages, and occurs without an increase in the abundance of respiratory chain complexes or their in vitro activity. Our analyses pinpoint a previously unexplored increase in mitochondrial-ER association during early stages in combination with changes in mitochondrial morphology at later stages as possible contributors to the rise in mitochondrial activity during embryogenesis. Overall, our systematic profiling of the molecular and morphological changes to mitochondria during embryogenesis provides a valuable resource for further studying mitochondrial function during embryogenesis.

Abstract FOXP3 + regulatory T cells (Tregs) are key for immune homeostasis. Tregs are a heterogenous population, however mechanisms regulating their transition from naïve to effector Tregs (eTregs) are poorly understood. Here, we reveal a novel role for nuclear receptor corepressor 1 (NCOR1) in effector Tregs (eTregs). NCOR1 represses an effector signature in naïve Tregs and NCOR1-deficiency increases the fraction of eTregs at steady-state accompanied with an upregulation of cholesterol biosynthesis pathways. Mechanistically, NCOR1-deficiency in murine and human Tregs results in enhanced expression of MYC, an essential driver of eTreg differentiation, resulting in enrichment of MYC target genes. Disruption of the interaction of liver X receptors (LXRs), crucial regulators of cholesterol biosynthesis, with NCOR1 by an LXR agonist leads to increased MYC expression in in vitro generated WT Tregs. Functionally, NCOR1 deficiency in Tregs compromises their ability to protect mice from severe weight loss and intestinal inflammation in adoptive CD4 + T cell transfer colitis. Our data uncover that an LXR-NCOR1 axis regulates eTreg differentiation, and that NCOR1 restrains MYC expression and eTreg differentiation and positively controls effector functions of Tregs.