Using the guinea pig as a model host, we show that aerosol spread of influenza virus is dependent upon both ambient relative humidity and temperature. Twenty experiments performed at relative humidities from 20% to 80% and 5 °C, 20 °C, or 30 °C indicated that both cold and dry conditions favor transmission. The relationship between transmission via aerosols and relative humidity at 20 °C is similar to that previously reported for the stability of influenza viruses (except at high relative humidity, 80%), implying that the effects of humidity act largely at the level of the virus particle. For infected guinea pigs housed at 5 °C, the duration of peak shedding was approximately 40 h longer than that of animals housed at 20 °C; this increased shedding likely accounts for the enhanced transmission seen at 5 °C. To investigate the mechanism permitting prolonged viral growth, expression levels in the upper respiratory tract of several innate immune mediators were determined. Innate responses proved to be comparable between animals housed at 5 °C and 20 °C, suggesting that cold temperature (5 °C) does not impair the innate immune response in this system. Although the seasonal epidemiology of influenza is well characterized, the underlying reasons for predominant wintertime spread are not clear. We provide direct, experimental evidence to support the role of weather conditions in the dynamics of influenza and thereby address a long-standing question fundamental to the understanding of influenza epidemiology and evolution.

A feature of many successful vaccines is the induction of memory B cells and long-lived plasma cells that can secrete neutralizing antibodies for a lifetime. The mechanisms that stimulate such persistent responses remain poorly understood. Bali Pulendran and colleagues show that nanoparticles containing two Toll-like receptor ligands, proteins with important roles in innate immunity, can boost the magnitude and persistence of vaccine-elicited antibody responses in primates, improving vaccine-mediated protection against influenza virus. Here it is shown that nanoparticles containing two Toll-like receptor ligands can boost the magnitude and persistence of vaccine-elicited antibody responses in primates, improving vaccine-mediated protection against influenza virus. Many successful vaccines induce persistent antibody responses that can last a lifetime. The mechanisms by which they do so remain unclear, but emerging evidence indicates that they activate dendritic cells via Toll-like receptors (TLRs)1,2. For example, the yellow fever vaccine YF-17D, one of the most successful empiric vaccines ever developed3, activates dendritic cells via multiple TLRs to stimulate proinflammatory cytokines4,5. Triggering specific combinations of TLRs in dendritic cells can induce synergistic production of cytokines6, which results in enhanced T-cell responses, but its impact on antibody responses remain unknown. Learning the critical parameters of innate immunity that program such antibody responses remains a major challenge in vaccinology. Here we demonstrate that immunization of mice with synthetic nanoparticles containing antigens plus ligands that signal through TLR4 and TLR7 induces synergistic increases in antigen-specific, neutralizing antibodies compared to immunization with nanoparticles containing antigens plus a single TLR ligand. Consistent with this there was enhanced persistence of germinal centres and of plasma-cell responses, which persisted in the lymph nodes for >1.5 years. Surprisingly, there was no enhancement of the early short-lived plasma-cell response relative to that observed with single TLR ligands. Molecular profiling of activated B cells, isolated 7 days after immunization, indicated that there was early programming towards B-cell memory. Antibody responses were dependent on direct triggering of both TLRs on B cells and dendritic cells, as well as on T-cell help. Immunization protected completely against lethal avian and swine influenza virus strains in mice, and induced robust immunity against pandemic H1N1 influenza in rhesus macaques.

Since 2003, more than 380 cases of H5N1 influenza virus infection of humans have been reported. Although the resultant disease in these cases was often severe or fatal, transmission of avian influenza viruses between humans is rare. The precise nature of the barrier blocking human-to-human spread is unknown. It is clear, however, that efficient human-to-human transmission of an antigenically novel influenza virus would result in a pandemic. Influenza viruses with changes at amino acids 627 or 701 of the PB2 protein have been isolated from human cases of highly pathogenic H5 and H7 avian influenza. Herein, we have used the guinea pig model to test the contributions of PB2 627 and 701 to mammalian transmission. To this end, viruses carrying mutations at these positions were generated in the A/Panama/2007/99 (H3N2) and A/Viet Nam/1203/04 (H5N1) backgrounds. In the context of either rPan99 or rVN1203, mutation of lysine 627 to the avian consensus residue glutamic acid was found to decrease transmission. Introduction of an asparagine at position 701, in conjunction with the K627E mutation, resulted in a phenotype more similar to that of the parental strains, suggesting that this residue can compensate for the lack of 627K in terms of increasing transmission in mammals. Thus, our data show that PB2 amino acids 627 and 701 are determinants of mammalian inter-host transmission in diverse virus backgrounds.

ABSTRACT Although highly effective in the general population when well matched to circulating influenza virus strains, current influenza vaccines are limited in their utility due to the narrow breadth of protection they provide. The strain specificity of vaccines presently in use mirrors the exquisite specificity of the neutralizing antibodies that they induce, that is, antibodies which bind to the highly variable globular head domain of hemagglutinin (HA). Herein, we describe the construction of a novel immunogen comprising the conserved influenza HA stalk domain and lacking the globular head. Vaccination of mice with this headless HA construct elicited immune sera with broader reactivity than those obtained from mice immunized with a full-length HA. Furthermore, the headless HA vaccine provided full protection against death and partial protection against disease following lethal viral challenge. Our results suggest that the response induced by headless HA vaccines is sufficiently potent to warrant their further development toward a universal influenza virus vaccine. IMPORTANCE Current influenza vaccines are effective against only a narrow range of influenza virus strains. It is for this reason that new vaccines must be generated and administered each year. We now report progress toward the goal of an influenza virus vaccine which would protect against multiple strains. Our approach is based on presentation to the host immune system of a region of the influenza virus—called a “headless hemagglutinin” (headless HA)—which is similar among a multitude of diverse strains. We show that vaccination of mice with a headless HA confers protection to these animals against a lethal influenza virus challenge, thereby demonstrating the viability of the approach. Through further development and testing, we predict that a single immunization with a headless HA vaccine will offer effective protection through several influenza epidemics.

ABSTRACT Experimental studies in guinea pigs demonstrated that influenza virus transmission is strongly modulated by temperature and humidity. A number of epidemiological studies have followed up on these findings and revealed robust associations between influenza incidence in temperate regions and local conditions of humidity and temperature, offering a long-awaited explanation for the wintertime seasonality of influenza in these locales. Despite recent progress, important questions remain as to the mechanism(s) by which humidity and/or temperature affects transmission.

Immune recognition of protein antigens relies on the combined interaction of multiple antibody loops, which provide a fairly large footprint and constrain the size and shape of protein surfaces that can be targeted. Single protein loops can mediate extremely high-affinity binding, but it is unclear whether such a mechanism is available to antibodies. Here we report the isolation and characterization of an antibody called C05, which neutralizes strains from multiple subtypes of influenza A virus, including H1, H2 and H3. X-ray and electron microscopy structures show that C05 recognizes conserved elements of the receptor-binding site on the haemagglutinin surface glycoprotein. Recognition of the haemagglutinin receptor-binding site is dominated by a single heavy-chain complementarity-determining region 3 loop, with minor contacts from heavy-chain complementarity-determining region 1, and is sufficient to achieve nanomolar binding with a minimal footprint. Thus, binding predominantly with a single loop can allow antibodies to target small, conserved functional sites on otherwise hypervariable antigens. The crystal structure of an influenza antibody that recognizes a small, conserved site in the variable receptor-binding domain of HA is described; this antibody shows broad neutralization across multiple subtypes of influenza A virus through an antibody–antigen interaction dominated by a single heavy-chain complementarity-determining region 3 loop. This manuscript reports the identification and structural characterization of a novel anti-influenza antibody, C05, that recognizes a small conserved site in the variable receptor-binding domain of haemagglutinin. The antibody achieves broad neutralization by the insertion of a single loop of the heavy-chain complementarity-determining region 3 into the small conserved site amplified by the avidity of additional binding interactions. This finding highlights loop insertion into the receptor-binding pocket of haemagglutinin as a possible strategy to achieve broad neutralization of influenza by vaccines and therapeutic antibodies.

The COVID-19 pandemic and subsequent implementation of nonpharmaceutical interventions (e.g., cessation of global travel, mask use, physical distancing, and staying home) reduced transmission of some viral respiratory pathogens (1).In the United States, influenza activity decreased in March 2020, was historically low through the summer of 2020 (2), and remained low during October 2020-May 2021 (<0.4% of respiratory specimens with positive test results for each week of the season).Circulation of other respiratory pathogens, including respiratory syncytial virus (RSV), common human coronaviruses (HCoVs) types OC43, NL63, 229E, and HKU1, and parainfluenza viruses (PIVs) types 1-4 also decreased in early 2020 and did not increase until spring 2021.Human metapneumovirus (HMPV) circulation decreased in March 2020 and remained low through May 2021.Respiratory adenovirus (RAdV) circulated at lower levels throughout 2020 and as of early May 2021.Rhinovirus and enterovirus (RV/EV) circulation decreased in March 2020, remained low until May 2020, and then increased to near prepandemic seasonal levels.Circulation of respiratory viruses could resume at prepandemic levels after COVID-19 mitigation practices become less stringent.Clinicians should be aware of increases in some respiratory virus activity and remain vigilant for off-season increases.In addition to the use of everyday preventive actions, fall influenza vaccination campaigns are an important component of prevention as COVID-19 mitigation measures are relaxed and schools and workplaces resume in-person activities.CDC analyzed virologic data* from U.S. laboratories available through the U.

Influenza causes significant morbidity in tropical regions; however, unlike in temperate zones, influenza in the tropics is not strongly associated with a given season. We have recently shown that influenza virus transmission in the guinea pig model is most efficient under cold, dry conditions, which are rare in the tropics. Herein, we report the lack of aerosol transmission at 30 degrees C and at all humidities tested. Conversely, transmission via the contact route was equally efficient at 30 degrees C and 20 degrees C. Our data imply that contact or short-range spread predominates in the tropics and offer an explanation for the lack of a well-defined, recurrent influenza season affecting tropical and subtropical regions of the world.

Abstract Viral genomes comprising multiple distinct RNA segments can undergo genetic exchange through reassortment, a process that facilitates viral evolution and can have major epidemiological consequences. Segmentation also allows the replication of incomplete viral genomes (IVGs), however, and evidence suggests that IVGs occur frequently for influenza A viruses. Here we quantified the frequency of IVGs using a novel single cell assay and then examined their implications for viral fitness. We found that each segment of influenza A/Panama/2007/99 (H3N2) virus has only a 58% probability of being present in a cell infected with a single virion. These observed frequencies accurately account for the abundant reassortment seen in co-infection, and suggest that an average of 3.7 particles are required for replication of a full viral genome in a cell. This dependence on multiple infection is predicted to decrease infectivity and to slow viral propagation in a well-mixed system. Importantly, however, modeling of spatially structured viral growth predicted that the need for complementation is met more readily when secondary spread occurs locally. This expectation was supported by experimental infections in which the level spatial structure was manipulated. Furthermore, a virus engineered to be entirely dependent on co-infection to replicate in vivo was found to grow robustly in guinea pigs, suggesting that coinfection is sufficiently common in vivo to support propagation of IVGs. The infectivity of this mutant virus was, however, reduced 815-fold relative wild-type and the mutant virus did not transmit to contacts. Thus, while incomplete genomes augment reassortment and contribute to within-host spread, the existence of rare complete IAV genomes may be critical for transmission to new hosts.

Since May 2023, a novel combination of neuraminidase mutations, I223V + S247N, has been detected in influenza A(H1N1)pdm09 viruses collected in countries spanning 5 continents, mostly in Europe (67/101). The viruses belong to 2 phylogenetically distinct groups and display ≈13-fold reduced inhibition by oseltamivir while retaining normal susceptibility to other antiviral drugs.