Abstract COVID-19 that emerged as a global pandemic is caused by SARS-CoV-2 virus. The virus genome analysis during disease spread reveals about its evolution and transmission. We did whole genome sequencing of 225 clinical strains from the state of Odisha in eastern India using ARTIC protocol-based amplicon sequencing. Phylogenetic analysis identified the presence of all five reported clades 19A, 19B, 20A, 20B and 20C in the population. The analyses revealed two major routes for the introduction of the disease in India i.e. Europe and South-east Asia followed by local transmission. Interestingly, 19B clade was found to be much more prevalent in our sequenced genomes (17%) as compared to other genomes reported so far from India. The haplogroup analysis for clades showed evolution of 19A and 19B in parallel whereas the 20B and 20C appeared to evolve from 20A. Majority of the 19A and 19B clades were present in cases that migrated from Gujarat state in India suggesting it to be one of the major initial points of disease transmission in India during month of March and April. We found that with the time 20A and 20B clades evolved drastically that originated from central Europe. At the same time, it has been observed that 20A and 20B clades depicted selection of four common mutations i.e. 241 C>T (5’UTR), P323L in RdRP, F942F in NSP3 and D614G in the spike protein. We found an increase in the concordance of G614 mutation evolution with the viral load in clinical samples as evident from decreased Ct value of spike and Orf1ab gene in qPCR. Molecular modelling and docking analysis identified that D614G mutation enhanced interaction of spike with TMPRSS2 protease, which could impact the shedding of S1 domain and infectivity of the virus in host cells.

Abstract Syrian golden hamsters ( Mesocricetus auratus ) infected by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) manifests lung pathology that resembles human COVID-19 patients. In this study, efforts were made to check the infectivity of a local SARS-CoV-2 isolate in hamster model and evaluate the differential expression of lung proteins during acute infection and convalescence. The findings of this study confirm the infectivity of this isolate in vivo . Analysis of clinical parameters and tissue samples shows a similar type of pathophysiological manifestation of SARS-CoV-2 infection as reported earlier in COVID-19 patients and hamsters infected with other isolates. The lung-associated pathological changes were very prominent on the 4th day post-infection (dpi), mostly resolved by 14dpi. Here, we carried out quantitative proteomic analysis of the lung tissues from SARS-CoV-2-infected hamsters at day 4 and day 14 post infection. This resulted in the identification of 1,585 differentially expressed proteins of which 68 proteins were significantly altered among both the infected groups. Pathway analysis revealed complement and coagulation cascade, platelet activation, ferroptosis and focal adhesion as the top enriched pathways. In addition, we also identified altered expression of two pulmonary surfactant-associated proteins (Sftpd and Sftpb), known for their protective role in lung function. Together, these findings will aid in the identification of candidate biomarkers and understanding the mechanism(s) involved in SARS-CoV-2 pathogenesis. Graphical abstract

Activation of type 1 interferon response is extensively connected with the antiviral immunity and pathogenesis of autoimmune diseases. Here, we found that IRGM, whose deficiency is linked with the genesis of several autoimmune disorders, is a master negative regulator of the interferon response. Mechanistically, we show that IRGM interacts with nucleic acid sensor proteins, including cGAS and RIG-I, and mediates their autophagic degradation to restrain activation of interferon signaling. Further, IRGM maintains mitophagy flux, and its deficiency results in the accumulation of defunct leaky mitochondria that releases cytosolic DAMPs triggering activation of interferon responses via cGAS-STING and RIG-I-MAVS signaling axis. Due to an enduring type 1 IFN response in IRGM-deficient cells and mice, they were intrinsically resistant to infection of the Japanese Encephalitis virus, Herpes Simplex virus, and Chikungunya virus. Altogether, this study defines the molecular mechanisms by which IRGM maintains interferon homeostasis and protects from autoimmune diseases. Further, it identifies IRGM as a broad therapeutic target for defense against viruses.

Abstract A novel disease, COVID-19, is sweeping the world since end of 2019. While in many countries, the first wave is over, but the pandemic is going through its next phase with a significantly higher infectability. COVID-19 is caused by the novel Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) that seems to be more infectious than any other previous human coronaviruses. To understand any unique traits of the virus that facilitate its entry into the host, we compared the published structures of the viral spike protein of SARS-CoV-2 with other known coronaviruses to determine the possible evolutionary pathway leading to the higher infectivity. The current report presents unique information regarding the amino acid residues that were a) conserved to maintain the binding with ACE2 (Angiotensin-converting enzyme 2), and b) substituted to confer an enhanced binding affinity and conformational flexibility to the SARS-CoV-2 spike protein. The present study provides novel insights into the evolutionary nature and molecular basis of higher infectability and perhaps the virulence of SARS-CoV-2.

Abstract Type 1 interferon (IFN-I) response is the first line of host defense against invading viruses. In the absence of definite mouse models, the role of IFN-I in SARS-CoV-2 infections remained to be perplexing. Here, we developed two mouse models, one with constitutively high IFN-I response (hACE2; Irgm1 −/− ) and the other with dampened IFN-I response (hACE2; Ifnar1 −/− ) to comprehend the role of IFN-I response during SARS-CoV-2 invasion. We found that hACE2; Irgm1 −/− mice were resistant to lethal SARS-CoV-2 infection with substantially reduced cytokine storm and immunopathology. In striking contrast, a severe SARS-CoV-2 infection along with immune cells infiltration, inflammatory response, and enhanced pathology was observed in the lungs of hACE2; Ifnar1 −/− mice. Additionally, hACE2; Ifnar1 −/− mice were highly susceptible to SARS-CoV-2 neuroinvasion in the brain accompanied by immune cell infiltration, microglia/astrocytes activation, cytokine response, and demyelination of neurons. The hACE2; Irgm1 −/− Ifnar1 −/− double knockout mice or hACE2; Irgm1 −/− mice treated with STING or RIPK2 pharmacological inhibitors displayed loss of the protective phenotypes observed in hACE2; Irgm1 −/− mice suggesting that heightened IFN-I response accounts for the observed immunity. Taken together, we explicitly demonstrate that IFN-I protects from lethal SARS-CoV-2 infection, and Irgm1 (IRGM) could be an excellent therapeutic target. GRAPHICAL ABSTRACT

Abstract Emergence of SARS-CoV-2 as a serious pandemic has altered the global socioeconomic dynamics. The wide prevalence, high death counts and rapid emergence of new variants urge for establishment of research infrastructure to facilitate rapid development of efficient therapeutic modalities and preventive measures. In agreement with this, five SARS-CoV2 strains (ILS01, ILS02, ILS03, ILS15 and ILS24) of four different clades (19A, 19B, 20A and 20B) were isolated from patient swab samples collected during the 1 st COVID-19 wave in Odisha, India. The viral isolates were adapted to in-vitro cultures and further characterized to identify strain specific variations in viral growth characteristics. All the five isolates showed substantial amount of virus induced CPE however ILS03 belonging to 20A clade displayed highest level of CPE. Time kinetics experiment revealed spike protein expression was evident after 16th hours post infection in all five isolates. ILS03 induced around 90% of cytotoxicity. Further, the susceptibility of various cell lines (human hepatoma cell line (Huh-7), CaCo2 cell line, HEK-293T cells, Vero, Vero-E6, BHK-21, THP-1 cell line and RAW 264.7 cells) were assessed. Surprisingly, it was found that the human monocyte cells THP-1 and murine macrophage cell line RAW 264.7 were permissive to all the SARS-CoV-2 isolates. The neutralization susceptibility of viral isolates to vaccine-induced antibodies was determined using sera from individuals vaccinated in the Government run vaccine drive in India. The micro-neutralization assay suggested that both Covaxin and Covishield vaccines were equally effective (100% neutralization) against all of the isolates. The whole genome sequencing of culture adapted viral isolates and viral genome from patient oropharyngeal swab sample suggested that repetitive passaging of SARS-CoV2 virus in Vero-E6 cells did not lead to emergence of many mutations during the adaptation in cell culture. Phylogenetic analyses revealed that the five isolates clustered to respective clades. The major goal was to isolate and adapt SARS-CoV-2 viruses in in-vitro cell culture with minimal modification to facilitate research activities involved in understanding the molecular virology, host-virus interactions, application of these strains for drug discovery and animal challenge models development which eventually will contribute towards the development of effective and reliable therapeutics.