Abstract The monocled cobra ( Naja kaouthia ) is one of the most feared snakes in Southeast Asia. It is a highly dangerous species with a potent venom deriving its toxicity predominantly from abundant long-chain α-neurotoxins. The only specific treatment for snakebite envenoming is antivenom, which is based on animal-derived polyclonal antibodies. Despite the lifesaving importance of these medicines over the past 120 years, and their ongoing role in combating snakebite disease, major limitations in safety, supply consistency, and efficacy creates a need for a new generation of improved treatments based on modern biotechnological techniques. Here, we describe the initial discovery and subsequent optimization of a recombinant human monoclonal immunoglobin G (IgG) antibody against α-cobratoxin using phage display technology. Affinity maturation of the parental antibody by light chain-shuffling resulted in an 8-fold increase in affinity, translating to a significant increase in in vitro neutralization potency and in vivo efficacy. While the parental antibody prolonged survival of mice challenged with purified α-cobratoxin, the optimized antibody prevented lethality when incubated with N. kaouthia whole venom prior to intravenous injection. This study is the first to demonstrate neutralization of whole snake venom by a single recombinant monoclonal antibody. Importantly, this suggests that for venoms whose toxicity relies on a single predominant toxin group, such as that of N. kaouthia , as little as one monoclonal antibody may be sufficient to prevent lethality, thus providing a tantalizing prospect of bringing recombinant antivenoms based on human monoclonal or oligoclonal antibodies to the clinic. One Sentence Summary A recombinant human monoclonal immunoglobulin G antibody, discovered and optimized using in vitro methods, was demonstrated to neutralize the lethal effect of whole venom from the monocled cobra in mice via abrogation of α-neurotoxin-mediated neurotoxicity.

Abstract Passive immunisation using monoclonal antibodies will play a vital role in the fight against COVID-19. Until now, the majority of anti-SARS-CoV-2 antibody discovery efforts have relied on screening B cells of patients in the convalescent phase. Here, we describe deep-mining of the antibody repertoires of hospitalised COVID-19 patients using a combination of phage display technology and B cell receptor (BCR) repertoire sequencing to isolate neutralising antibodies and gain insights into the early antibody response. This comprehensive discovery approach has yielded potent neutralising antibodies with distinct mechanisms of action, including the identification of a novel non-ACE2 receptor blocking antibody that is not expected to be affected by any of the major viral variants reported. The study highlighted the presence of potent neutralising antibodies with near germline sequences within both the IgG and IgM pools at early stages of infection. Furthermore, we highlight a highly convergent antibody response with the same sequences occurring both within this study group and also within the responses described in previously published anti-SARS-CoV-2 studies.

Abstract Snakebite envenoming continues to claim many lives across the globe, necessitating the development of improved therapies. To this end, human monoclonal antibodies may possess advantages over current plasma-derived antivenoms by offering superior safety and improved neutralization capacity. However, as new antivenom products may need to be polyvalent, i.e ., target multiple different snake species, without dramatically increasing dose or cost of manufacture, such monoclonal antibodies need to be broadly-neutralizing. Here, we report the establishment of a pipeline for the discovery of high affinity broadly-neutralizing human monoclonal antibodies. We further demonstrate its utility by discovering an antibody that can prevent lethality induced by N. kaouthia whole venom at an unprecedented low molar ratio of one antibody per toxin, and which also prolongs survival of mice injected with Dendroaspis polylepis or Ophiophagus hannah whole venoms.

Abstract Snakebite envenoming is a neglected tropical disease that causes over 100,000 deaths annually. Envenomings result in variable pathologies, but systemic neurotoxicity is among the most serious and is currently only treated with difficult to access and variably efficacious commercial antivenoms. Venom-induced neurotoxicity is often caused by α-neurotoxins antagonising the muscle-type nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), a ligand-gated ion channel. Discovery of therapeutics targeting α-neurotoxins is hampered by relying on binding assays that do not reveal restoration of receptor activity or more costly and/or lower throughput electrophysiology-based approaches. Here, we report the validation of a screening assay for nAChR activation using immortalised TE671 cells expressing the γ-subunit containing muscle-type nAChR and a fluorescent dye that reports changes in cell membrane potential. Assay validation using traditional nAChR agonists and antagonists, which either activate or block ion fluxes, was consistent with previous studies. We then characterised antagonism of the nAChR by a variety of elapid snake venoms that cause muscle paralysis in snakebite victims, before defining the toxin-inhibiting activities of commercial antivenoms, and new types of snakebite therapeutic candidates, namely monoclonal antibodies, decoy receptors, and small molecules. Our findings show robust evidence of assay uniformity across 96-well plates and highlight the amenability of this approach for the future discovery of new snakebite therapeutics via screening campaigns. The described assay therefore represents a useful first-step approach for identifying α-neurotoxins and their inhibitors in the context of snakebite envenoming, and it should provide wider value for studying modulators of nAChR activity from other sources.

Abstract Recycling antibodies can bind to their target antigen at neutral pH in the blood stream and release them upon endocytosis when pH levels drop, allowing the antibodies to be recycled into circulation via FcRn-mediated pathway, while the antigens undergo lysosomal degradation. This enables recycling antibodies to achieve the same therapeutic effect at lower doses than their non-recyclable counterparts. The development of such antibodies is typically achieved by histidine doping of the variable regions of specific antibodies or by performing in vitro antibody selection campaigns utilizing histidine doped libraries. While often successful, these strategies may introduce sequence liabilities, as they often involve mutations that may render the resultant antibodies to be non-natural. Here, we present a methodology that employs a naïve antibody phage display library, consisting of natural variable domains, to discover antibodies that bind α-cobratoxin from the venom of Naja kaouthia in a pH-dependent manner. Upon screening of the discovered antibodies with immunoassays and bio-layer interferometry, a pH-dependent antibody was discovered that exhibits an 8-fold higher dissociation rate at pH 5.5 than 7.4. Interestingly, the variable domains of the pH-dependent antibody were found to be entirely devoid of histidines, demonstrating that pH-dependency may not always be driven by this amino acid. Further, given the high diversity available in a naïve antibody library, the methodology presented here can likely be applied to discover pH-dependent antibodies against different targets ab initio without the need of histidine doping. For broader audience Here, we present the discovery of an α-cobratoxin targeting pH-dependent antibody, with a variable region devoid of histidines, from a naïve antibody library with natural variable domains. Our findings suggest that the commonly taken approach of histidine doping to find pH-dependent antibodies may not always be required, and thus offer an alternative strategy for the discovery of pH-dependent antibodies.