Abstract Influenza A viruses in swine have considerable genetic diversity and continue to pose a pandemic threat to humans due to a potential lack of population level immunity. Here we describe a pipeline to characterize and triage influenza viruses for their pandemic risk and examine the pandemic potential of two widespread swine origin viruses. Our analysis reveals that a panel of human sera collected from healthy adults in 2020 has no cross-reactive neutralizing antibodies against a α-H1 clade strain (α-swH1N2) but do against a γ-H1 clade strain. The α-swH1N2 virus replicates efficiently in human airway cultures and exhibits phenotypic signatures similar to the human H1N1 pandemic strain from 2009 (H1N1pdm09). Furthermore, α-swH1N2 is capable of efficient airborne transmission to both naïve ferrets and ferrets with prior seasonal influenza immunity. Ferrets with H1N1pdm09 pre-existing immunity show reduced α-swH1N2 viral shedding and less severe disease signs. Despite this, H1N1pdm09-immune ferrets that became infected via the air can still onward transmit α-swH1N2 with an efficiency of 50%. These results indicate that this α-swH1N2 strain has a higher pandemic potential, but a moderate level of impact since there is reduced replication fitness and pathology in animals with prior immunity.

Abstract The receptor-binding site of influenza A virus hemagglutinin partially overlaps with major antigenic sites and constantly evolves. In this study, we observe that mutations G186D and D190N in the hemagglutinin receptor-binding site have coevolved in two recent human H3N2 clades. X-ray crystallography results show that these mutations coordinately drive the evolution of the hemagglutinin receptor binding mode. Epistasis between G186D and D190N is further demonstrated by glycan binding and thermostability analyses. Immunization and neutralization experiments using mouse and human samples indicate that the evolution of receptor binding mode is accompanied by a change in antigenicity. Besides, combinatorial mutagenesis reveals that G186D and D190N, along with other natural mutations in recent H3N2 strains, alter the compatibility with a common egg-adaptive mutation in seasonal influenza vaccines. Overall, our findings elucidate the role of epistasis in shaping the recent evolution of human H3N2 hemagglutinin and substantiate the high evolvability of its receptor-binding mode.

Clade 2.3.4.4b highly pathogenic H5N1 avian influenza (HPAI) viruses started circulating widely in lactating dairy cattle in the United States at the end of 2023. Avian influenza viruses enter cells after binding to glycan receptors with terminally linked α2-3 sialic acid, whereas human influenza viruses typically bind to glycan receptors terminally linked α2-6 sialic acid in the upper respiratory tract. Here, we evaluated the receptor binding properties of hemagglutinin (HA) trimers from a clade 2.3.4.4b avian isolate (A/American Wigeon/South Carolina/22-000345-001/2021) and a cattle isolate (A/dairy cattle/Texas/24-008749-002-v/2024). Using two different methods, we found that both of the 2.3.4.4b H5s bound efficiently to glycan receptors with terminally linked α2-3 sialic acid with no detectable binding to glycan receptors with terminally linked α2-6 sialic acid. Our data suggest that clade 2.3.4.4b H5N1 viruses bind poorly to human receptors. It will be important to continue evaluating receptor binding properties of these viruses as they evolve in cattle.