The precise identification of the HIV-1 envelope glycoprotein (Env) responsible for productive clinical infection could be instrumental in elucidating the molecular basis of HIV-1 transmission and in designing effective vaccines. Here, we developed a mathematical model of random viral evolution and, together with phylogenetic tree construction, used it to analyze 3,449 complete env sequences derived by single genome amplification from 102 subjects with acute HIV-1 (clade B) infection. Viral env genes evolving from individual transmitted or founder viruses generally exhibited a Poisson distribution of mutations and star-like phylogeny, which coalesced to an inferred consensus sequence at or near the estimated time of virus transmission. Overall, 78 of 102 subjects had evidence of productive clinical infection by a single virus, and 24 others had evidence of productive clinical infection by a minimum of two to five viruses. Phenotypic analysis of transmitted or early founder Envs revealed a consistent pattern of CCR5 dependence, masking of coreceptor binding regions, and equivalent or modestly enhanced resistance to the fusion inhibitor T1249 and broadly neutralizing antibodies compared with Envs from chronically infected subjects. Low multiplicity infection and limited viral evolution preceding peak viremia suggest a finite window of potential vulnerability of HIV-1 to vaccine-elicited immune responses, although phenotypic properties of transmitted Envs pose a formidable defense.

ABSTRACT The synthetic peptide T-20 (enfuvirtide) represents the first of a new class of antiretroviral compounds to demonstrate in vivo potency by targeting a step in viral entry. T-20 inhibits a conformational change in the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) transmembrane glycoprotein (gp41) that is required for fusion between HIV-1 and target cell membranes. The initial phase I clinical trial of T-20 treatment for HIV-infected patients thus provided a unique opportunity to evaluate the emergence of resistant virus in vivo to this novel class of antiretroviral agents. All four patients who received an intermediate dose of T-20 (30 mg twice daily) had an initial decline in plasma viral load over the first 10 days but a rising trend by day 14, suggestive of selection for resistant virus. Plasma virus derived from patients enrolled in all dosage groups of the phase I T-20 trial was analyzed by population sequencing before and after treatment. While no mutations were found within a highly conserved 3-amino-acid sequence (GIV) known to be critical for fusion at baseline, after 14 days of therapy, virus from one patient in the 30-mg dose group (30-1) developed a mutation in this motif, specifically an aspartic acid (D) substitution for glycine (G) at position 36. Multiple env clones were derived from the plasma virus of all four patients in the 30-mg dosage group. Sequence analysis of 49 clones derived from the plasma of patient 30-1 on day 14 revealed that 25 clones contained the G36D mutation, while 8 contained the V38A mutation. Dual mutations involving G36D and other residues within the HR1 domain were also identified. In 5 of the 49 env clones, other mutations involving residues 32 (Q32R or Q32H) and 39 (Q39R) were found in combination with G36D. Cloned env sequences derived from the plasma virus of subject 30-3 also had single mutations in the GIV sequence (V38M and I37V) detectable following therapy with T-20. The plasma virus from subjects 30-2 and 30-4 did not contain changes within the GIV sequence. To analyze the biological resistance properties of these mutations, we developed a novel single-cycle HIV-1 entry assay using JC53BL cells which express β-galactosidase and luciferase under control of the HIV-1 long terminal repeat. Full-length env clones were derived from the plasma virus of patients 30-1 and 30-3 and used to generate pseudotyped virus stocks. The mean 50% inhibition concentrations (IC 50 s) for mutants G36D and V38A (patient 30-1) were 2.3 μg/ml and 11.2 μg/ml, respectively, statistically significant increases of 9.1- and 45-fold, respectively, compared with those of wild-type Env. The IC 50 for the V38 M mutation (patient 30-3) was 7.6 μg/ml, an 8-fold increase compared with that of the wild type. The I37V mutation resulted in an IC 50 3.2-fold greater than that of the wild type. Envs with double mutations (Q32R plus G36D and Q32H plus G36D) exhibited a level of resistance similar to that of G36D alone. These findings provide the first evidence for the rapid emergence of clinical resistance to a novel class of HIV-1 entry inhibitors and may be relevant to future treatment strategies involving these agents.

ABSTRACT Induction of broadly cross-reactive neutralizing antibodies is a high priority for AIDS vaccine development but one that has proven difficult to be achieved. While most immunogens generate antibodies that neutralize a subset of T-cell-line-adapted strains of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), none so far have generated a potent, broadly cross-reactive response against primary isolates of the virus. Even small increments in immunogen improvement leading to increases in neutralizing antibody titers and cross-neutralizing activity would accelerate vaccine development; however, a lack of uniformity in target strains used by different investigators to assess cross-neutralization has made the comparison of vaccine-induced antibody responses difficult. Thus, there is an urgent need to establish standard panels of HIV-1 reference strains for wide distribution. To facilitate this, full-length gp160 genes were cloned from acute and early subtype B infections and characterized for use as reference reagents to assess neutralizing antibodies against clade B HIV-1. Individual gp160 clones were screened for infectivity as Env-pseudotyped viruses in a luciferase reporter gene assay in JC53-BL (TZM-bl) cells. Functional env clones were sequenced and their neutralization phenotypes characterized by using soluble CD4, monoclonal antibodies, and serum samples from infected individuals and noninfected recipients of a recombinant gp120 vaccine. Env clones from 12 R5 primary HIV-1 isolates were selected that were not unusually sensitive or resistant to neutralization and comprised a wide spectrum of genetic, antigenic, and geographic diversity. These reference reagents will facilitate proficiency testing and other validation efforts aimed at improving assay performance across laboratories and can be used for standardized assessments of vaccine-elicited neutralizing antibodies.

Springtails (Collembola) stand as one of the most abundant, widespread, and ancient terrestrial arthropods on earth. However, their evolutionary history and deep phylogenetic relationships remain elusive. In this study, we employed phylogenomic approaches to elucidate the basal relationships among Collembola. We sampled whole-genome data representing all major collembolan lineages in proportion to their known diversity. To account for potential phylogenomic biases, we implemented various data extraction, locus sampling, and signal filtering strategies to generate matrices. Subsequently, we applied a diverse array of tree-searching and rate-modelling methods to reconstruct the phylogeny. Our analyses, utilizing different matrices and methods, converged on the same unrooted relationships among collembolan ingroups, supporting the current ordinal classification and challenging the monophyly of Arthropleona and Symphypleona s.l. However, discrepancies across analyses existed in the root of Collembola. Among various root positions, those based on more informative matrices and biologically realistic models, favoring a basal topology of Entomobryomorpha + (Symphypleona s.s. + (Neelipleona + Poduromorpha)), were supported by subsequent methodological assessment, topology tests, and rooting analyses. This optimal topology suggests multiple independent reduction of the pronotum in non-poduromorph orders and aligns with the plesiomorphic status of neuroendocrine organs and epicuticular structure of Entomobryomorpha. Fossil-calibrated dating analyses based on the optimal topology indicated late-Paleozoic to mid-Mesozoic origins of the crown Collembola and four orders. In addition, our results questioned the monophyly of Isotomidae and Neanuridae, underscoring the need for further attention to the systematics of these families. Overall, this study provides novel insights into the phylogenetic backbone of Collembola, which will inform future studies on the systematics, ecology, and evolution of this significant arthropod lineage.