Highlights•SARS-CoV-2 uses the SARS-CoV receptor ACE2 for host cell entry•The spike protein of SARS-CoV-2 is primed by TMPRSS2•Antibodies against SARS-CoV spike may offer some protection against SARS-CoV-2SummaryThe recent emergence of the novel, pathogenic SARS-coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in China and its rapid national and international spread pose a global health emergency. Cell entry of coronaviruses depends on binding of the viral spike (S) proteins to cellular receptors and on S protein priming by host cell proteases. Unravelling which cellular factors are used by SARS-CoV-2 for entry might provide insights into viral transmission and reveal therapeutic targets. Here, we demonstrate that SARS-CoV-2 uses the SARS-CoV receptor ACE2 for entry and the serine protease TMPRSS2 for S protein priming. A TMPRSS2 inhibitor approved for clinical use blocked entry and might constitute a treatment option. Finally, we show that the sera from convalescent SARS patients cross-neutralized SARS-2-S-driven entry. Our results reveal important commonalities between SARS-CoV-2 and SARS-CoV infection and identify a potential target for antiviral intervention.Graphical abstract

Background The ongoing outbreak of the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) poses a challenge for public health laboratories as virus isolates are unavailable while there is growing evidence that the outbreak is more widespread than initially thought, and international spread through travellers does already occur. Aim We aimed to develop and deploy robust diagnostic methodology for use in public health laboratory settings without having virus material available. Methods Here we present a validated diagnostic workflow for 2019-nCoV, its design relying on close genetic relatedness of 2019-nCoV with SARS coronavirus, making use of synthetic nucleic acid technology. Results The workflow reliably detects 2019-nCoV, and further discriminates 2019-nCoV from SARS-CoV. Through coordination between academic and public laboratories, we confirmed assay exclusivity based on 297 original clinical specimens containing a full spectrum of human respiratory viruses. Control material is made available through European Virus Archive – Global (EVAg), a European Union infrastructure project. Conclusion The present study demonstrates the enormous response capacity achieved through coordination of academic and public laboratories in national and European research networks.

The present outbreak of a coronavirus-associated acute respiratory disease called coronavirus disease 19 (COVID-19) is the third documented spillover of an animal coronavirus to humans in only two decades that has resulted in a major epidemic. The Coronaviridae Study Group (CSG) of the International Committee on Taxonomy of Viruses, which is responsible for developing the classification of viruses and taxon nomenclature of the family Coronaviridae, has assessed the placement of the human pathogen, tentatively named 2019-nCoV, within the Coronaviridae. Based on phylogeny, taxonomy and established practice, the CSG recognizes this virus as forming a sister clade to the prototype human and bat severe acute respiratory syndrome coronaviruses (SARS-CoVs) of the species Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus, and designates it as SARS-CoV-2. In order to facilitate communication, the CSG proposes to use the following naming convention for individual isolates: SARS-CoV-2/host/location/isolate/date. While the full spectrum of clinical manifestations associated with SARS-CoV-2 infections in humans remains to be determined, the independent zoonotic transmission of SARS-CoV and SARS-CoV-2 highlights the need for studying viruses at the species level to complement research focused on individual pathogenic viruses of immediate significance. This will improve our understanding of virus–host interactions in an ever-changing environment and enhance our preparedness for future outbreaks.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is an acute infection of the respiratory tract that emerged in late 20191,2. Initial outbreaks in China involved 13.8% of cases with severe courses, and 6.1% of cases with critical courses3. This severe presentation may result from the virus using a virus receptor that is expressed predominantly in the lung2,4; the same receptor tropism is thought to have determined the pathogenicity-but also aided in the control-of severe acute respiratory syndrome (SARS) in 20035. However, there are reports of cases of COVID-19 in which the patient shows mild upper respiratory tract symptoms, which suggests the potential for pre- or oligosymptomatic transmission6-8. There is an urgent need for information on virus replication, immunity and infectivity in specific sites of the body. Here we report a detailed virological analysis of nine cases of COVID-19 that provides proof of active virus replication in tissues of the upper respiratory tract. Pharyngeal virus shedding was very high during the first week of symptoms, with a peak at 7.11 × 108 RNA copies per throat swab on day 4. Infectious virus was readily isolated from samples derived from the throat or lung, but not from stool samples-in spite of high concentrations of virus RNA. Blood and urine samples never yielded virus. Active replication in the throat was confirmed by the presence of viral replicative RNA intermediates in the throat samples. We consistently detected sequence-distinct virus populations in throat and lung samples from one patient, proving independent replication. The shedding of viral RNA from sputum outlasted the end of symptoms. Seroconversion occurred after 7 days in 50% of patients (and by day 14 in all patients), but was not followed by a rapid decline in viral load. COVID-19 can present as a mild illness of the upper respiratory tract. The confirmation of active virus replication in the upper respiratory tract has implications for the containment of COVID-19.

BackgroundAbstractThe severe acute respiratory syndrome (SARS) has recently been identified as a new clinical entity. SARS is thought to be caused by an unknown infectious agent.MethodsClinical specimens from patients with SARS were searched for unknown viruses with the use of cell cultures and molecular techniques.ResultsA novel coronavirus was identified in patients with SARS. The virus was isolated in cell culture, and a sequence 300 nucleotides in length was obtained by a polymerase-chain-reaction (PCR)–based random-amplification procedure. Genetic characterization indicated that the virus is only distantly related to known coronaviruses (identical in 50 to 60 percent of the nucleotide sequence). On the basis of the obtained sequence, conventional and real-time PCR assays for specific and sensitive detection of the novel virus were established. Virus was detected in a variety of clinical specimens from patients with SARS but not in controls. High concentrations of viral RNA of up to 100 million molecules per milliliter were found in sputum. Viral RNA was also detected at extremely low concentrations in plasma during the acute phase and in feces during the late convalescent phase. Infected patients showed seroconversion on the Vero cells in which the virus was isolated.ConclusionsThe novel coronavirus might have a role in causing SARS.

The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic caused by severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a global health emergency. An attractive drug target among coronaviruses is the main protease (M pro , also called 3CL pro ) because of its essential role in processing the polyproteins that are translated from the viral RNA. We report the x-ray structures of the unliganded SARS-CoV-2 M pro and its complex with an α-ketoamide inhibitor. This was derived from a previously designed inhibitor but with the P3-P2 amide bond incorporated into a pyridone ring to enhance the half-life of the compound in plasma. On the basis of the unliganded structure, we developed the lead compound into a potent inhibitor of the SARS-CoV-2 M pro . The pharmacokinetic characterization of the optimized inhibitor reveals a pronounced lung tropism and suitability for administration by the inhalative route.

In March 2003, a novel coronavirus (SARS-CoV) was discovered in association with cases of severe acute respiratorysyndrome (SARS). The sequence of the complete genome of SARS-CoV was determined, and the initial characterization of the viral genome is presented in this report. The genome of SARS-CoV is 29,727 nucleotides in length and has 11 open reading frames, and its genome organization is similar to that of other coronaviruses. Phylogenetic analyses and sequence comparisons showed that SARS-CoV is not closelyrelated to anyof the previouslycharacterized coronaviruses.

Human coronavirus-EMC (hCoV-EMC) is a new coronavirus that has killed around half of the few humans infected so far; this study now identifies DPP4 as the receptor that this virus uses to infect cells. The emerging pathogenic coronavirus hCoV-EMC, first identified in September 2012, has been fatal in about half of the few humans infected so far. Bart Haagmans and colleagues have now identified the receptor that this virus uses to infect cells. In contrast to the related virus SARS-CoV, which uses angiotensin converting enzyme 2, the functional receptor for hCoV-EMC is dipeptidyl peptidase 4 (DPP4, also known as CD26), an exopeptidase found on non-ciliated cells in the lower respiratory tract. This enzyme is highly conserved across different species, and hCoV-EMC can also use bat DPP4 as a functional receptor — a possible clue as to the host range and epidemiological history of this new virus. The findings may also be important for the development of intervention strategies. Most human coronaviruses cause mild upper respiratory tract disease but may be associated with more severe pulmonary disease in immunocompromised individuals1. However, SARS coronavirus caused severe lower respiratory disease with nearly 10% mortality and evidence of systemic spread2. Recently, another coronavirus (human coronavirus-Erasmus Medical Center (hCoV-EMC)) was identified in patients with severe and sometimes lethal lower respiratory tract infection3,4. Viral genome analysis revealed close relatedness to coronaviruses found in bats5. Here we identify dipeptidyl peptidase 4 (DPP4; also known as CD26) as a functional receptor for hCoV-EMC. DPP4 specifically co-purified with the receptor-binding S1 domain of the hCoV-EMC spike protein from lysates of susceptible Huh-7 cells. Antibodies directed against DPP4 inhibited hCoV-EMC infection of primary human bronchial epithelial cells and Huh-7 cells. Expression of human and bat (Pipistrellus pipistrellus) DPP4 in non-susceptible COS-7 cells enabled infection by hCoV-EMC. The use of the evolutionarily conserved DPP4 protein from different species as a functional receptor provides clues about the host range potential of hCoV-EMC. In addition, it will contribute critically to our understanding of the pathogenesis and epidemiology of this emerging human coronavirus, and may facilitate the development of intervention strategies.

Abstract A new coronavirus, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has recently emerged to cause a human pandemic. Although molecular diagnostic tests were rapidly developed, serologic assays are still lacking, yet urgently needed. Validated serologic assays are needed for contact tracing, identifying the viral reservoir, and epidemiologic studies. We developed serologic assays for detection of SARS-CoV-2 neutralizing, spike protein–specific, and nucleocapsid-specific antibodies. Using serum samples from patients with PCR-confirmed SARS-CoV-2 infections, other coronaviruses, or other respiratory pathogenic infections, we validated and tested various antigens in different in-house and commercial ELISAs. We demonstrated that most PCR-confirmed SARS-CoV-2–infected persons seroconverted by 2 weeks after disease onset. We found that commercial S1 IgG or IgA ELISAs were of lower specificity, and sensitivity varied between the 2 assays; the IgA ELISA showed higher sensitivity. Overall, the validated assays described can be instrumental for detection of SARS-CoV-2–specific antibodies for diagnostic, seroepidemiologic, and vaccine evaluation studies.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a mild to moderate respiratory tract infection, however, a subset of patients progress to severe disease and respiratory failure. The mechanism of protective immunity in mild forms and the pathogenesis of severe COVID-19 associated with increased neutrophil counts and dysregulated immune responses remain unclear. In a dual-center, two-cohort study, we combined single-cell RNA-sequencing and single-cell proteomics of whole-blood and peripheral-blood mononuclear cells to determine changes in immune cell composition and activation in mild versus severe COVID-19 (242 samples from 109 individuals) over time. HLA-DRhiCD11chi inflammatory monocytes with an interferon-stimulated gene signature were elevated in mild COVID-19. Severe COVID-19 was marked by occurrence of neutrophil precursors, as evidence of emergency myelopoiesis, dysfunctional mature neutrophils, and HLA-DRlo monocytes. Our study provides detailed insights into the systemic immune response to SARS-CoV-2 infection and reveals profound alterations in the myeloid cell compartment associated with severe COVID-19.