We report severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike ΔH69/V70 in multiple independent lineages, often occurring after acquisition of receptor binding motif replacements such as N439K and Y453F, known to increase binding affinity to the ACE2 receptor and confer antibody escape. In vitro, we show that, although ΔH69/V70 itself is not an antibody evasion mechanism, it increases infectivity associated with enhanced incorporation of cleaved spike into virions. ΔH69/V70 is able to partially rescue infectivity of spike proteins that have acquired N439K and Y453F escape mutations by increased spike incorporation. In addition, replacement of the H69 and V70 residues in the Alpha variant B.1.1.7 spike (where ΔH69/V70 occurs naturally) impairs spike incorporation and entry efficiency of the B.1.1.7 spike pseudotyped virus. Alpha variant B.1.1.7 spike mediates faster kinetics of cell-cell fusion than wild-type Wuhan-1 D614G, dependent on ΔH69/V70. Therefore, as ΔH69/V70 compensates for immune escape mutations that impair infectivity, continued surveillance for deletions with functional effects is warranted.

Abstract There is need for effective and affordable vaccines against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a protein nanoparticle vaccine against SARS-CoV-2. The vaccine is based on the display of coronavirus spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) on a synthetic virus-like particle (VLP) platform, SpyCatcher003-mi3, using SpyTag/SpyCatcher technology. Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induce a strong neutralising antibody response in mice and pigs that is superior to convalescent human sera. We evaluate antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we show that RBD-SpyVLP induces a polyclonal antibody response that recognises key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. Moreover, RBD-SpyVLP is thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence. The data suggests that RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic.

Abstract The spread of SARS-CoV-2 has caused a global pandemic that has affected almost every aspect of human life. The development of an effective COVID-19 vaccine could limit the morbidity and mortality caused by infection, and may enable the relaxation of social distancing measures. Age is one of the most significant risk factors for poor health outcomes after SARS-CoV-2 infection, therefore it is desirable that any new vaccine candidates should elicit a robust immune response in older adults. Here, we test the immunogenicity of the adenoviral vectored vaccine ChAdOx1 nCoV-19 (AZD-1222) in aged mice. We find that a single dose of this vaccine induces cellular and humoral immunity in aged mice, but at a reduced magnitude than in younger adult mice. Furthermore, we report that a second dose enhances the immune response to this vaccine in aged mice, indicating that a primeboost strategy may be a rational approach to enhance immunogenicity in older persons.

ABSTRACT There is dire need for an effective and affordable vaccine against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a modular virus-like particle vaccine candidate displaying the SARS-CoV-2 spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) using SpyTag/SpyCatcher technology (RBD-SpyVLP). Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induced a strong neutralising antibody response in mice and pigs that was superior to convalescent human sera. We evaluated antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we showed that RBD-SpyVLP induced a polyclonal antibody response that recognised all key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. The induction of potent and polyclonal antibody responses by RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic. Moreover, RBD-SpyVLP is highly resilient, thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence.

Abstract Over the course of the pandemic variants have arisen at a steady rate. The most recent variants to emerge, BA.4 and BA.5, form part of the Omicron lineage and were first found in Southern Africa where they are driving the current wave of infection. In this report, we perform an in-depth characterisation of the antigenicity of the BA.4/BA.5 Spike protein by comparing sera collected post-vaccination, post-BA.1 or BA.2 infection, or post breakthrough infection of vaccinated individuals with the Omicron variant. In addition, we assess sensitivity to neutralisation by commonly used therapeutic monoclonal antibodies. We find sera collected post-vaccination have a similar ability to neutralise BA.1, BA.2 and BA.4/BA.5. In contrast, in the absence of vaccination, prior infection with BA.2 or, in particular, BA.1 results in an antibody response that neutralises BA.4/BA.5 poorly. Breakthrough infection with Omicron in vaccinees leads to a broad neutralising response against the new variants. The sensitivity of BA.4/BA.5 to neutralisation by therapeutic monoclonal antibodies was similar to that of BA.2. These data suggest BA.4/BA.5 are antigenically distinct from BA.1 and, to a lesser extent, BA.2. The enhanced breadth of neutralisation observed following breakthrough infection with Omicron suggests that vaccination with heterologous or multivalent antigens may represent viable strategies for the development of cross-neutralising antibody responses.

Abstract There is an ongoing global effort to design, manufacture, and clinically assess vaccines against SARS-CoV-2. Over the course of the ongoing pandemic a number of new SARS-CoV-2 virus isolates or variants of concern (VoC) have been identified containing mutations in key proteins. In this study we describe the generation and preclinical assessment of a ChAdOx1-vectored vaccine (AZD2816) which expresses the spike protein of the Beta VoC (B.1.351). We demonstrate that AZD2816 is immunogenic after a single dose. When AZD2816 is used as a booster dose in animals primed with a vaccine encoding the original spike protein (ChAdOx1 nCoV-19/ [AZD1222]), high titre binding and neutralising antibodies against Beta (B.1.351), Gamma (P.1) and Delta (B.1.617.2) are induced. In addition, a strong and polyfunctional T cell response was measured in these booster regimens. These data support the ongoing clinical development and testing of this new variant vaccine.

Abstract SARS-CoV-2 emerged in late 2019, leading to the COVID-19 pandemic that continues to cause significant global mortality in human populations. Given its sequence similarity to SARS-CoV, as well as related coronaviruses circulating in bats, SARS-CoV-2 is thought to have originated in Chiroptera species in China. However, whether the virus spread directly to humans or through an intermediate host is currently unclear, as is the potential for this virus to infect companion animals, livestock and wildlife that could act as viral reservoirs. Using a combination of surrogate entry assays and live virus we demonstrate that, in addition to human ACE2, the Spike glycoprotein of SARS-CoV-2 has a broad host tropism for mammalian ACE2 receptors, despite divergence in the amino acids at the Spike receptor binding site on these proteins. Of the twenty-two different hosts we investigated, ACE2 proteins from dog, cat and rabbit were the most permissive to SARS-CoV-2, while bat and bird ACE2 proteins were the least efficiently used receptors. The absence of a significant tropism for any of the three genetically distinct bat ACE2 proteins we examined indicates that SARS-CoV-2 receptor usage likely shifted during zoonotic transmission from bats into people, possibly in an intermediate reservoir. Interestingly, while SARS-CoV-2 pseudoparticle entry was inefficient in cells bearing the ACE2 receptor from bats or birds the live virus was still able to enter these cells, albeit with markedly lower efficiency. The apparently broad tropism of SARS-CoV-2 at the point of viral entry confirms the potential risk of infection to a wide range of companion animals, livestock and wildlife.

Abstract Clinical development of the COVID-19 vaccine candidate ChAdOx1 nCoV-19, a replication-deficient simian adenoviral vector expressing the full-length SARS-CoV-2 spike (S) protein was initiated in April 2020 following non-human primate studies using a single immunisation. Here, we compared the immunogenicity of one or two doses of ChAdOx1 nCoV-19 in both mice and pigs. Whilst a single dose induced antigen-specific antibody and T cells responses, a booster immunisation enhanced antibody responses, particularly in pigs, with a significant increase in SARS-CoV-2 neutralising titres.

SUMMARY The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2 coronavirus, is a global health issue with unprecedented challenges for public health. SARS-CoV-2 primarily infects cells of the respiratory tract, via Spike glycoprotein binding angiotensin-converting enzyme (ACE2). Circadian rhythms coordinate an organism’s response to its environment and can regulate host susceptibility to virus infection. We demonstrate a circadian regulation of ACE2 in lung epithelial cells and show that silencing BMAL1 or treatment with a synthetic REV-ERB agonist SR9009 reduces ACE2 expression and inhibits SARS-CoV-2 entry. Treating infected cells with SR9009 limits viral replication and secretion of infectious particles, showing that post-entry steps in the viral life cycle are influenced by the circadian system. Transcriptome analysis revealed that Bmal1 silencing induced a wide spectrum of interferon stimulated genes in Calu-3 lung epithelial cells, providing a mechanism for the circadian pathway to dampen SARS-CoV-2 infection. Our study suggests new approaches to understand and improve therapeutic targeting of SARS-CoV-2.

Abstract Following the emergence of SARS-CoV-2 in China in late 2019 a number of variants have emerged, with two of these – Alpha and Delta – subsequently growing to global prevalence. One characteristic of these variants are changes within the Spike protein, in particular the receptor binding domain (RBD). From a public health perspective these changes have important implications for increased transmissibility and immune escape; however, their presence could also modify the intrinsic host-range of the virus. Using viral pseudotyping we examined whether the variants of concern (VOCs) Alpha, Beta, Gamma and Delta have differing host ACE2 receptor usage patterns, focusing on a range of relevant mammalian ACE2 proteins. All four VOCs were able to overcome a previous restriction for mouse ACE2, with demonstrable differences also seen for individual VOCs with rat, ferret or civet ACE2 receptors, changes which we subsequently attribute to N501Y and E484K substitutions within the Spike RBD.