The B.1.1.529/Omicron variant of SARS-CoV-2 was only recently detected in southern Africa, but its subsequent spread has been extensive, both regionally and globally1. It is expected to become dominant in the coming weeks2, probably due to enhanced transmissibility. A striking feature of this variant is the large number of spike mutations3 that pose a threat to the efficacy of current COVID-19 vaccines and antibody therapies4. This concern is amplified by the findings of our study. Here we found that B.1.1.529 is markedly resistant to neutralization by serum not only from patients who recovered from COVID-19, but also from individuals who were vaccinated with one of the four widely used COVID-19 vaccines. Even serum from individuals who were vaccinated and received a booster dose of mRNA-based vaccines exhibited substantially diminished neutralizing activity against B.1.1.529. By evaluating a panel of monoclonal antibodies against all known epitope clusters on the spike protein, we noted that the activity of 17 out of the 19 antibodies tested were either abolished or impaired, including ones that are currently authorized or approved for use in patients. Moreover, we also identified four new spike mutations (S371L, N440K, G446S and Q493R) that confer greater antibody resistance on B.1.1.529. The Omicron variant presents a serious threat to many existing COVID-19 vaccines and therapies, compelling the development of new interventions that anticipate the evolutionary trajectory of SARS-CoV-2. The B.1.1.529/Omicron variant of SARS-CoV-2 is resistant to neutralization by serum not only from patients who recovered from COVID-19, but also from individuals vaccinated with one of the four widely used COVID-19 vaccines.

Abstract The identification of the Omicron (B.1.1.529.1 or BA.1) variant of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in Botswana in November 2021 1 immediately caused concern owing to the number of alterations in the spike glycoprotein that could lead to antibody evasion. We 2 and others 3–6 recently reported results confirming such a concern. Continuing surveillance of the evolution of Omicron has since revealed the rise in prevalence of two sublineages, BA.1 with an R346K alteration (BA.1+R346K, also known as BA.1.1) and B.1.1.529.2 (BA.2), with the latter containing 8 unique spike alterations and lacking 13 spike alterations found in BA.1. Here we extended our studies to include antigenic characterization of these new sublineages. Polyclonal sera from patients infected by wild-type SARS-CoV-2 or recipients of current mRNA vaccines showed a substantial loss in neutralizing activity against both BA.1+R346K and BA.2, with drops comparable to that already reported for BA.1 (refs. 2,3,5,6 ). These findings indicate that these three sublineages of Omicron are antigenically equidistant from the wild-type SARS-CoV-2 and thus similarly threaten the efficacies of current vaccines. BA.2 also exhibited marked resistance to 17 of 19 neutralizing monoclonal antibodies tested, including S309 (sotrovimab) 7 , which had retained appreciable activity against BA.1 and BA.1+R346K (refs. 2–4,6 ). This finding shows that no authorized monoclonal antibody therapy could adequately cover all sublineages of the Omicron variant, except for the recently authorized LY-CoV1404 (bebtelovimab).

Abstract SARS-CoV-2 Omicron subvariants BA.2.12.1 and BA.4/5 have surged notably to become dominant in the United States and South Africa, respectively 1,2 . These new subvariants carrying further mutations in their spike proteins raise concerns that they may further evade neutralizing antibodies, thereby further compromising the efficacy of COVID-19 vaccines and therapeutic monoclonals. We now report findings from a systematic antigenic analysis of these surging Omicron subvariants. BA.2.12.1 is only modestly (1.8-fold) more resistant to sera from vaccinated and boosted individuals than BA.2. However, BA.4/5 is substantially (4.2-fold) more resistant and thus more likely to lead to vaccine breakthrough infections. Mutation at spike residue L452 found in both BA.2.12.1 and BA.4/5 facilitates escape from some antibodies directed to the so-called class 2 and 3 regions of the receptor-binding domain 3 . The F486V mutation found in BA.4/5 facilitates escape from certain class 1 and 2 antibodies but compromises the spike affinity for the viral receptor. The R493Q reversion mutation, however, restores receptor affinity and consequently the fitness of BA.4/5. Among therapeutic antibodies authorized for clinical use, only bebtelovimab retains full potency against both BA.2.12.1 and BA.4/5. The Omicron lineage of SARS-CoV-2 continues to evolve, successively yielding subvariants that are not only more transmissible but also more evasive to antibodies.

The BQ and XBB subvariants of SARS-CoV-2 Omicron are now rapidly expanding, possibly due to altered antibody evasion properties deriving from their additional spike mutations. Here, we report that neutralization of BQ.1, BQ.1.1, XBB, and XBB.1 by sera from vaccinees and infected persons was markedly impaired, including sera from individuals boosted with a WA1/BA.5 bivalent mRNA vaccine. Titers against BQ and XBB subvariants were lower by 13- to 81-fold and 66- to 155-fold, respectively, far beyond what had been observed to date. Monoclonal antibodies capable of neutralizing the original Omicron variant were largely inactive against these new subvariants, and the responsible individual spike mutations were identified. These subvariants were found to have similar ACE2-binding affinities as their predecessors. Together, our findings indicate that BQ and XBB subvariants present serious threats to current COVID-19 vaccines, render inactive all authorized antibodies, and may have gained dominance in the population because of their advantage in evading antibodies.

Numerous antibodies that neutralize SARS-CoV-2 have been identified, and these generally target either the receptor-binding domain (RBD) or the N-terminal domain (NTD) of the viral spike. While RBD-directed antibodies have been extensively studied, far less is known about NTD-directed antibodies. Here, we report cryo-EM and crystal structures for seven potent NTD-directed neutralizing antibodies in complex with spike or isolated NTD. These structures defined several antibody classes, with at least one observed in multiple convalescent donors. The structures revealed that all seven antibodies target a common surface, bordered by glycans N17, N74, N122, and N149. This site—formed primarily by a mobile β-hairpin and several flexible loops—was highly electropositive, located at the periphery of the spike, and the largest glycan-free surface of NTD facing away from the viral membrane. Thus, in contrast to neutralizing RBD-directed antibodies that recognize multiple non-overlapping epitopes, potent NTD-directed neutralizing antibodies appear to target a single supersite.

Detailed studies of the broadly neutralizing antibodies (bNAbs) that underlie the best available examples of the humoral immune response to HIV are providing important information for the development of therapies and prophylaxis for HIV-1 infection. Here, we report a CD4-binding site (CD4bs) antibody, named N6, that potently neutralized 98% of HIV-1 isolates, including 16 of 20 that were resistant to other members of its class. N6 evolved a mode of recognition such that its binding was not impacted by the loss of individual contacts across the immunoglobulin heavy chain. In addition, structural analysis revealed that the orientation of N6 permitted it to avoid steric clashes with glycans, which is a common mechanism of resistance. Thus, an HIV-1-specific bNAb can achieve potent, near-pan neutralization of HIV-1, making it an attractive candidate for use in therapy and prophylaxis.

ABSTRACT We have recently reported the isolation of a novel virus, provisionally designated C/swine/Oklahoma/1334/2011 (C/OK), with 50% overall homology to human influenza C viruses (ICV), from a pig in Oklahoma. Deep RNA sequencing of C/OK virus found a matrix 1 (M1) protein expression strategy that differed from that of ICV. The novelty of C/OK virus prompted us to investigate whether C/OK virus could exist in a nonswine species. Significantly, we found that C/OK virus was widespread in U.S. bovine herds, as demonstrated by reverse transcription (RT)-PCR and serological assays. Genome sequencing of three bovine viruses isolated from two herds in different states further confirmed these findings. To determine whether swine/bovine C/OK viruses can undergo reassortment with human ICV, and to clarify the taxonomic status of C/OK, in vitro reassortment and serological typing by agar gel immunodiffusion (AGID) were conducted. In vitro reassortment using two human ICV and two swine and bovine C/OK viruses demonstrated that human ICV and C/OK viruses were unable to reassort and produce viable progeny. Antigenically, no cross-recognition of detergent split virions was observed in AGID between human and nonhuman viruses by using polyclonal antibodies that were reactive to cognate antigens. Taken together, these results demonstrate that C/OK virus is genetically and antigenically distinct from ICV. The classification of the new virus in a separate genus of the Orthomyxoviridae family is proposed. The finding of C/OK virus in swine and bovine indicates that this new virus may spread and establish infection in other mammals, including humans. IMPORTANCE Influenza C viruses (ICV) are common human pathogens, infecting most people during childhood and adolescence, and typically cause mild respiratory symptoms. While ICV have been isolated from both pigs and dogs, humans are thought to be the natural viral reservoir. Previously, we characterized an ICV-like virus isolated from pigs exhibiting symptoms of influenza virus-like illness. Here, we show molecular and serological data demonstrating widespread circulation of similar viruses in bovines. Deep RNA sequencing, phylogenetic analysis, and in vitro reassortment experiments demonstrate that animal ICV-like viruses are genetically distinct from human ICV. Antigenically, we show that ICV-like viruses are not recognized by ICV antibodies. En masse, these results suggest that bovine influenza virus warrants classification as a new genus of influenza virus. The finding of this novel virus that can infect multiple mammalian species warrants further research into its role in human health.

Of the Orthomyxoviridae family of viruses, only influenza A viruses are thought to exist as multiple subtypes and has non-human maintenance hosts. In April 2011, nasal swabs were collected for virus isolation from pigs exhibiting influenza-like illness. Subsequent electron microscopic, biochemical, and genetic studies identified an orthomyxovirus with seven RNA segments exhibiting approximately 50% overall amino acid identity to human influenza C virus. Based on its genetic organizational similarities to influenza C viruses this virus has been provisionally designated C/Oklahoma/1334/2011 (C/OK). Phylogenetic analysis of the predicted viral proteins found that the divergence between C/OK and human influenza C viruses was similar to that observed between influenza A and B viruses. No cross reactivity was observed between C/OK and human influenza C viruses using hemagglutination inhibition (HI) assays. Additionally, screening of pig and human serum samples found that 9.5% and 1.3%, respectively, of individuals had measurable HI antibody titers to C/OK virus. C/OK virus was able to infect both ferrets and pigs and transmit to naive animals by direct contact. Cell culture studies showed that C/OK virus displayed a broader cellular tropism than a human influenza C virus. The observed difference in cellular tropism was further supported by structural analysis showing that hemagglutinin esterase (HE) proteins between two viruses have conserved enzymatic but divergent receptor-binding sites. These results suggest that C/OK virus represents a new subtype of influenza C viruses that currently circulates in pigs that has not been recognized previously. The presence of multiple subtypes of co-circulating influenza C viruses raises the possibility of reassortment and antigenic shift as mechanisms of influenza C virus evolution.