Recent studies have provided insights into the pathogenesis of coronavirus disease 2019 (COVID-19)1–4. However, the longitudinal immunological correlates of disease outcome remain unclear. Here we serially analysed immune responses in 113 patients with moderate or severe COVID-19. Immune profiling revealed an overall increase in innate cell lineages, with a concomitant reduction in T cell number. An early elevation in cytokine levels was associated with worse disease outcomes. Following an early increase in cytokines, patients with moderate COVID-19 displayed a progressive reduction in type 1 (antiviral) and type 3 (antifungal) responses. By contrast, patients with severe COVID-19 maintained these elevated responses throughout the course of the disease. Moreover, severe COVID-19 was accompanied by an increase in multiple type 2 (anti-helminths) effectors, including interleukin-5 (IL-5), IL-13, immunoglobulin E and eosinophils. Unsupervised clustering analysis identified four immune signatures, representing growth factors (A), type-2/3 cytokines (B), mixed type-1/2/3 cytokines (C), and chemokines (D) that correlated with three distinct disease trajectories. The immune profiles of patients who recovered from moderate COVID-19 were enriched in tissue reparative growth factor signature A, whereas the profiles of those with who developed severe disease had elevated levels of all four signatures. Thus, we have identified a maladapted immune response profile associated with severe COVID-19 and poor clinical outcome, as well as early immune signatures that correlate with divergent disease trajectories. A longitudinal analysis of immune responses in patients with moderate or severe COVID-19 identifies a maladapted immune response profile linked to severe disease.

Although COVID-19 is considered to be primarily a respiratory disease, SARS-CoV-2 affects multiple organ systems including the central nervous system (CNS). Yet, there is no consensus on the consequences of CNS infections. Here, we used three independent approaches to probe the capacity of SARS-CoV-2 to infect the brain. First, using human brain organoids, we observed clear evidence of infection with accompanying metabolic changes in infected and neighboring neurons. However, no evidence for type I interferon responses was detected. We demonstrate that neuronal infection can be prevented by blocking ACE2 with antibodies or by administering cerebrospinal fluid from a COVID-19 patient. Second, using mice overexpressing human ACE2, we demonstrate SARS-CoV-2 neuroinvasion in vivo. Finally, in autopsies from patients who died of COVID-19, we detect SARS-CoV-2 in cortical neurons and note pathological features associated with infection with minimal immune cell infiltrates. These results provide evidence for the neuroinvasive capacity of SARS-CoV-2 and an unexpected consequence of direct infection of neurons by SARS-CoV-2.

The recent spread of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) exemplifies the critical need for accurate and rapid diagnostic assays to prompt clinical and public health interventions. Currently, several quantitative reverse transcription–PCR (RT–qPCR) assays are being used by clinical, research and public health laboratories. However, it is currently unclear whether results from different tests are comparable. Our goal was to make independent evaluations of primer–probe sets used in four common SARS-CoV-2 diagnostic assays. From our comparisons of RT–qPCR analytical efficiency and sensitivity, we show that all primer–probe sets can be used to detect SARS-CoV-2 at 500 viral RNA copies per reaction. The exception for this is the RdRp-SARSr (Charité) confirmatory primer–probe set which has low sensitivity, probably due to a mismatch to circulating SARS-CoV-2 in the reverse primer. We did not find evidence for background amplification with pre-COVID-19 samples or recent SARS-CoV-2 evolution decreasing sensitivity. Our recommendation for SARS-CoV-2 diagnostic testing is to select an assay with high sensitivity and that is regionally used, to ease comparability between outcomes. This is a comparative analysis of the performance of the primer–probe sets from four open-source molecular diagnostic assays for SARS-CoV-2 recommended by the World Health Organization.

COVID-19 manifests with a wide spectrum of clinical phenotypes that are characterized by exaggerated and misdirected host immune responses1–6. Although pathological innate immune activation is well-documented in severe disease1, the effect of autoantibodies on disease progression is less well-defined. Here we use a high-throughput autoantibody discovery technique known as rapid extracellular antigen profiling7 to screen a cohort of 194 individuals infected with SARS-CoV-2, comprising 172 patients with COVID-19 and 22 healthcare workers with mild disease or asymptomatic infection, for autoantibodies against 2,770 extracellular and secreted proteins (members of the exoproteome). We found that patients with COVID-19 exhibit marked increases in autoantibody reactivities as compared to uninfected individuals, and show a high prevalence of autoantibodies against immunomodulatory proteins (including cytokines, chemokines, complement components and cell-surface proteins). We established that these autoantibodies perturb immune function and impair virological control by inhibiting immunoreceptor signalling and by altering peripheral immune cell composition, and found that mouse surrogates of these autoantibodies increase disease severity in a mouse model of SARS-CoV-2 infection. Our analysis of autoantibodies against tissue-associated antigens revealed associations with specific clinical characteristics. Our findings suggest a pathological role for exoproteome-directed autoantibodies in COVID-19, with diverse effects on immune functionality and associations with clinical outcomes. Rapid extracellular antigen profiling of a cohort of 194 individuals infected with SARS-CoV-2 uncovers diverse autoantibody responses that affect COVID-19 disease severity, progression and clinical and immunological characteristics.

BACKGROUND. The effects of the novel coronavirus disease 2019 (COVID-19) in pregnancy remain relatively unknown. We present a case of second trimester pregnancy with symptomatic COVID-19 complicated by severe preeclampsia and placental abruption.

Abstract The impact of coronavirus disease 2019 (COVID-19) mRNA vaccination on pregnancy and fertility has become a major topic of public interest. We investigated two of the most widely propagated claims to determine 1) whether COVID-19 mRNA vaccination of mice during early pregnancy is associated with an increased incidence of birth defects or growth abnormalities, and 2) whether COVID-19 mRNA-vaccinated human volunteers exhibit elevated levels of antibodies to the human placental protein syncytin-1. Using a mouse model, we found that intramuscular COVID-19 mRNA vaccination during early pregnancy at gestational age E7.5 did not lead to differences in fetal size by crown-rump length or weight at term, nor did we observe any gross birth defects. In contrast, injection of the TLR3 agonist and double-stranded RNA mimic polyinosinic-polycytidylic acid, or poly(I:C), impacted growth in utero leading to reduced fetal size. No overt maternal illness following either vaccination or poly(I:C) exposure was observed. We also found that term fetuses from vaccinated murine pregnancies exhibit high circulating levels of anti-Spike and anti-RBD antibodies to SARS-CoV-2 consistent with maternal antibody status, indicating transplacental transfer. Finally, we did not detect increased levels of circulating anti-syncytin-1 antibodies in a cohort of COVID-19 vaccinated adults compared to unvaccinated adults by ELISA. Our findings contradict popular claims associating COVID-19 mRNA vaccination with infertility and adverse neonatal outcomes.

Summary Although COVID-19 is considered to be primarily a respiratory disease, SARS-CoV-2 affects multiple organ systems including the central nervous system (CNS). Yet, there is no consensus whether the virus can infect the brain, or what the consequences of CNS infection are. Here, we used three independent approaches to probe the capacity of SARS-CoV-2 to infect the brain. First, using human brain organoids, we observed clear evidence of infection with accompanying metabolic changes in the infected and neighboring neurons. However, no evidence for the type I interferon responses was detected. We demonstrate that neuronal infection can be prevented either by blocking ACE2 with antibodies or by administering cerebrospinal fluid from a COVID-19 patient. Second, using mice overexpressing human ACE2, we demonstrate in vivo that SARS-CoV-2 neuroinvasion, but not respiratory infection, is associated with mortality. Finally, in brain autopsy from patients who died of COVID-19, we detect SARS-CoV-2 in the cortical neurons, and note pathologic features associated with infection with minimal immune cell infiltrates. These results provide evidence for the neuroinvasive capacity of SARS-CoV2, and an unexpected consequence of direct infection of neurons by SARS-CoV-2.