Abstract The B.1.617.2 (Delta) variant of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) was first identified in the state of Maharashtra in late 2020 and spread throughout India, outcompeting pre-existing lineages including B.1.617.1 (Kappa) and B.1.1.7 (Alpha) 1 . In vitro, B.1.617.2 is sixfold less sensitive to serum neutralizing antibodies from recovered individuals, and eightfold less sensitive to vaccine-elicited antibodies, compared with wild-type Wuhan-1 bearing D614G. Serum neutralizing titres against B.1.617.2 were lower in ChAdOx1 vaccinees than in BNT162b2 vaccinees. B.1.617.2 spike pseudotyped viruses exhibited compromised sensitivity to monoclonal antibodies to the receptor-binding domain and the amino-terminal domain. B.1.617.2 demonstrated higher replication efficiency than B.1.1.7 in both airway organoid and human airway epithelial systems, associated with B.1.617.2 spike being in a predominantly cleaved state compared with B.1.1.7 spike. The B.1.617.2 spike protein was able to mediate highly efficient syncytium formation that was less sensitive to inhibition by neutralizing antibody, compared with that of wild-type spike. We also observed that B.1.617.2 had higher replication and spike-mediated entry than B.1.617.1, potentially explaining the B.1.617.2 dominance. In an analysis of more than 130 SARS-CoV-2-infected health care workers across three centres in India during a period of mixed lineage circulation, we observed reduced ChAdOx1 vaccine effectiveness against B.1.617.2 relative to non-B.1.617.2, with the caveat of possible residual confounding. Compromised vaccine efficacy against the highly fit and immune-evasive B.1.617.2 Delta variant warrants continued infection control measures in the post-vaccination era.

The spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is critical for virus infection through the engagement of the human ACE2 protein1 and is a major antibody target. Here we show that chronic infection with SARS-CoV-2 leads to viral evolution and reduced sensitivity to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma, by generating whole-genome ultra-deep sequences for 23 time points that span 101 days and using in vitro techniques to characterize the mutations revealed by sequencing. There was little change in the overall structure of the viral population after two courses of remdesivir during the first 57 days. However, after convalescent plasma therapy, we observed large, dynamic shifts in the viral population, with the emergence of a dominant viral strain that contained a substitution (D796H) in the S2 subunit and a deletion (ΔH69/ΔV70) in the S1 N-terminal domain of the spike protein. As passively transferred serum antibodies diminished, viruses with the escape genotype were reduced in frequency, before returning during a final, unsuccessful course of convalescent plasma treatment. In vitro, the spike double mutant bearing both ΔH69/ΔV70 and D796H conferred modestly decreased sensitivity to convalescent plasma, while maintaining infectivity levels that were similar to the wild-type virus.The spike substitution mutant D796H appeared to be the main contributor to the decreased susceptibility to neutralizing antibodies, but this mutation resulted in an infectivity defect. The spike deletion mutant ΔH69/ΔV70 had a twofold higher level of infectivity than wild-type SARS-CoV-2, possibly compensating for the reduced infectivity of the D796H mutation. These data reveal strong selection on SARS-CoV-2 during convalescent plasma therapy, which is associated with the emergence of viral variants that show evidence of reduced susceptibility to neutralizing antibodies in immunosuppressed individuals. Chronic infection with SARS-CoV-2 leads to the emergence of viral variants that show reduced susceptibility to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma.

Transmission of SARS-CoV-2 is uncontrolled in many parts of the world; control is compounded in some areas by the higher transmission potential of the B.1.1.7 variant1, which has now been reported in 94 countries. It is unclear whether the response of the virus to vaccines against SARS-CoV-2 on the basis of the prototypic strain will be affected by the mutations found in B.1.1.7. Here we assess the immune responses of individuals after vaccination with the mRNA-based vaccine BNT162b22. We measured neutralizing antibody responses after the first and second immunizations using pseudoviruses that expressed the wild-type spike protein or a mutated spike protein that contained the eight amino acid changes found in the B.1.1.7 variant. The sera from individuals who received the vaccine exhibited a broad range of neutralizing titres against the wild-type pseudoviruses that were modestly reduced against the B.1.1.7 variant. This reduction was also evident in sera from some patients who had recovered from COVID-19. Decreased neutralization of the B.1.1.7 variant was also observed for monoclonal antibodies that target the N-terminal domain (9 out of 10) and the receptor-binding motif (5 out of 31), but not for monoclonal antibodies that recognize the receptor-binding domain that bind outside the receptor-binding motif. Introduction of the mutation that encodes the E484K substitution in the B.1.1.7 background to reflect a newly emerged variant of concern (VOC 202102/02) led to a more-substantial loss of neutralizing activity by vaccine-elicited antibodies and monoclonal antibodies (19 out of 31) compared with the loss of neutralizing activity conferred by the mutations in B.1.1.7 alone. The emergence of the E484K substitution in a B.1.1.7 background represents a threat to the efficacy of the BNT162b2 vaccine. Sera from vaccinated individuals and some monoclonal antibodies show a modest reduction in neutralizing activity against the B.1.1.7 variant of SARS-CoV-2; but the E484K substitution leads to a considerable loss of neutralizing activity.

Abstract Although two-dose mRNA vaccination provides excellent protection against SARS-CoV-2, there is little information about vaccine efficacy against variants of concern (VOC) in individuals above eighty years of age 1 . Here we analysed immune responses following vaccination with the BNT162b2 mRNA vaccine 2 in elderly participants and younger healthcare workers. Serum neutralization and levels of binding IgG or IgA after the first vaccine dose were lower in older individuals, with a marked drop in participants over eighty years old. Sera from participants above eighty showed lower neutralization potency against the B.1.1.7 (Alpha), B.1.351 (Beta) and P.1. (Gamma) VOC than against the wild-type virus and were more likely to lack any neutralization against VOC following the first dose. However, following the second dose, neutralization against VOC was detectable regardless of age. The frequency of SARS-CoV-2 spike-specific memory B cells was higher in elderly responders (whose serum showed neutralization activity) than in non-responders after the first dose. Elderly participants showed a clear reduction in somatic hypermutation of class-switched cells. The production of interferon-γ and interleukin-2 by SARS-CoV-2 spike-specific T cells was lower in older participants, and both cytokines were secreted primarily by CD4 T cells. We conclude that the elderly are a high-risk population and that specific measures to boost vaccine responses in this population are warranted, particularly where variants of concern are circulating.

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 Over 20 mutations have been identified in the N-Terminal Domain (NTD) of SARS-CoV-2 spike and yet few of them are fully characterised. Here we first examined the contribution of the NTD to infection and cell-cell fusion by constructing different VOC-based chimeric spikes bearing B.1617 lineage (Delta and Kappa variants) NTDs and generating spike pseudotyped lentivirus (PV). We found the Delta NTD on a Kappa or WT background increased spike S1/S2 cleavage efficiency and virus entry, specifically in Calu-3 lung cells and airway organoids, through use of TMPRSS2. We have previously shown Delta spike confers rapid cell-cell fusion kinetics; here we show that increased fusogenicity can be conferred to WT and Kappa variant spikes by transfer of the Delta NTD. Moving to contemporary variants, we found that BA.2 had higher entry efficiency in a range of cell types as compared to BA.1. BA.2 showed higher fusogenic activity than BA.1, but the BA.2 NTD could not confer higher fusion to BA.1 spike. There was low efficiency of TMPRSS2 usage by both BA.1 and BA.2, and chimeras of Omicron BA.1 and BA.2 spikes with a Delta NTD did not result in more efficient use of TMRPSS2 or cell-cell fusogenicity. We conclude that the NTD allosterically modulates S1/S2 cleavage and spike-mediated functions such as entry and cell-cell fusion in a spike context dependent manner, and allosteric interactions may be lost when combining regions from more distantly related spike proteins. These data may explain the lack of successful SARS-CoV-2 inter-variant recombinants bearing breakpoints within spike.

Abstract SARS-CoV-2 amino acid replacements in the receptor binding domain (RBD) occur relatively frequently and some have a consequence for immune recognition. Here we report recurrent emergence and significant onward transmission of a six-nucleotide out of frame deletion in the S gene, which results in loss of two amino acids: H69 and V70. We report that in human infections ΔH69/V70 often co-occurs with the receptor binding motif amino acid replacements N501Y, N439K and Y453F, and in the latter two cases has followed the RBD mutation. One of the ΔH69/V70+ N501Y lineages, now known as B.1.1.7, has undergone rapid expansion and includes eight S gene mutations: RBD (N501Y and A570D), S1 (ΔH69/V70 and Δ144) and S2 (P681H, T716I, S982A and D1118H). In vitro , we show that ΔH69/V70 does not reduce serum neutralisation across multiple convalescent sera. However, ΔH69/V70 increases infectivity and is associated with increased incorporation of cleaved spike into virions. ΔH69/V70 is able to compensate for small infectivity defects induced by RBD mutations N501Y, N439K and Y453F. In addition, replacement of H69 and V70 residues in the B.1.1.7 spike reduces its infectivity and spike mediated cell-cell fusion. Based on our data ΔH69/V70 likely acts as a permissive mutation that allows acquisition of otherwise deleterious immune escape mutations. Enhanced surveillance for the ΔH69/V70 deletion with and without RBD mutations should be considered as a global priority not only as a marker for the B.1.1.7 variant, but potentially also for other emerging variants of concern. Vaccines designed to target the deleted spike protein could mitigate against its emergence as increased selective forces from immunity and vaccines increase globally. Highlights ΔH69/V70 is present in at least 28 SARS-CoV-2 lineages ΔH69/V70 does not confer escape from convalescent sera ΔH69/V70 increases spike infectivity and compensates for RBD mutations ΔH69/V70 is associated with greater spike cleavage B.1.1.7 requires ΔH69/V70 for optimal spike cleavage and infectivity

Background: Protease Inhibitors (PIs) are critically important anti-HIV drugs. Only around 20% of individuals who fail PI regimens develop major resistance mutations in protease. We sought to explore the role of mutations in gag-proteasegenotypic and phenotypic changes within six Nigerian patients who failed PI-based regimens without known drug resistance associated proteasemutations in order to identify novel determinants of PI resistance. Methods: NGS was followed by haplotype reconstruction.Gag-protease was amplified from baseline (pre-PI) and virologic failure (VF) samples, and used to construct pseudotyped viruses. Susceptibility to lopinavir (LPV) and darunavir (DRV) were measured using a single-cycle replication assay. Results: We found 4-fold lower LPV susceptibility during failure of second line treatment in 1/6 individuals. A combination of four mutations (S126del, H127del, T122A and G123E) in p17 matrix of baseline virus generated a similar 4x decrease in susceptibility to LPV but not darunavir. These four amino acid changes were also able to confer LPV resistance to a subtype B gag-protease backbone. Western blotting did not demonstrate significant Gag cleavage differences between sensitive and resistant isolates. Resistant viruses had around 2-fold lower infectivity compared to sensitive clones in the absence of drug. NGS combined with haplotype reconstruction revealed resistant, less fit clones emerged from a minority population at baseline and thereafter persisted alongside sensitive fitter viruses. Conclusions: We have used a multi-pronged genotypic and phenotypic approach to document emergence and temporal dynamics of a novel protease inhibitor resistance signature in p17 matrix, revealing the interplay between Gag associated resistance and fitness.

Abstract The SARS-CoV-2 B.1.617.2 (Delta) variant was first identified in the state of Maharashtra in late 2020 and spread throughout India, outcompeting pre-existing lineages including B.1.617.1 (Kappa) and B.1.1.7 (Alpha). In vitro , B.1.617.2 is 6-fold less sensitive to serum neutralising antibodies from recovered individuals, and 8-fold less sensitive to vaccine-elicited antibodies as compared to wild type Wuhan-1 bearing D614G. Serum neutralising titres against B.1.617.2 were lower in ChAdOx-1 versus BNT162b2 vaccinees. B.1.617.2 spike pseudotyped viruses exhibited compromised sensitivity to monoclonal antibodies against the receptor binding domain (RBD) and N-terminal domain (NTD), in particular to the clinically approved bamlavinimab and imdevimab monoclonal antibodies. B.1.617.2 demonstrated higher replication efficiency in both airway organoid and human airway epithelial systems as compared to B.1.1.7, associated with B.1.617.2 spike being in a predominantly cleaved state compared to B.1.1.7. Additionally we observed that B.1.617.2 had higher replication and spike mediated entry as compared to B.1.617.1, potentially explaining B.1.617.2 dominance. In an analysis of over 130 SARS-CoV-2 infected healthcare workers across three centres in India during a period of mixed lineage circulation, we observed substantially reduced ChAdOx-1 vaccine efficacy against B.1.617.2 relative to non-B.1.617.2. Compromised vaccine efficacy against the highly fit and immune evasive B.1.617.2 Delta variant warrants continued infection control measures in the post-vaccination era.