The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein substitution D614G became dominant during the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic1,2. However, the effect of this variant on viral spread and vaccine efficacy remains to be defined. Here we engineered the spike D614G substitution in the USA-WA1/2020 SARS-CoV-2 strain, and found that it enhances viral replication in human lung epithelial cells and primary human airway tissues by increasing the infectivity and stability of virions. Hamsters infected with SARS-CoV-2 expressing spike(D614G) (G614 virus) produced higher infectious titres in nasal washes and the trachea, but not in the lungs, supporting clinical evidence showing that the mutation enhances viral loads in the upper respiratory tract of COVID-19 patients and may increase transmission. Sera from hamsters infected with D614 virus exhibit modestly higher neutralization titres against G614 virus than against D614 virus, suggesting that the mutation is unlikely to reduce the ability of vaccines in clinical trials to protect against COVID-19, and that therapeutic antibodies should be tested against the circulating G614 virus. Together with clinical findings, our work underscores the importance of this variant in viral spread and its implications for vaccine efficacy and antibody therapy. The SARS-CoV-2 variant expressing spike(D641G) shows increased infectivity in human lung epithelial cells and in hamster and primary human upper airway tissues, but is more susceptible to neutralization by antibodies raised against SARS-CoV-2.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) replication and host immune response determine coronavirus disease 2019 (COVID-19), but studies evaluating viral evasion of immune response are lacking. Here, we use unbiased screening to identify SARS-CoV-2 proteins that antagonize type I interferon (IFN-I) response. We found three proteins that antagonize IFN-I production via distinct mechanisms: nonstructural protein 6 (nsp6) binds TANK binding kinase 1 (TBK1) to suppress interferon regulatory factor 3 (IRF3) phosphorylation, nsp13 binds and blocks TBK1 phosphorylation, and open reading frame 6 (ORF6) binds importin Karyopherin α 2 (KPNA2) to inhibit IRF3 nuclear translocation. We identify two sets of viral proteins that antagonize IFN-I signaling through blocking signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1)/STAT2 phosphorylation or nuclear translocation. Remarkably, SARS-CoV-2 nsp1 and nsp6 suppress IFN-I signaling more efficiently than SARS-CoV and Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV). Thus, when treated with IFN-I, a SARS-CoV-2 replicon replicates to a higher level than chimeric replicons containing nsp1 or nsp6 from SARS-CoV or MERS-CoV. Altogether, the study provides insights on SARS-CoV-2 evasion of IFN-I response and its potential impact on viral transmission and pathogenesis.

We engineered three severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) viruses containing key spike mutations from the newly emerged United Kingdom (UK) and South African (SA) variants: N501Y from UK and SA; 69/70-deletion + N501Y + D614G from UK; and E484K + N501Y + D614G from SA. Neutralization geometric mean titers (GMTs) of 20 BTN162b2 vaccine-elicited human sera against the three mutant viruses were 0.81- to 1.46-fold of the GMTs against parental virus, indicating small effects of these mutations on neutralization by sera elicited by two BNT162b2 doses.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is continuing to evolve around the world, generating new variants that are of concern on the basis of their potential for altered transmissibility, pathogenicity, and coverage by vaccines and therapeutic agents1-5. Here we show that serum samples taken from twenty human volunteers, two or four weeks after their second dose of the BNT162b2 vaccine, neutralize engineered SARS-CoV-2 with a USA-WA1/2020 genetic background (a virus strain isolated in January 2020) and spike glycoproteins from the recently identified B.1.617.1, B.1.617.2, B.1.618 (all of which were first identified in India) or B.1.525 (first identified in Nigeria) lineages. Geometric mean plaque reduction neutralization titres against the variant viruses-particularly the B.1.617.1 variant-seemed to be lower than the titre against the USA-WA1/2020 virus, but all sera tested neutralized the variant viruses at titres of at least 1:40. The susceptibility of the variant strains to neutralization elicited by the BNT162b2 vaccine supports mass immunization as a central strategy to end the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic globally.

The newly emerged severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Omicron sublineages, including the BA.2-derived BA.2.75.2 and the BA.5-derived BQ.1.1 and XBB.1, have accumulated additional spike mutations that may affect vaccine effectiveness. Here we report neutralizing activities of three human serum panels collected from individuals 23–94 days after dose 4 of a parental mRNA vaccine; 14–32 days after a BA.5 bivalent booster from individuals with 2–4 previous doses of parental mRNA vaccine; or 14–32 days after a BA.5 bivalent booster from individuals with previous SARS-CoV-2 infection and 2–4 doses of parental mRNA vaccine. The results showed that a BA.5 bivalent booster elicited a high neutralizing titer against BA.4/5 measured at 14–32 days after boost; however, the BA.5 bivalent booster did not produce robust neutralization against the newly emerged BA.2.75.2, BQ.1.1 or XBB.1. Previous infection substantially enhanced the magnitude and breadth of BA.5 bivalent booster-elicited neutralization. Our data support a vaccine update strategy that future boosters should match newly emerged circulating SARS-CoV-2 variants. Circulating variants of SARS-CoV-2 continue to evade neutralization by COVID-19 vaccines, including bivalent boosters that target the BA.4/BA.5 variants of concern, suggesting that strategies to get ahead of the virus’ evolution might be warranted.

We report that severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Delta spike mutation P681R plays a key role in the Alpha-to-Delta variant replacement during the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic. Delta SARS-CoV-2 efficiently outcompetes the Alpha variant in human lung epithelial cells and primary human airway tissues. The Delta spike mutation P681R is located at a furin cleavage site that separates the spike 1 (S1) and S2 subunits. Reverting the P681R mutation to wild-type P681 significantly reduces the replication of the Delta variant to a level lower than the Alpha variant. Mechanistically, the Delta P681R mutation enhances the cleavage of the full-length spike to S1 and S2, which could improve cell-surface-mediated virus entry. In contrast, the Alpha spike also has a mutation at the same amino acid (P681H), but the cleavage of the Alpha spike is reduced compared with the Delta spike. Our results suggest P681R as a key mutation in enhancing Delta-variant replication via increased S1/S2 cleavage.

Virus-host interactions determine an infection outcome. The Asian lineage of Zika virus (ZIKV), responsible for the recent epidemics, has fixed a mutation in the NS1 gene after 2012 that enhances mosquito infection. Here we report that the same mutation confers NS1 to inhibit interferon-β induction. This mutation enables NS1 binding to TBK1 and reduces TBK1 phosphorylation. Engineering the mutation into a pre-epidemic ZIKV strain debilitates the virus for interferon-β induction; reversing the mutation in an epidemic ZIKV strain invigorates the virus for interferon-β induction; these mutational effects are lost in IRF3-knockout cells. Additionally, ZIKV NS2A, NS2B, NS4A, NS4B, and NS5 can also suppress interferon-β production through targeting distinct components of the RIG-I pathway; however, for these proteins, no antagonistic difference is observed among various ZIKV strains. Our results support the mechanism that ZIKV has accumulated mutation(s) that increases the ability to evade immune response and potentiates infection and epidemics.

We engineered three SARS-CoV-2 viruses containing key spike mutations from the newly emerged United Kingdom (UK) and South African (SA) variants: N501Y from UK and SA; 69/70-deletion+N501Y+D614G from UK; and E484K+N501Y+D614G from SA. Neutralization geometric mean titers (GMTs) of twenty BTN162b2 vaccine-elicited human sera against the three mutant viruses were 0.81- to 1.46-fold of the GMTs against parental virus, indicating small effects of these mutations on neutralization by sera elicited by two BNT162b2 doses.

Abstract The newly emerged SARS-CoV-2 Omicron BQ.1.1, XBB.1, and other sublineages have accumulated additional spike mutations that may affect vaccine effectiveness. Here we report neutralizing activities of three human serum panels collected from individuals 1-3 months after dose 4 of parental mRNA vaccine (post-dose-4), 1 month after a BA.5-bivalent-booster (BA.5-bivalent-booster), or 1 month after a BA.5-bivalent-booster with previous SARS-CoV-2 infection (BA.5-bivalent-booster-infection). Post-dose-4 sera neutralized USA-WA1/2020, BA.5, BF.7, BA.4.6, BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1 SARS-CoV-2 with geometric mean titers (GMTs) of 1533, 95, 69, 62, 26, 22, and 15, respectively; BA.5-bivalent-booster sera improved the GMTs to 3620, 298, 305, 183, 98, 73, and 35; BA.5-bivalent-booster-infection sera further increased the GMTs to 5776, 1558,1223, 744, 367, 267, and 103. Thus, although BA.5-bivalent-booster elicits better neutralization than parental vaccine, it does not produce robust neutralization against the newly emerged Omicron BA.2.75.2, BQ.1.1, and XBB.1. Previous infection enhances the magnitude and breadth of BA.5-bivalent-booster-elicited neutralization.

Abstract We report the antibody neutralization against Omicron SARS-CoV-2 after 2 and 3 doses of BNT162b2 mRNA vaccine. Vaccinated individuals were serially tested for their neutralization against wild-type SARS-CoV-2 (strain USA-WA1/2020) and an engineered USA-WA1/2020 bearing the Omicron spike glycoprotein. Plaque reduction neutralization results showed that at 2 or 4 weeks post-dose-2, the neutralization geometric mean titers (GMTs) were 511 and 20 against the wild-type and Omicron-spike viruses, respectively, suggesting that two doses of BNT162b2 were not sufficient to elicit robust neutralization against Omicron; at 1 month post-dose-3, the neutralization GMTs increased to 1342 and 336, respectively, indicating that three doses of vaccine increased the magnitude and breadth of neutralization against Omicron; at 4 months post-dose-3, the neutralization GMTs decreased to 820 and 171, respectively, suggesting similar neutralization decay kinetics for both variants. The data support a three-dose vaccine strategy and provide the first glimpse of the neutralization durability against Omicron.