Abstract The current practice for diagnosis of COVID-19, based on SARS-CoV-2 PCR testing of pharyngeal or respiratory specimens in a symptomatic patient at high epidemiologic risk, likely underestimates the true prevalence of infection. Serologic methods can more accurately estimate the disease burden by detecting infections missed by the limited testing performed to date. Here, we describe the validation of a coronavirus antigen microarray containing immunologically significant antigens from SARS-CoV-2, in addition to SARS-CoV, MERS-CoV, common human coronavirus strains, and other common respiratory viruses. A comparison of antibody profiles detected on the array from control sera collected prior to the SARS-CoV-2 pandemic versus convalescent blood specimens from virologically confirmed COVID-19 cases demonstrates near complete discrimination of these two groups, with improved performance from use of antigen combinations that include both spike protein and nucleoprotein. This array can be used as a diagnostic tool, as an epidemiologic tool to more accurately estimate the disease burden of COVID-19, and as a research tool to correlate antibody responses with clinical outcomes.

ABSTRACT Influenza within-host viral populations are the source of all global influenza diversity and play an important role in driving the evolution and escape of the influenza virus from human immune responses, antiviral treatment, and vaccines, and have been used in precision tracking of influenza transmission chains. Next Generation Sequencing (NGS) has greatly improved our ability to study these populations, however, major challenges remain, such as accurate identification of intra-host single nucleotide variants (iSNVs) that represent within-host viral diversity of influenza virus. In order to investigate the sources and the frequency of called iSNVs in influenza samples, we used a set of longitudinal influenza patient samples collected within a University of Maryland (UMD) cohort of college students in a living learning community. Our results indicate that technical replicates aid in removal of random RT-PCR, PCR, and platform sequencing errors, while the use of clonal plasmids for removal of systematic errors is more important in samples of low RNA abundance. We show that the choice of reference for read mapping affects the frequency of called iSNVs, with the sample self-reference resulting in the lowest amount of iSNV noise. The importance of variant caller choice is also highlighted in our study, as we observe differential sensitivity of variant callers to the mapping reference choice, as well as the poor overlap of their called iSNVs. Based on this, we develop an approach for identification of highly probable iSNVs by removal of sequencing and bioinformatics algorithm-associated errors, which we implement in phylogenetic analyses of the UMD samples for a greater resolution of transmission links. In addition to identifying closely related transmission connections supported by the presence of highly confident shared iSNVs between patients, our results also indicate that the rate of minor variant turnover within a host may be a limiting factor for utilization of iSNVs to determine patient epidemiological links.

The current practice for diagnosis of SARS-CoV-2 infection relies on PCR testing of nasopharyngeal or respiratory specimens in a symptomatic patient at high epidemiologic risk. This testing strategy likely underestimates the true prevalence of infection, creating the need for serologic methods to detect infections missed by the limited testing to date. Here, we describe the development of a coronavirus antigen microarray containing immunologically significant antigens from SARS-CoV-2, in addition to SARS-CoV, MERS-CoV, common human coronavirus strains, and other common respiratory viruses. A preliminary study of human sera collected prior to the SARS-CoV-2 pandemic demonstrates overall high IgG reactivity to common human coronaviruses and low IgG reactivity to epidemic coronaviruses including SARS-CoV-2, with some cross-reactivity of conserved antigenic domains including S2 domain of spike protein and nucleocapsid protein. This array can be used to answer outstanding questions regarding SARS-CoV-2 infection, including whether baseline serology for other coronaviruses impacts disease course, how the antibody response to infection develops over time, and what antigens would be optimal for vaccine development.

The current practice for diagnosis of COVID-19, based on SARS-CoV-2 PCR testing of pharyngeal or respiratory specimens in a symptomatic patient at high epidemiologic risk, likely underestimates the true prevalence of infection. Serologic methods can more accurately estimate the disease burden by detecting infections missed by the limited testing performed to date. Here, we describe the validation of a coronavirus antigen microarray containing immunologically significant antigens from SARS-CoV-2, in addition to SARS-CoV, MERS-CoV, common human coronavirus strains, and other common respiratory viruses. A comparison of antibody profiles detected on the array from control sera collected prior to the SARS-CoV-2 pandemic versus convalescent blood specimens from virologically confirmed COVID-19 cases demonstrates complete discrimination of these two groups. This array can be used as a diagnostic tool, as an epidemiologic tool to more accurately estimate the disease burden of COVID-19, and as a research tool to correlate antibody responses with clinical outcomes.### Competing Interest StatementThe coronavirus antigen microarray is intellectual property of the Regents of the University of California that is licensed for commercialization to Nanommune Inc. (Irvine, CA), a private company for which Philip L. Felgner is the largest shareholder and several co-authors (de Assis, Jain, Nakajima, Jasinskas, Obiero, Davies, and Khan) also own shares. Nanommune Inc. has a business partnership with Sino Biological Inc. (Beijing, China) which expressed and purified the antigens used in this study. The convalescent plasma used in this study was collected for clinical use by independent blood centers using licensed plasma or platelet processing systems manufactured by Cerus Corporation, for which multiple authors (Corash, Bagri) are shareholders and employees.

Tight-fitting masks and respirators, in manikin studies, improved aerosol source control compared to loose-fitting masks. Whether this translates to humans is not known.