Since the start of the coronavirus disease-2019 (COVID-19) pandemic, severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) has caused more than 2 million deaths worldwide. Multiple vaccines have been deployed to date, but the continual evolution of the viral receptor-binding domain (RBD) has recently challenged their efficacy. In particular, SARS-CoV-2 variants originating in the U.K. (B.1.1.7), South Africa (B.1.351) and New York (B.1.526) have reduced neutralization activity from convalescent sera and compromised the efficacy of antibody cocktails that received emergency use authorization. Whereas vaccines can be updated periodically to account for emerging variants, complementary strategies are urgently needed to avert viral escape. One potential alternative is the use of camelid VHHs (also known as nanobodies), which due to their small size can recognize protein crevices that are inaccessible to conventional antibodies. Here, we isolate anti-RBD nanobodies from llamas and “nanomice” we engineered to produce VHHs cloned from alpacas, dromedaries and camels. Through binding assays and cryo-electron microscopy, we identified two sets of highly neutralizing nanobodies. The first group expresses VHHs that circumvent RBD antigenic drift by recognizing a region outside the ACE2-binding site that is conserved in coronaviruses but is not typically targeted by monoclonal antibodies. The second group is almost exclusively focused to the RBD-ACE2 interface and fails to neutralize pseudoviruses carrying the E484K or N501Y substitutions. Notably however, they do neutralize the RBD variants when expressed as homotrimers, rivaling the most potent antibodies produced to date against SARS-CoV-2. These findings demonstrate that multivalent nanobodies overcome SARS-CoV-2 variant mutations through two separate mechanisms: enhanced avidity for the ACE2 binding domain, and recognition of conserved epitopes largely inaccessible to human antibodies. Therefore, while new SARS-CoV-2 mutants will continue to emerge, nanobodies represent promising tools to prevent COVID-19 mortality when vaccines are compromised.

The rapid spread and strong immune evasion of the SARS-CoV-2 Omicron subvariants has raised serious concerns for the global COVID-19 pandemic. These new variants exhibit reduced fusogenicity and increased endosomal entry pathway utilization compared to the ancestral D614G variant, the underlying mechanisms of which remain elusive. Here we show that the C-terminal S1 mutations of the BA.1.1 subvariant, H655Y and T547K, critically govern the low fusogenicity of Omicron. Notably, H655Y also dictates the enhanced endosome entry pathway utilization. Mechanistically, T547K and H655Y likely stabilize the spike trimer conformation, as shown by increased molecular interactions in structural modeling as well as reduced S1 shedding. Importantly, the H655Y mutation also determines the low fusogenicity and high dependence on the endosomal entry pathway of other Omicron subvariants, including BA.2, BA.2.12.1, BA.4/5 and BA.2.75. These results uncover mechanisms governing Omicron subvariant entry and provide insights into altered Omicron tissue tropism and pathogenesis.

Abstract A novel Hendra virus (HeV) variant, not detected by routine testing, was identified and isolated from a Queensland horse that suffered acute, fatal disease consistent with HeV infection. Whole genome sequencing and phylogenetic analysis demonstrated the variant to have ~83% nucleotide identity to the prototype HeV strain. An updated RT-qPCR assay was designed for routine HeV surveillance. In silico and in vitro comparison of the receptor-binding protein with prototypic HeV showed that the human monoclonal antibody m102.4 used for post-exposure prophylaxis, as well as the current equine vaccine, should be effective against this variant. Genetic similarity of this virus to sequences detected from grey-headed flying-foxes suggests the variant circulates at-least in this species. Studies determining infection kinetics, pathogenicity, reservoir-species associations, viral–host co-evolution and spillover dynamics for this virus are urgently needed. Surveillance and biosecurity practices should be updated to appreciate HeV spillover risk across all regions frequented by flying foxes.

Abstract The newly emerged BA.2.75 SARS-CoV-2 variant exhibits an alarming 9 additional mutations in its spike (S) protein compared to the ancestral BA.2 variant. Here we examine the neutralizing antibody escape of BA.2.75 in mRNA-vaccinated and BA.1-infected individuals, as well as the molecular basis underlying functional changes in the S protein. Notably, BA.2.75 exhibits enhanced neutralization resistance over BA.2, but less than the BA.4/5 variant. The G446S and N460K mutations of BA.2.75 are primarily responsible for its enhanced resistance to neutralizing antibodies. The R493Q mutation, a reversion to the prototype sequence, reduces BA.2.75 neutralization resistance. The mutational impact is consistent with their locations in common neutralizing antibody epitopes. Further, the BA.2.75 variant shows enhanced cell-cell fusion over BA.2, driven largely by the N460K mutation, which enhances S processing. Structural modeling revealed a new receptor contact introduced by N460K, supporting a mechanism of potentiated receptor utilization and syncytia formation.

We investigate JN.1-derived subvariants SLip, FLiRT, and KP.2 for neutralization by antibodies in vaccinated individuals, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-infected patients, or class III monoclonal antibody S309. Compared to JN.1, SLip, KP.2, and especially FLiRT exhibit increased resistance to bivalent-vaccinated and BA.2.86/JN.1-wave convalescent human sera. XBB.1.5 monovalent-vaccinated hamster sera robustly neutralize FLiRT and KP.2 but have reduced efficiency for SLip. All subvariants are resistant to S309 and show decreased infectivity, cell-cell fusion, and spike processing relative to JN.1. Modeling reveals that L455S and F456L in SLip reduce spike binding for ACE2, while R346T in FLiRT and KP.2 strengthens it. These three mutations, alongside D339H, alter key epitopes in spike, likely explaining the reduced sensitivity of these subvariants to neutralization. Our findings highlight the increased neutralization resistance of JN.1 subvariants and suggest that future vaccine formulations should consider the JN.1 spike as an immunogen, although the current XBB.1.5 monovalent vaccine could still offer adequate protection.

Abstract Broadly neutralizing antibodies (bnAbs) isolated from HIV-infected individuals delineate vulnerable sites on the HIV envelope glycoprotein that are potential vaccine targets. A linear epitope at the N-terminal region of the HIV-1 fusion peptide (FP8) is the primary target of VRC34.01, a bnAb that neutralizes ~50% of primary HIV isolates. FP8 has attracted attention as a potential HIV vaccine target because it is a simple linear epitope. Here, we used platform technologies based on RNA bacteriophage virus-like particles (VLPs) to develop multivalent vaccines targeting the FP8 epitope. We produced recombinant MS2 VLPs displaying the FP8 peptide and we chemically conjugated synthetic FP8 peptides to Qβ VLPs. Both recombinant and conjugated FP8-VLPs induced high titers of FP8-specific antibodies in mice. A heterologous prime-boost-boost regimen employing the two FP8-VLP vaccines and native envelope trimer was the most effective approach for eliciting HIV-1 neutralizing antibodies. Given the potent immunogenicity of VLP-based vaccines, this vaccination strategy – inspired by bnAb-guided epitope mapping, VLP bioengineering, and optimal prime-boost immunization strategies – may be an effective strategy for eliciting bnAb responses against HIV.

Immune evasion by SARS-CoV-2 paired with immune imprinting from monovalent mRNA vaccines has resulted in attenuated neutralizing antibody responses against Omicron subvariants. In this study, we characterized two new XBB variants rising in circulation: EG.5.1 and XBB.2.3, for their ability of neutralization and syncytia formation. We determined the neutralizing antibody in sera of individuals that received a bivalent mRNA vaccine booster, BA.4/5 wave infection, or XBB.1.5 wave infection. Bivalent vaccination-induced antibodies neutralized efficiently ancestral D614G, but to a much less extent, two new EG.5.1 and XBB.2.3 variants. In fact, the enhanced neutralization escape of EG.5.1 appeared to be driven by its key defining mutation XBB.1.5-F456L. Notably, infection by BA.4/5 or XBB.1.5 afforded little, if any, neutralization against EG.5.1, XBB.2.3 and previous XBB variants, especially in unvaccinated individuals, with average neutralizing antibody titers near the limit of detection. Additionally, we investigated the infectivity, fusion activity, and processing of variant spikes for EG.5.1 and XBB.2.3 in HEK293T-ACE2 and CaLu-3 cells, but found no significant differences compared to earlier XBB variants. Overall, our findings highlight the continued immune evasion of new Omicron subvariants and, more importantly, the need to reformulate mRNA vaccines to include XBB spikes for better protection.

Abstract Newly emerging Omicron subvariants continue to emerge around the world, presenting potential challenges to current vaccination strategies. This study investigates the extent of neutralizing antibody escape by new subvariants XBB.1.5, CH.1.1, and CA.3.1, as well as their impacts on spike protein biology. Our results demonstrated a nearly complete escape of these variants from neutralizing antibodies stimulated by three doses of mRNA vaccine, but neutralization was rescued by a bivalent booster. However, CH.1.1 and CA.3.1 variants were highly resistant to both monovalent and bivalent mRNA vaccinations. We also assessed neutralization by sera from individuals infected during the BA.4/5 wave of infection and observed similar trends of immune escape. In these cohorts, XBB.1.5 did not exhibit enhanced neutralization resistance over the recently dominant BQ.1.1 variant. Notably, the spike proteins of XBB.1.5, CH.1.1, and CA.3.1 all exhibited increased fusogenicity compared to BA.2, correlating with enhanced S processing. Overall, our results support the administration of new bivalent mRNA vaccines, especially in fighting against newly emerged Omicron subvariants, as well as the need for continued surveillance of Omicron subvariants.

Abstract Continued evolution of SARS-CoV-2 has led to the emergence of several new Omicron subvariants, including BQ.1, BQ. 1.1, BA.4.6, BF.7 and BA.2.75.2. Here we examine the neutralization resistance of these subvariants, as well as their ancestral BA.4/5, BA.2.75 and D614G variants, against sera from 3-dose vaccinated health care workers, hospitalized BA.1-wave patients, and BA.5-wave patients. We found enhanced neutralization resistance in all new subvariants, especially the BQ.1 and BQ.1.1 subvariants driven by a key N460K mutation, and to a lesser extent, R346T and K444T mutations, as well as the BA.2.75.2 subvariant driven largely by its F486S mutation. The BQ.1 and BQ.1.1 subvariants also exhibited enhanced fusogenicity and S processing dictated by the N460K mutation. Interestingly, the BA.2.75.2 subvariant saw an enhancement by the F486S mutation and a reduction by the D1199N mutation to its fusogenicity and S processing, resulting in minimal overall change. Molecular modelling revealed the mechanisms of receptor-binding and non-receptor binding monoclonal antibody-mediated immune evasion by R346T, K444T, F486S and D1199N mutations. Altogether, these findings shed light on the concerning evolution of newly emerging SARS-CoV-2 Omicron subvariants.

A central goal of HIV-1-vaccine research is the elicitation of antibodies capable of neutralizing diverse primary isolates of HIV-1. Here we show that focusing the immune response to exposed N-terminal residues of the fusion peptide, a critical component of the viral entry machinery and the epitope of antibodies elicited by HIV-1 infection, through immunization with fusion peptide-coupled carriers and prefusion-stabilized envelope trimers, induces cross-clade neutralizing responses. In mice, these immunogens elicited monoclonal antibodies capable of neutralizing up to 31% of a cross-clade panel of 208 HIV-1 strains. Crystal and cryo-electron microscopy structures of these antibodies revealed fusion peptide-conformational diversity as a molecular explanation for the cross-clade neutralization. Immunization of guinea pigs and rhesus macaques induced similarly broad fusion peptide-directed neutralizing responses suggesting translatability. The N terminus of the HIV-1-fusion peptide is thus a promising target of vaccine efforts aimed at eliciting broadly neutralizing antibodies.