The emergence of the Omicron variant of SARS-CoV-2 is an urgent global health concern1. In this study, our statistical modelling suggests that Omicron has spread more rapidly than the Delta variant in several countries including South Africa. Cell culture experiments showed Omicron to be less fusogenic than Delta and than an ancestral strain of SARS-CoV-2. Although the spike (S) protein of Delta is efficiently cleaved into two subunits, which facilitates cell-cell fusion2,3, the Omicron S protein was less efficiently cleaved compared to the S proteins of Delta and ancestral SARS-CoV-2. Furthermore, in a hamster model, Omicron showed decreased lung infectivity and was less pathogenic compared to Delta and ancestral SARS-CoV-2. Our multiscale investigations reveal the virological characteristics of Omicron, including rapid growth in the human population, lower fusogenicity and attenuated pathogenicity.

During the current coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, a variety of mutations have accumulated in the viral genome of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and, at the time of writing, four variants of concern are considered to be potentially hazardous to human society1. The recently emerged B.1.617.2/Delta variant of concern is closely associated with the COVID-19 surge that occurred in India in the spring of 2021 (ref. 2). However, the virological properties of B.1.617.2/Delta remain unclear. Here we show that the B.1.617.2/Delta variant is highly fusogenic and notably more pathogenic than prototypic SARS-CoV-2 in infected hamsters. The P681R mutation in the spike protein, which is highly conserved in this lineage, facilitates cleavage of the spike protein and enhances viral fusogenicity. Moreover, we demonstrate that the P681R-bearing virus exhibits higher pathogenicity compared with its parental virus. Our data suggest that the P681R mutation is a hallmark of the virological phenotype of the B.1.617.2/Delta variant and is associated with enhanced pathogenicity.

Many SARS-CoV-2 variants with naturally acquired mutations have emerged. These mutations can affect viral properties such as infectivity and immune resistance. Although the sensitivity of naturally occurring SARS-CoV-2 variants to humoral immunity has been investigated, sensitivity to human leukocyte antigen (HLA)-restricted cellular immunity remains largely unexplored. Here, we demonstrate that two recently emerging mutations in the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein, L452R (in B.1.427/429 and B.1.617) and Y453F (in B.1.1.298), confer escape from HLA-A24-restricted cellular immunity. These mutations reinforce affinity toward the host entry receptor ACE2. Notably, the L452R mutation increases spike stability, viral infectivity, viral fusogenicity, and thereby promotes viral replication. These data suggest that HLA-restricted cellular immunity potentially affects the evolution of viral phenotypes and that a further threat of the SARS-CoV-2 pandemic is escape from cellular immunity.

Although the Milan criteria (MC) have been used to select liver transplantation candidates among patients with hepatocellular carcinoma (HCC), many patients exceeding the MC have shown good prognosis. Preoperative neutrophil-lymphocyte ratio (NLR) is a predictor of patient prognosis, but its mechanism has never been clarified.We assessed outcomes in 158 patients who had undergone living-donor liver transplantation (LDLT) for HCC. Recurrence-free survival (RFS) was determined in patients with high (≥ 4) and low (<4) NLR. Levels of expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), interleukin (IL)-8, IL-17, CD68, and CD163 were measured.The 5-year RFS rate was significantly lower in patients with high (n=26) than with low (n=132) NLR (30.3% vs. 89.0%, p<0.0001), in patients with high (n=15) than with low (n=79) NLR who met the MC (73.6% vs. 100%, p=0.0008) and in patients with high (n=11) than with low (n=53) NLR who exceeded the MC (0% vs. 76.1%, p=0.0002). Tumor expression of VEGF, IL8, IL-17, CD68, and CD163 was similar in the high and low NLR groups, but serum and peritumoral IL-17 levels were significantly higher in the high-NLR group (p=0.01 each). The density of peritumoral CD163 correlated with the density of peritumoral IL-17-producing cells (p=0.04) and was significantly higher in the high-NLR group (p=0.005).NLR predicts outcomes after LDLT for HCC via the inflammatory tumor microenvironment. Combined with the MC, NLR may be a new criterion for LDLT candidates with HCC.

Summary

 Soon after the emergence and global spread of the SARS-CoV-2 Omicron lineage BA.1, another Omicron lineage, BA.2, began outcompeting BA.1. The results of statistical analysis showed that the effective reproduction number of BA.2 is 1.4-fold higher than that of BA.1. Neutralization experiments revealed that immunity induced by COVID vaccines widely administered to human populations is not effective against BA.2, similar to BA.1, and that the antigenicity of BA.2 is notably different from that of BA.1. Cell culture experiments showed that the BA.2 spike confers higher replication efficacy in human nasal epithelial cells and is more efficient in mediating syncytia formation than the BA.1 spike. Furthermore, infection experiments using hamsters indicated that the BA.2 spike-bearing virus is more pathogenic than the BA.1 spike-bearing virus. Altogether, the results of our multiscale investigations suggest that the risk of BA.2 to global health is potentially higher than that of BA.1.

Abstract After the global spread of SARS-CoV-2 Omicron BA.2 lineage, some BA.2-related variants that acquire mutations in the L452 residue of spike protein, such as BA.2.9.1 and BA.2.13 (L452M), BA.2.12.1 (L452Q), and BA.2.11, BA.4 and BA.5 (L452R), emerged in multiple countries. Our statistical analysis showed that the effective reproduction numbers of these L452R/M/Q-bearing BA.2-related Omicron variants are greater than that of the original BA.2. Neutralization experiments revealed that the immunity induced by BA.1 and BA.2 infections is less effective against BA.4/5. Cell culture experiments showed that BA.2.12.1 and BA.4/5 replicate more efficiently in human alveolar epithelial cells than BA.2, and particularly, BA.4/5 is more fusogenic than BA.2. Furthermore, infection experiments using hamsters indicated that BA.4/5 is more pathogenic than BA.2. Altogether, our multiscale investigations suggest that the risk of L452R/M/Q-bearing BA.2-related Omicron variants, particularly BA.4 and BA.5, to global health is potentially greater than that of original BA.2. Highlights Spike L452R/Q/M mutations increase the effective reproduction number of BA.2 BA.4/5 is resistant to the immunity induced by BA.1 and BA.2 infections BA.2.12.1 and BA.4/5 more efficiently spread in human lung cells than BA.2 BA.4/5 is more pathogenic than BA.2 in hamsters

Abstract In late 2022, the SARS-CoV-2 Omicron subvariants have highly diversified, and XBB is spreading rapidly around the world. Our phylogenetic analyses suggested that XBB emerged by recombination of two co-circulating BA.2 lineages, BJ.1 and BM.1.1.1 (a progeny of BA.2.75), during the summer of 2022 around India. In vitro experiments revealed that XBB is the most profoundly resistant variant to BA.2/5 breakthrough infection sera ever and is more fusogenic than BA.2.75. Notably, the recombination breakpoint is located in the receptor-binding domain of spike, and each region of recombined spike conferred immune evasion and augmented fusogenicity to the XBB spike. Finally, the intrinsic pathogenicity of XBB in hamsters is comparable to or even lower than that of BA.2.75. Our multiscale investigation provided evidence suggesting that XBB is the first documented SARS-CoV-2 variant increasing its fitness through recombination rather than single mutations.

Abstract In late 2022, although the SARS-CoV-2 Omicron subvariants have highly diversified, some lineages have convergently acquired amino acid substitutions at five critical residues in the spike protein. Here, we illuminated the evolutionary rules underlying the convergent evolution of Omicron subvariants and the properties of one of the latest lineages of concern, BQ.1.1. Our phylogenetic and epidemic dynamics analyses suggest that Omicron subvariants independently increased their viral fitness by acquiring the convergent substitutions. Particularly, BQ.1.1, which harbors all five convergent substitutions, shows the highest fitness among the viruses investigated. Neutralization assays show that BQ.1.1 is more resistant to breakthrough BA.2/5 infection sera than BA.5. The BQ.1.1 spike exhibits enhanced binding affinity to human ACE2 receptor and greater fusogenicity than the BA.5 spike. However, the pathogenicity of BQ.1.1 in hamsters is comparable to or even lower than that of BA.5. Our multiscale investigations provide insights into the evolutionary trajectory of Omicron subvariants.

Abstract SARS-CoV-2 Omicron BA.2.75 emerged in May 2022. BA.2.75 is a BA.2 descendant but is phylogenetically different from BA.5, the currently predominant BA.2 descendant. Here, we showed that the effective reproduction number of BA.2.75 is greater than that of BA.5. While the sensitivity of BA.2.75 to vaccination- and BA.1/2 breakthrough infection-induced humoral immunity was comparable to that of BA.2, the immunogenicity of BA.2.75 was different from that of BA.2 and BA.5. Three clinically-available antiviral drugs were effective against BA.2.75. BA.2.75 spike exhibited a profound higher affinity to human ACE2 than BA.2 and BA.5 spikes. The fusogenicity, growth efficiency in human alveolar epithelial cells, and intrinsic pathogenicity in hamsters of BA.2.75 were comparable to those of BA.5 but were greater than those of BA.2. Our multiscale investigations suggest that BA.2.75 acquired virological properties independently of BA.5, and the potential risk of BA.2.75 to global health is greater than that of BA.5.

Summary Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has been identified as the causative agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19). While the development of specific treatments and a vaccine is urgently needed, functional analyses of SARS-CoV-2 have been limited by the lack of convenient mutagenesis methods. In this study, we established a PCR-based, bacterium-free method to generate SARS-CoV-2 infectious clones. Recombinant SARS-CoV-2 could be rescued at high titer with high accuracy after assembling 10 SARS-CoV-2 cDNA fragments by circular polymerase extension reaction (CPER) and transfection of the resulting circular genome into susceptible cells. Notably, the construction of infectious clones for reporter viruses and mutant viruses could be completed in two simple steps: introduction of reporter genes or mutations into the desirable DNA fragments (~5,000 base pairs) by PCR and assembly of the DNA fragments by CPER. We hope that our reverse genetics system will contribute to the further understanding of SARS-CoV-2.