In 1997, an H5N1 influenza A virus was transmitted from birds to humans in Hong Kong, killing 6 of the 18 people infected. When mice were infected with the human isolates, two virulence groups became apparent. Using reverse genetics, we showed that a mutation at position 627 in the PB2 protein influenced the outcome of infection in mice. Moreover, high cleavability of the hemagglutinin glycoprotein was an essential requirement for lethal infection.

The recently emerged SARS-CoV-2 Omicron variant encodes 37 amino acid substitutions in the spike protein, 15 of which are in the receptor-binding domain (RBD), thereby raising concerns about the effectiveness of available vaccines and antibody-based therapeutics. Here we show that the Omicron RBD binds to human ACE2 with enhanced affinity, relative to the Wuhan-Hu-1 RBD, and binds to mouse ACE2. Marked reductions in neutralizing activity were observed against Omicron compared to the ancestral pseudovirus in plasma from convalescent individuals and from individuals who had been vaccinated against SARS-CoV-2, but this loss was less pronounced after a third dose of vaccine. Most monoclonal antibodies that are directed against the receptor-binding motif lost in vitro neutralizing activity against Omicron, with only 3 out of 29 monoclonal antibodies retaining unaltered potency, including the ACE2-mimicking S2K146 antibody

Significance Since SARS-CoV-2 emerged in China, it has spread rapidly around the world. Effective vaccines and therapeutics for SARS-CoV-2−induced disease (coronavirus disease 2019;COVID-19) are urgently needed. We found that SARS-CoV-2 isolates replicate efficiently in the lungs of Syrian hamsters and cause severe pathological lesions in the lungs of these animals similar to commonly reported imaging features of COVID-19 patients with pneumonia. SARS-CoV-2−infected hamsters mounted neutralizing antibody responses and were protected against rechallenge with SARS-CoV-2. Moreover, passive transfer of convalescent serum to naïve hamsters inhibited virus replication in their lungs. Syrian hamsters are a useful small animal model for the evaluation of vaccines, immunotherapies, and antiviral drugs.

The 1918 influenza pandemic was unusually severe, resulting in about 50 million deaths worldwide. The 1918 virus is also highly pathogenic in mice, and studies have identified a multigenic origin of this virulent phenotype in mice. However, these initial characterizations of the 1918 virus did not address the question of its pathogenic potential in primates. Here we demonstrate that the 1918 virus caused a highly pathogenic respiratory infection in a cynomolgus macaque model that culminated in acute respiratory distress and a fatal outcome. Furthermore, infected animals mounted an immune response, characterized by dysregulation of the antiviral response, that was insufficient for protection, indicating that atypical host innate immune responses may contribute to lethality. The ability of influenza viruses to modulate host immune responses, such as that demonstrated for the avian H5N1 influenza viruses, may be a feature shared by the virulent influenza viruses.

The spike aspartic acid-614 to glycine (D614G) substitution is prevalent in global severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) strains, but its effects on viral pathogenesis and transmissibility remain unclear. We engineered a SARS-CoV-2 variant containing this substitution. The variant exhibits more efficient infection, replication, and competitive fitness in primary human airway epithelial cells but maintains similar morphology and in vitro neutralization properties, compared with the ancestral wild-type virus. Infection of human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) transgenic mice and Syrian hamsters with both viruses resulted in similar viral titers in respiratory tissues and pulmonary disease. However, the D614G variant transmits significantly faster and displayed increased competitive fitness than the wild-type virus in hamsters. These data show that the D614G substitution enhances SARS-CoV-2 infectivity, competitive fitness, and transmission in primary human cells and animal models.

The emergence of the highly transmissible B.1.1.529 Omicron variant of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is concerning for antibody countermeasure efficacy because of the number of mutations in the spike protein. In this study, we tested a panel of anti-receptor-binding domain monoclonal antibodies (mAbs) corresponding to those in clinical use by Vir Biotechnology (S309, the parent mAb of VIR-7831 (sotrovimab)), AstraZeneca (COV2-2196 and COV2-2130, the parent mAbs of AZD8895 and AZD1061), Regeneron (REGN10933 and REGN10987), Eli Lilly (LY-CoV555 and LY-CoV016) and Celltrion (CT-P59) for their ability to neutralize an infectious B.1.1.529 Omicron isolate. Several mAbs (LY-CoV555, LY-CoV016, REGN10933, REGN10987 and CT-P59) completely lost neutralizing activity against B.1.1.529 virus in both Vero-TMPRSS2 and Vero-hACE2-TMPRSS2 cells, whereas others were reduced (COV2-2196 and COV2-2130 combination, ~12-fold decrease) or minimally affected (S309). Our results suggest that several, but not all, of the antibodies in clinical use might lose efficacy against the B.1.1.529 Omicron variant. New in vitro data suggest that the new SARS-CoV-2 Omicron variant is likely to escape neutralization by most therapeutic antibodies currently available.

Abstract The recent emergence of B.1.1.529, the Omicron variant 1,2 , has raised concerns of escape from protection by vaccines and therapeutic antibodies. A key test for potential countermeasures against B.1.1.529 is their activity in preclinical rodent models of respiratory tract disease. Here, using the collaborative network of the SARS-CoV-2 Assessment of Viral Evolution (SAVE) programme of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), we evaluated the ability of several B.1.1.529 isolates to cause infection and disease in immunocompetent and human ACE2 (hACE2)-expressing mice and hamsters. Despite modelling data indicating that B.1.1.529 spike can bind more avidly to mouse ACE2 (refs. 3,4 ), we observed less infection by B.1.1.529 in 129, C57BL/6, BALB/c and K18-hACE2 transgenic mice than by previous SARS-CoV-2 variants, with limited weight loss and lower viral burden in the upper and lower respiratory tracts. In wild-type and hACE2 transgenic hamsters, lung infection, clinical disease and pathology with B.1.1.529 were also milder than with historical isolates or other SARS-CoV-2 variants of concern. Overall, experiments from the SAVE/NIAID network with several B.1.1.529 isolates demonstrate attenuated lung disease in rodents, which parallels preliminary human clinical data.

The ‘Spanish’ influenza pandemic of 1918–19 was the most devastating outbreak of infectious disease in recorded history. At least 20 million people1 died from their illness, which was characterized by an unusually severe and rapid clinical course. The complete sequencing of several genes of the 1918 influenza virus has made it possible to study the functions of the proteins encoded by these genes in viruses generated by reverse genetics, a technique that permits the generation of infectious viruses entirely from cloned complementary DNA. Thus, to identify properties of the 1918 pandemic influenza A strain that might be related to its extraordinary virulence, viruses were produced containing the viral haemagglutinin2 (HA) and neuraminidase3 (NA) genes of the 1918 strain. The HA of this strain supports the pathogenicity of a mouse-adapted virus in this animal4,5. Here we demonstrate that the HA of the 1918 virus confers enhanced pathogenicity in mice to recent human viruses that are otherwise non-pathogenic in this host. Moreover, these highly virulent recombinant viruses expressing the 1918 viral HA could infect the entire lung and induce high levels of macrophage-derived chemokines and cytokines, which resulted in infiltration of inflammatory cells and severe haemorrhage, hallmarks of the illness produced during the original pandemic6.

Ebolavirus (EBOV) is an enveloped, single-stranded, negative-sense RNA virus that causes severe hemorrhagic fever with mortality rates of up to 90% in humans and nonhuman primates. Previous studies suggest roles for clathrin- or caveolae-mediated endocytosis in EBOV entry; however, ebolavirus virions are long, filamentous particles that are larger than the plasma membrane invaginations that characterize clathrin- or caveolae-mediated endocytosis. The mechanism of EBOV entry remains, therefore, poorly understood. To better understand Ebolavirus entry, we carried out internalization studies with fluorescently labeled, biologically contained Ebolavirus and Ebolavirus-like particles (Ebola VLPs), both of which resemble authentic Ebolavirus in their morphology. We examined the mechanism of Ebolavirus internalization by real-time analysis of these fluorescently labeled Ebolavirus particles and found that their internalization was independent of clathrin- or caveolae-mediated endocytosis, but that they co-localized with sorting nexin (SNX) 5, a marker of macropinocytosis-specific endosomes (macropinosomes). Moreover, the internalization of Ebolavirus virions accelerated the uptake of a macropinocytosis-specific cargo, was associated with plasma membrane ruffling, and was dependent on cellular GTPases and kinases involved in macropinocytosis. A pseudotyped vesicular stomatitis virus possessing the Ebolavirus glycoprotein (GP) also co-localized with SNX5 and its internalization and infectivity were affected by macropinocytosis inhibitors. Taken together, our data suggest that Ebolavirus is internalized into cells by stimulating macropinocytosis in a GP-dependent manner. These findings provide new insights into the lifecycle of Ebolavirus and may aid in the development of therapeutics for Ebolavirus infection.

The recent emergence of SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529 lineage) variants possessing numerous mutations has raised concerns of decreased effectiveness of current vaccines, therapeutic monoclonal antibodies and antiviral drugs for COVID-19 against these variants1,2. The original Omicron lineage, BA.1, prevailed in many countries, but more recently, BA.2 has become dominant in at least 68 countries3. Here we evaluated the replicative ability and pathogenicity of authentic infectious BA.2 isolates in immunocompetent and human ACE2-expressing mice and hamsters. In contrast to recent data with chimeric, recombinant SARS-CoV-2 strains expressing the spike proteins of BA.1 and BA.2 on an ancestral WK-521 backbone4, we observed similar infectivity and pathogenicity in mice and hamsters for BA.2 and BA.1, and less pathogenicity compared with early SARS-CoV-2 strains. We also observed a marked and significant reduction in the neutralizing activity of plasma from individuals who had recovered from COVID-19 and vaccine recipients against BA.2 compared to ancestral and Delta variant strains. In addition, we found that some therapeutic monoclonal antibodies (REGN10987 plus REGN10933, COV2-2196 plus COV2-2130, and S309) and antiviral drugs (molnupiravir, nirmatrelvir and S-217622) can restrict viral infection in the respiratory organs of BA.2-infected hamsters. These findings suggest that the replication and pathogenicity of BA.2 is similar to that of BA.1 in rodents and that several therapeutic monoclonal antibodies and antiviral compounds are effective against Omicron BA.2 variants.