A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

Antibody levels predict vaccine efficacy Symptomatic COVID-19 infection can be prevented by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines. A “correlate of protection” is a molecular biomarker to measure how much immunity is needed to fight infection and is key for successful global immunization programs. Gilbert et al . determined that antibodies are the correlate of protection in vaccinated individuals enrolled in the Moderna COVE phase 3 clinical trial (see the Perspective by Openshaw). By measuring binding and neutralizing antibodies against the viral spike protein, the authors found that the levels of both antibodies correlated with the degree of vaccine efficacy. The higher the antibody level, the greater the protection afforded by the messenger RNA (mRNA) vaccine. Antibody levels that predict mRNA vaccine efficacy can therefore be used to guide vaccine regimen modifications and support regulatory approvals for a broader spectrum of the population. —PNK

To define the role of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) envelope proteins in virus infection, a series of peptides were synthesized based on various regions of the HIV-1 transmembrane protein gp41. One of these peptides, DP-178, corresponding to a region predictive of alpha-helical secondary structure (residues 643-678 of the HIV-1LAI isolate), has been identified as a potent antiviral agent. This peptide consistently blocked 100% of virus-mediated cell-cell fusion at < 5 ng/ml (IC90 approximately 1.5 ng/ml) and gave an approximately 10 times reduction in infectious titer of cell-free virus at approximately 80 ng/ml. The inhibitory activity was observed at peptide concentrations approximately 10(4) to 10(5) times lower than those at which cytotoxicity and cytostasis were detected. Peptide-mediated inhibition is HIV-1 specific in that approximately 10(2) to 10(3) times more peptide was required for inhibition of a human immunodeficiency virus type 2 isolate. Further experiments showed that DP-178 exhibited antiviral activity against both prototypic and primary HIV-1 isolates. As shown by PCR analysis of newly synthesized proviral DNA, DP-178 blocks an early step in the virus life cycle prior to reverse transcription. Finally, we discuss possible mechanisms by which DP-178 may exert its inhibitory activity.

The principal neutralizing determinant of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is located in the external envelope protein, gp120, and has previously been mapped to a 24-amino acid-long sequence (denoted RP135). We show here that deletion of this sequence renders the envelope unable to elicit neutralizing antibodies. In addition, using synthetic peptide fragments of RP135, we have mapped the neutralizing determinant to 8 amino acids and found that a peptide of this size elicits neutralizing antibodies. This sequence contains a central Gly-Pro-Gly that is generally conserved between different HIV-1 isolates and is flanked by amino acids that differ from isolate to isolate. Antibodies elicited by peptides from one isolate do not neutralize two different isolates, and a hybrid peptide, consisting of amino acid sequences from two isolates, elicits neutralizing antibodies to both isolates. By using a mixture of peptides of this domain or a mixture of such hybrid peptides the type-specificity of the neutralizing antibody response to this determinant can perhaps be overcome.

Antisera to recombinant human immunodeficiency virus (HIV) proteins containing the entire envelope, gp160, or the central portion of the envelope, PB1, can inhibit fusion of virally infected cells in culture. This fusion inhibition is HIV-variant specific--that is, anti-gp160-IIIB inhibits fusion of isolate HTLV-IIIB-infected cells but not of isolate HTLV-IIIRF-infected cells. Both anti-gp160 and anti-PB1 are completely blocked in fusion inhibition activity by the addition of PB1 protein. A 24-amino acid peptide (RP135, amino acids 307-330) completely blocks fusion inhibition activity of both antisera and also blocks the activity of serum from a chimpanzee infected with HTLV-IIIB. Thus, the principal epitope that elicits fusion-inhibiting antibodies is located in the central portion of gp120.

A peptide designated DP-107 was synthesized containing amino acid residues 558-595 of the envelope glycoprotein gp160 of human immunodeficiency virus type 1 strain LAI (HIV-1LAI). Algorithms for secondary structure have predicted that this region of the envelope transmembrane protein should form an extended alpha-helix. Consistent with this prediction, analysis by circular dichroism (CD) indicated that, under physiological conditions, DP-107 is approximately 85% helical. The high degree of stable secondary structure in a synthetic peptide of this size suggests self-association typical of a coiled coil or leucine zipper. In biological assays, the peptide efficiently blocked virus-mediated cell-cell fusion processes as well as infection of peripheral blood mononuclear cells by both prototypic and primary isolates of HIV-1. A single amino acid substitution in the peptide greatly destabilized its solution structure as measured by CD and abrogated its antiviral activity. An analogue containing a terminal cysteine was oxidized to form a dimer, and this modification lowered the dose required for antiviral effect from 5 to about 1 microgram/ml. These results suggest that both oligomerization and ordered structure are necessary for biological activity. They provide insights also into the role of this region in HIV infection and the potential for development of a new class of antiviral agents.

All current vaccines for COVID-19 utilize ancestral SARS-CoV-2 spike with the goal of generating protective neutralizing antibodies. The recent emergence and rapid spread of several SARS-CoV-2 variants carrying multiple spike mutations raise concerns about possible immune escape. One variant, first identified in the United Kingdom (B.1.1.7, also called 20I/501Y.V1), contains eight spike mutations with potential to impact antibody therapy, vaccine efficacy, and risk of reinfection. Here, we show that B.1.1.7 remains sensitive to neutralization, albeit at moderately reduced levels (∼sim;2-fold), by serum samples from convalescent individuals and recipients of an mRNA vaccine (mRNA-1273, Moderna) and a protein nanoparticle vaccine (NVX-CoV2373, Novavax). A subset of monoclonal antibodies to the receptor binding domain (RBD) of spike are less effective against the variant, while others are largely unaffected. These findings indicate that variant B.1.1.7 is unlikely to be a major concern for current vaccines or for an increased risk of reinfection.

The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein acquired a D614G mutation early in the pandemic that confers greater infectivity and is now the globally dominant form. To determine whether D614G might also mediate neutralization escape that could compromise vaccine efficacy, sera from spike-immunized mice, nonhuman primates, and humans were evaluated for neutralization of pseudoviruses bearing either D614 or G614 spike. In all cases, the G614 pseudovirus was moderately more susceptible to neutralization. The G614 pseudovirus also was more susceptible to neutralization by receptor-binding domain (RBD) monoclonal antibodies and convalescent sera from people infected with either form of the virus. Negative stain electron microscopy revealed a higher percentage of the 1-RBD "up" conformation in the G614 spike, suggesting increased epitope exposure as a mechanism of enhanced vulnerability to neutralization. Based on these findings, the D614G mutation is not expected to be an obstacle for current vaccine development.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. Here, nonhuman primates (NHPs) received either no vaccine or doses ranging from 0.3 to 100 μg of the mRNA-1273 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccine. mRNA-1273 vaccination elicited circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs after SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and most strongly correlated with levels of anti–S antibody and neutralizing activity. Lower antibody levels were needed for reduction of viral replication in the lower airway than in the upper airway. Passive transfer of mRNA-1273–induced immunoglobulin G to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Thus, mRNA-1273 vaccine–induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 in NHPs.