Background The ongoing outbreak of the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) poses a challenge for public health laboratories as virus isolates are unavailable while there is growing evidence that the outbreak is more widespread than initially thought, and international spread through travellers does already occur. Aim We aimed to develop and deploy robust diagnostic methodology for use in public health laboratory settings without having virus material available. Methods Here we present a validated diagnostic workflow for 2019-nCoV, its design relying on close genetic relatedness of 2019-nCoV with SARS coronavirus, making use of synthetic nucleic acid technology. Results The workflow reliably detects 2019-nCoV, and further discriminates 2019-nCoV from SARS-CoV. Through coordination between academic and public laboratories, we confirmed assay exclusivity based on 297 original clinical specimens containing a full spectrum of human respiratory viruses. Control material is made available through European Virus Archive – Global (EVAg), a European Union infrastructure project. Conclusion The present study demonstrates the enormous response capacity achieved through coordination of academic and public laboratories in national and European research networks.

Abstract A new coronavirus, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has recently emerged to cause a human pandemic. Although molecular diagnostic tests were rapidly developed, serologic assays are still lacking, yet urgently needed. Validated serologic assays are needed for contact tracing, identifying the viral reservoir, and epidemiologic studies. We developed serologic assays for detection of SARS-CoV-2 neutralizing, spike protein–specific, and nucleocapsid-specific antibodies. Using serum samples from patients with PCR-confirmed SARS-CoV-2 infections, other coronaviruses, or other respiratory pathogenic infections, we validated and tested various antigens in different in-house and commercial ELISAs. We demonstrated that most PCR-confirmed SARS-CoV-2–infected persons seroconverted by 2 weeks after disease onset. We found that commercial S1 IgG or IgA ELISAs were of lower specificity, and sensitivity varied between the 2 assays; the IgA ELISA showed higher sensitivity. Overall, the validated assays described can be instrumental for detection of SARS-CoV-2–specific antibodies for diagnostic, seroepidemiologic, and vaccine evaluation studies.

Intestinal organoids as an infection model Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes an influenza-like disease with a respiratory transmission route; however, patients often present with gastrointestinal symptoms such as diarrhea, vomiting, and abdominal pain. Moreover, the virus has been detected in anal swabs, and cells in the inner-gut lining express the receptor that SARS-CoV-2 uses to gain entry to cells. Lamers et al. used human intestinal organoids, a “mini-gut” cultured in a dish, to demonstrate that SARS-CoV-2 readily replicates in an abundant cell type in the gut lining—the enterocyte—resulting in the production of large amounts of infective virus particles in the intestine. This work demonstrates that intestinal organoids can serve as a model to understand SARS-CoV-2 biology and infectivity in the gut. Science , this issue p. 50

A Novel Coronavirus Emerging in China A novel coronavirus, designated as 2019-nCoV, emerged in Wuhan, China, at the end of 2019. Although many details of the emergence of this virus remain unknown,...

Highly pathogenic avian influenza A viruses of subtypes H5 and H7 are the causative agents of fowl plague in poultry. Influenza A viruses of subtype H5N1 also caused severe respiratory disease in humans in Hong Kong in 1997 and 2003, including at least seven fatal cases, posing a serious human pandemic threat. Between the end of February and the end of May 2003, a fowl plague outbreak occurred in The Netherlands. A highly pathogenic avian influenza A virus of subtype H7N7, closely related to low pathogenic virus isolates obtained from wild ducks, was isolated from chickens. The same virus was detected subsequently in 86 humans who handled affected poultry and in three of their family members. Of these 89 patients, 78 presented with conjunctivitis, 5 presented with conjunctivitis and influenza-like illness, 2 presented with influenza-like illness, and 4 did not fit the case definitions. Influenza-like illnesses were generally mild, but a fatal case of pneumonia in combination with acute respiratory distress syndrome occurred also. Most virus isolates obtained from humans, including probable secondary cases, had not accumulated significant mutations. However, the virus isolated from the fatal case displayed 14 amino acid substitutions, some of which may be associated with enhanced disease in this case. Because H7N7 viruses have caused disease in mammals, including horses, seals, and humans, on several occasions in the past, they may be unusual in their zoonotic potential and, thus, form a pandemic threat to humans.

Two-way transmission on mink farms Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a zoonotic virus—one that spilled over from another species to infect and transmit among humans. We know that humans can infect other animals with SARS-CoV-2, such as domestic cats and even tigers in zoos. Oude Munnink et al. used whole-genome sequencing to show that SARS-CoV-2 infections were rife among mink farms in the southeastern Netherlands, all of which are destined to be closed by March 2021 (see the Perspective by Zhou and Shi). Toward the end of June 2020, 68% of mink farm workers tested positive for the virus or had antibodies to SARS-CoV-2. These large clusters of infection were initiated by human COVID-19 cases with viruses that bear the D614G mutation. Sequencing has subsequently shown that mink-to-human transmission also occurred. More work must be done to understand whether there is a risk that mustelids may become a reservoir for SARS-CoV-2. Science , this issue p. 172 ; see also p. 120

The tuberculosis vaccine bacillus Calmette-Guérin (BCG) has heterologous beneficial effects against non-related infections. The basis of these effects has been poorly explored in humans. In a randomized placebo-controlled human challenge study, we found that BCG vaccination induced genome-wide epigenetic reprograming of monocytes and protected against experimental infection with an attenuated yellow fever virus vaccine strain. Epigenetic reprogramming was accompanied by functional changes indicative of trained immunity. Reduction of viremia was highly correlated with the upregulation of IL-1β, a heterologous cytokine associated with the induction of trained immunity, but not with the specific IFNγ response. The importance of IL-1β for the induction of trained immunity was validated through genetic, epigenetic, and immunological studies. In conclusion, BCG induces epigenetic reprogramming in human monocytes in vivo, followed by functional reprogramming and protection against non-related viral infections, with a key role for IL-1β as a mediator of trained immunity responses.

SARS-CoV-2 has been identified as the causative agent of a global outbreak of respiratory tract disease (COVID-19). In some patients the infection results in moderate to severe acute respiratory distress syndrome (ARDS), requiring invasive mechanical ventilation. High serum levels of IL-6, IL-10 and an immune hyperresponsiveness referred to as a 'cytokine storm' have been associated with poor clinical outcome. Despite the large numbers of COVID-19 cases and deaths, information on the phenotype and kinetics of SARS-CoV-2-specific T cells is limited. Here, we studied 10 COVID-19 patients who required admission to an intensive care unit and detected SARS-CoV-2-specific CD4+ and CD8+ T cells in 10 out of 10 and 8 out of 10 patients, respectively. We also detected low levels of SARS-CoV-2-reactive T cells in 2 out of 10 healthy controls not previously exposed to SARS-CoV-2, which is indicative of cross-reactivity due to past infection with 'common cold' coronaviruses. The strongest T-cell responses were directed to the spike (S) surface glycoprotein, and SARS-CoV-2-specific T cells predominantly produced effector and Th1 cytokines, although Th2 and Th17 cytokines were also detected. Furthermore, we studied T-cell kinetics and showed that SARS-CoV-2-specific T cells are present relatively early and increase over time. Collectively, these data shed light on the potential variations in T-cell responses as a function of disease severity, an issue that is key to understanding the potential role of immunopathology in the disease, and also inform vaccine design and evaluation.

Coronavirus in nonhuman primates We urgently need vaccines and drug treatments for coronavirus disease 2019 (COVID-19). Even under these extreme circumstances, we must have animal models for rigorous testing of new strategies. Rockx et al. have undertaken a comparative study of three human coronaviruses in cynomolgus macaques: severe acute respiratory syndrome–coronavirus (SARS-CoV) (2002), Middle East respiratory syndrome (MERS)–CoV (2012), and SARS-CoV-2 (2019), which causes COVID-19 (see the Perspective by Lakdawala and Menachery). The most recent coronavirus has a distinct tropism for the nasal mucosa but is also found in the intestinal tract. Although none of the older macaques showed the severe symptoms that humans do, the lung pathology observed was similar. Like humans, the animals shed virus for prolonged periods from their upper respiratory tracts, and like influenza but unlike the 2002 SARS-CoV, this shedding peaked early in infection. It is this cryptic virus shedding that makes case detection difficult and can jeopardize the effectiveness of isolation. Science , this issue p. 1012 ; see also p. 942

Summary

Background

 An outbreak of highly pathogenic avian influenza A virus subtype H7N7 started at the end of February, 2003, in commercial poultry farms in the Netherlands. Although the risk of transmission of these viruses to humans was initially thought to be low, an outbreak investigation was launched to assess the extent of transmission of influenza A virus subtype H7N7 from chickens to humans. 

Methods

 All workers in poultry farms, poultry farmers, and their families were asked to report signs of conjunctivitis or influenza-like illness. People with complaints were tested for influenza virus type A subtype H7 (A/H7) infection and completed a health questionnaire about type of symptoms, duration of illness, and possible exposures to infected poultry. 

Findings

 453 people had health complaints—349 reported conjunctivitis, 90 had influenza-like illness, and 67 had other complaints. We detected A/H7 in conjunctival samples from 78 (26·4%) people with conjunctivitis only, in five (9·4%) with influenza-like illness and conjunctivitis, in two (5·4%) with influenza-like illness only, and in four (6%) who reported other symptoms. Most positive samples had been collected within 5 days of symptom onset. A/H7 infection was confirmed in three contacts (of 83 tested), one of whom developed influenza-like illness. Six people had influenza A/H3N2 infection. After 19 people had been diagnosed with the infection, all workers received mandatory influenza virus vaccination and prophylactic treatment with oseltamivir. More than half (56%) of A/H7 infections reported here arose before the vaccination and treatment programme. 

Interpretation

 We noted an unexpectedly high number of transmissions of avian influenza A virus subtype H7N7 to people directly involved in handling infected poultry, and we noted evidence for person-to-person transmission. Our data emphasise the importance of adequate surveillance, outbreak preparedness, and pandemic planning.