An ideal therapeutic anti-SARS-CoV-2 antibody would resist viral escape1–3, have activity against diverse sarbecoviruses4–7, and be highly protective through viral neutralization8–11 and effector functions12,13. Understanding how these properties relate to each other and vary across epitopes would aid the development of therapeutic antibodies and guide vaccine design. Here we comprehensively characterize escape, breadth and potency across a panel of SARS-CoV-2 antibodies targeting the receptor-binding domain (RBD). Despite a trade-off between in vitro neutralization potency and breadth of sarbecovirus binding, we identify neutralizing antibodies with exceptional sarbecovirus breadth and a corresponding resistance to SARS-CoV-2 escape. One of these antibodies, S2H97, binds with high affinity across all sarbecovirus clades to a cryptic epitope and prophylactically protects hamsters from viral challenge. Antibodies that target the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor-binding motif (RBM) typically have poor breadth and are readily escaped by mutations despite high neutralization potency. Nevertheless, we also characterize a potent RBM antibody (S2E128) with breadth across sarbecoviruses related to SARS-CoV-2 and a high barrier to viral escape. These data highlight principles underlying variation in escape, breadth and potency among antibodies that target the RBD, and identify epitopes and features to prioritize for therapeutic development against the current and potential future pandemics. A survey of SARS-CoV-2 RBD antibodies identifies those with activity against diverse SARS-CoV-2 variants and SARS-related coronaviruses, highlighting epitopes and features to prioritize in antibody and vaccine development.

Abstract Currently circulating SARS-CoV-2 variants have acquired convergent mutations at hot spots in the receptor-binding domain 1 (RBD) of the spike protein. The effects of these mutations on viral infection and transmission and the efficacy of vaccines and therapies remains poorly understood. Here we demonstrate that recently emerged BQ.1.1 and XBB.1.5 variants bind host ACE2 with high affinity and promote membrane fusion more efficiently than earlier Omicron variants. Structures of the BQ.1.1, XBB.1 and BN.1 RBDs bound to the fragment antigen-binding region of the S309 antibody (the parent antibody for sotrovimab) and human ACE2 explain the preservation of antibody binding through conformational selection, altered ACE2 recognition and immune evasion. We show that sotrovimab binds avidly to all Omicron variants, promotes Fc-dependent effector functions and protects mice challenged with BQ.1.1 and hamsters challenged with XBB.1.5. Vaccine-elicited human plasma antibodies cross-react with and trigger effector functions against current Omicron variants, despite a reduced neutralizing activity, suggesting a mechanism of protection against disease, exemplified by S309. Cross-reactive RBD-directed human memory B cells remained dominant even after two exposures to Omicron spikes, underscoring the role of persistent immune imprinting.

An ideal anti-SARS-CoV-2 antibody would resist viral escape

Memory B cells (MBCs) generate rapid antibody responses upon secondary encounter with a pathogen. Here, we investigated the kinetics, avidity and cross-reactivity of serum antibodies and MBCs in 155 SARS-CoV-2 infected and vaccinated individuals over a 16-month timeframe. SARS-CoV-2-specific MBCs and serum antibodies reached steady-state titers with comparable kinetics in infected and vaccinated individuals. Whereas MBCs of infected individuals targeted both pre- and postfusion Spike (S), most vaccine-elicited MBCs were specific for prefusion S, consistent with the use of prefusion-stabilized S in mRNA vaccines. Furthermore, a large fraction of MBCs recognizing postfusion S cross-reacted with human betacoronaviruses. The avidity of MBC-derived and serum antibodies increased over time resulting in enhanced resilience to viral escape by SARS-CoV-2 variants, including Omicron BA.1 and BA.2 sub-lineages, albeit only partially for BA.4 and BA.5 sublineages. Overall, the maturation of high-affinity and broadly-reactive MBCs provides the basis for effective recall responses to future SARS-CoV-2 variants.

Currently circulating SARS-CoV-2 variants acquired convergent mutations at receptor-binding domain (RBD) hot spots 1 . Their impact on viral infection, transmission, and efficacy of vaccines and therapeutics remains poorly understood. Here, we demonstrate that recently emerged BQ.1.1. and XBB.1 variants bind ACE2 with high affinity and promote membrane fusion more efficiently than earlier Omicron variants. Structures of the BQ.1.1 and XBB.1 RBDs bound to human ACE2 and S309 Fab (sotrovimab parent) explain the altered ACE2 recognition and preserved antibody binding through conformational selection. We show that sotrovimab binds avidly to all Omicron variants, promotes Fc-dependent effector functions and protects mice challenged with BQ.1.1, the variant displaying the greatest loss of neutralization. Moreover, in several donors vaccine-elicited plasma antibodies cross-react with and trigger effector functions against Omicron variants despite reduced neutralizing activity. Cross-reactive RBD-directed human memory B cells remained dominant even after two exposures to Omicron spikes, underscoring persistent immune imprinting. Our findings suggest that this previously overlooked class of cross-reactive antibodies, exemplified by S309, may contribute to protection against disease caused by emerging variants through elicitation of effector functions.

Abstract Background & Aims Chronic hepatitis B is a major global public health problem, and coinfection with hepatitis delta virus (HDV) worsens disease outcome. Here, we describe a hepatitis B virus (HBV) surface antigen (HBsAg)-targeting monoclonal antibody (mAb) with the potential to promote functional cure of chronic hepatitis B and D to address this unmet medical need. Methods HBsAg-specific mAbs were isolated from memory B cells of HBV vaccinated individuals. In vitro neutralization was determined against HBV and HDV enveloped with HBsAg representing eight HBV genotypes. Human liver-chimeric mice were treated twice weekly with a candidate mAb starting three weeks post HBV inoculation (spreading phase) or during stable HBV or HBV/HDV coinfection (chronic phase). Results From a panel of human anti-HBs mAbs, VIR-3434 was selected and engineered for pre-clinical development. VIR-3434 targets a putative conserved, conformational epitope within the antigenic loop of HBsAg and neutralized HBV and HDV infection with >12,000-fold higher potency than Hepatitis B Immunoglobulins in vitro. Neutralization was pan-genotypic against strains representative of HBV genotypes A-H. In the spreading phase of HBV infection in human liver-chimeric mice, a parental mAb of VIR-3434 (HBC34) prevented HBV dissemination and intrahepatic HBV RNA and cccDNA increase. In the chronic phase of HBV infection or co-infection with HDV, HBC34 treatment decreased circulating HBsAg by >1 log and HDV RNA by >2 logs. Conclusions This in vitro and in vivo characterization identified the potent anti-HBs mAb VIR-3434, which reduces circulating HBsAg and HBV/HDV viremia in human liver-chimeric mice. VIR-3434 is currently in clinical development for treatment of patients with chronic hepatitis B or D. Lay summary Chronic infection with hepatitis B virus places approximately 290 million individuals worldwide at risk for severe liver disease and cancer. Currently available treatments result in low rates of functional cure or require lifelong therapy that does not eliminate the risk of liver disease. We isolated and characterized a potent, human antibody that neutralizes hepatitis B and D viruses and reduces infection in a mouse model. This antibody could provide a new treatment for patients with chronic hepatitis B and D. Highlights Identification of a human mAb VIR-3434 that potently neutralizes HBV and HDV VIR-3434 targets a conserved, conformational epitope of the HBsAg antigenic loop VIR-3434 treatment blocks intrahepatic HBV spread in human liver-chimeric mice VIR-3434 treatment reduces circulating HBsAg and HDV RNA in co-infected mice Data have enabled clinical development of VIR-3434 against chronic hepatitis B/D