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

Many individuals experience persistent symptoms and a decline in health-related quality of life (HRQoL) after coronavirus disease 2019 (COVID-19) illness.1 Existing studies have focused on hospitalized individuals 30 to 90 days after illness onset2,3,4 and have reported symptoms up to 110 days after illness.3 Longer-term sequelae in outpatients have not been well characterized.

Profiling coronaviruses Among the coronaviruses that infect humans, four cause mild common colds, whereas three others, including the currently circulating severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), result in severe infections. Shrock et al. used a technology known as VirScan to probe the antibody repertoires of hundreds of coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients and pre–COVID-19 era controls. They identified hundreds of antibody targets, including several antibody epitopes shared by the mild and severe coronaviruses and many specific to SARS-CoV-2. A machine-learning model accurately classified patients infected with SARS-CoV-2 and guided the design of an assay for rapid SARS-CoV-2 antibody detection. The study also looked at how the antibody response and viral exposure history differ in patients with diverging outcomes, which could inform the production of improved vaccine and antibody therapies. Science , this issue p. eabd4250

How the Delta variant evades defenses In the course of the COVID-19 epidemic, variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continue to emerge, some of which evade immunity or increase transmission. In late 2020, the Delta and Kappa variants were detected, and the Delta variant became globally dominant by June 2021. McCallum et al . show that vaccine-elicited serum-neutralizing activity is reduced against these variants. Based on biochemistry and structural studies, the authors show that mutations in the domain that binds the ACE2 receptor abrogate binding to some monoclonal antibodies but do not improve ACE2 binding, suggesting that they emerged to escape immune recognition. Remodeling of the N-terminal domain allows the variants to escape recognition by most neutralizing antibodies that target it. The work could guide the development of next-generation vaccines and antibody therapies. —VV

Most individuals infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) develop neutralizing antibodies that target the viral spike protein. In this study, we quantified how levels of these antibodies change in the months after SARS-CoV-2 infection by examining longitudinal samples collected approximately 30-152 days after symptom onset from a prospective cohort of 32 recovered individuals with asymptomatic, mild, or moderate-severe disease. Neutralizing antibody titers declined an average of about 4-fold from 1 to 4 months after symptom onset. This decline in neutralizing antibody titers was accompanied by a decline in total antibodies capable of binding the viral spike protein or its receptor-binding domain. Importantly, our data are consistent with the expected early immune response to viral infection, where an initial peak in antibody levels is followed by a decline to a lower plateau. Additional studies of long-lived B cells and antibody titers over longer time frames are necessary to determine the durability of immunity to SARS-CoV-2.

SUMMARY The recently emerged SARS-CoV-2 Omicron variant harbors 37 amino acid substitutions in the spike (S) protein, 15 of which are in the receptor-binding domain (RBD), thereby raising concerns about the effectiveness of available vaccines and antibody therapeutics. Here, we show that the Omicron RBD binds to human ACE2 with enhanced affinity relative to the Wuhan-Hu-1 RBD and acquires binding to mouse ACE2. Severe reductions of plasma neutralizing activity were observed against Omicron compared to the ancestral pseudovirus for vaccinated and convalescent individuals. Most (26 out of 29) receptor-binding motif (RBM)-directed monoclonal antibodies (mAbs) lost in vitro neutralizing activity against Omicron, with only three mAbs, including the ACE2-mimicking S2K146 mAb 1 , retaining unaltered potency. Furthermore, a fraction of broadly neutralizing sarbecovirus mAbs recognizing antigenic sites outside the RBM, including sotrovimab 2 , S2X259 3 and S2H97 4 , neutralized Omicron. The magnitude of Omicron-mediated immune evasion and the acquisition of binding to mouse ACE2 mark a major SARS-CoV-2 mutational shift. Broadly neutralizing sarbecovirus mAbs recognizing epitopes conserved among SARS-CoV-2 variants and other sarbecoviruses may prove key to controlling the ongoing pandemic and future zoonotic spillovers.

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.

Worldwide SARS-CoV-2 transmission leads to the recurrent emergence of variants, such as the recently described B.1.617.1 (kappa), B.1.617.2 (delta) and B.1.617.2+ (delta+). The B.1.617.2 (delta) variant of concern is causing a new wave of infections in many countries, mostly affecting unvaccinated individuals, and has become globally dominant. We show that these variants dampen the in vitro potency of vaccine-elicited serum neutralizing antibodies and provide a structural framework for describing the impact of individual mutations on immune evasion. Mutations in the B.1.617.1 (kappa) and B.1.617.2 (delta) spike glycoproteins abrogate recognition by several monoclonal antibodies via alteration of key antigenic sites, including an unexpected remodeling of the B.1.617.2 (delta) N-terminal domain. The binding affinity of the B.1.617.1 (kappa) and B.1.617.2 (delta) receptor-binding domain for ACE2 is comparable to the ancestral virus whereas B.1.617.2+ (delta+) exhibits markedly reduced affinity. We describe a previously uncharacterized class of N-terminal domain-directed human neutralizing monoclonal antibodies cross-reacting with several variants of concern, revealing a possible target for vaccine development.

The SARS-CoV-2 Omicron variant of concern comprises three sublineages designated BA.1, BA.2, and BA.3, with BA.2 steadily replacing the globally dominant BA.1. We show that the large number of BA.1 and BA.2 spike mutations severely dampen plasma neutralizing activity elicited by infection or seven clinical vaccines, with cross-neutralization of BA.2 being consistently more potent than that of BA.1, independent of the vaccine platform and number of doses. Although mRNA vaccines induced the greatest magnitude of Omicron BA.1 and BA.2 plasma neutralizing activity, administration of a booster based on the Wuhan-Hu-1 spike sequence markedly increased neutralizing antibody titers and breadth against BA.1 and BA.2 across all vaccines evaluated. Our data suggest that although BA.1 and BA.2 evade polyclonal neutralizing antibody responses, current vaccine boosting regimens may provide sufficient protection against Omicron-induced disease.

SARS-CoV-2 Omicron sublineages carry distinct spike mutations and represent an antigenic shift resulting in escape from antibodies induced by previous infection or vaccination. We show that hybrid immunity or vaccine boosters result in potent plasma neutralizing activity against Omicron BA.1 and BA.2 and that breakthrough infections, but not vaccination-only, induce neutralizing activity in the nasal mucosa. Consistent with immunological imprinting, most antibodies derived from memory B cells or plasma cells of Omicron breakthrough cases cross-react with the Wuhan-Hu-1, BA.1 and BA.2 receptor-binding domains whereas Omicron primary infections elicit B cells of narrow specificity. While most clinical antibodies have reduced neutralization of Omicron, we identified an ultrapotent pan-variant antibody, that is unaffected by any Omicron lineage spike mutations and is a strong candidate for clinical development.