22nd International

HIV Dynamics & Evolution Promoting discussion between HIV specialists

May 13-16, 2015 Hungarian Academy of Sciences • Budapest, Hungary

Visit us at

facebook.com/ucsdcme twitter.com/UCSanDiegoCME

Supporters

We would like to thank the following companies & organizations for their generous support.

The Hungarian Academy of Sciences *******************

Merck ******************* Gilead ******************* Microsoft Viruses Journal

PROGRAM   Wednesday, May 13, 2015                                                                Location:  Art’otel      5:00 pm  Registration   7:00 pm  Welcome Reception/Dinner    Thursday, May 14, 2015    Location:  Hungarian Academy of Sciences    ORIGIN AND GLOBAL EVOLUTION OF THE EPIDEMICS   Session Chair: Michael Worobey and Ahidjo Ayouba      9:00 am  Welcome and Introductions    9:15 am  ADAPTATIONS FACILITATING CROSS‐SPECIES TRANSMISSION AND EMERGENCE OF       SIVSM IN RHESUS MACAQUES, *Alison Hill                        9:35 am  CORRELATION BETWEEN HISTORICAL LACK OF MALE CIRCUMCISION AND THE   EPIDEMIC EMERGENCE OF HIV‐2, *Joao Sousa               9:55 am  PHYLOGENETICS AND PHYLOGEOGRAPHY OF HIV‐1 SUBTYPE G ENV REVEAL     COMPLEX EVOLUTIONARY PATTERNS AROUND THE EPICENTRE OF THE HIV‐1   EPIDEMIC, *Jeffrey R. Dorfman                             10:15 am   ORIGIN OF HIV‐1 GROUP O AND P IN WESTERN LOWLAND GORILLAS      *Mirela D'arc                               10:30 am  Break    WITHIN‐HOST DIVERSITY AND EVOLUTION #1   Session Chairs: Ron Swanstrom and Richard Neher      11:00 am  USING DEEP SEQUENCING TO REVEAL COMPARTMENTALIZATION OF HIV‐1  POPULATIONS WITHIN THE BODY, *Ronald Swanstrom               11:20 am  SEQUENCE SPACE EXPLORATION AND POPULATION DYNAMICS OF HIV‐1     QUASISPECIES *Richard Neher                     11:40 am   PARALLEL EVOLUTION OF HIV‐1 IN A LONG TERM EXPERIMENT, *Frederic Bertels    12:00 pm   PHYLOGENETIC RECONSTRUCTION OF VIRAL QUASISPECIES DYNAMICS   *Veronika Boskova                         12:15 pm   RECOMBINATION FACILITATES SURVIVAL OF LATENT HIV‐1 LINEAGES IN   PRODUCTIVELY INFECTED CELLS, *Taina Immonen                12:30 pm  Lunch       

  Page 

1 

2 

3 

4 

5 

6  7 

8 

9 

PROGRAM     WITHIN‐HOST DIVERSITY AND EVOLUTION #2                           Page  Session Chairs: Jan Albert and Grace McCormack        2:00 pm  WHOLE‐GENOME DEEP SEQUENCING OF LONGITUDINAL SAMPLES FROM HIV‐1   PATIENTS FOLLOWED FROM EARLY INTO CHRONIC INFECTION, *Jan Albert       10    2:20 pm  TOWARDS EMPIRICALLY‐DERIVED SEQUENCE SPACE AND FITNESS LANDSCAPES   OCCUPIED BY RNA VIRUSES, *Marco Vignuzzi            11    2:40 pm   EXTREME HETEROGENEITY IN GENETIC DIVERSITY AND MOLECULAR EVOLUTION   FOUND IN CHRONIC HCV INFECTION, *Jayna Raghwani           12        3:00 pm  PACBIO SINGLE MOLECULE REAL TIME SEQUENCING OF THE HCV ENVELOPE   DIVERSITY FROM EARLY ACUTE INFECTION TO CHRONICITY, *Cynthia Ho         13    3:15 pm  DYNAMICS OF CTL ESCAPE DURING EARLY ACUTE HIV‐1 INFECTION REVEALED BY     DENSE TEMPORAL SAMPLING AND TARGETED DEEP SEQUENCING, *Sivan Leviyang      14    3:30 pm  Break    IMMUNE ESCAPE AND VACCINE RESEARCH   Session Chairs: James Mullins and Morgane Rolland      3:50 pm   NO EVIDENCE OF STRONGER NEUTRALIZING ANTIBODY RESPONSES IN RV144   BREAKTHROUGH VACCINE RECIPIENTS TWO TO THREE YEARS AFTER HIV INFECTION  *Morgane Rolland                         15    4:10 pm  ASSESSING THE PROPENSITY OF HIV‐1 TO EVOLVE ANTIBODY ESCAPE VARIANTS     DURING FREE VIRUS AND CELL‐CELL TRANSMISSION, *Carsten Magnus         16    4:25 pm  THE ROLE OF TRANSMITTED AND DE NOVO CELLULAR IMMUNE ESCAPE IN HIV     DISEASE PROGRESSION, *Jonathan Carlson                 17    4:45 pm  INFLUENCE OF RECOMBINATION ON ACQUISITION AND REVERSION OF IMMUNE     ESCAPE AND COMPENSATORY MUTATIONS IN HIV‐1, *Helen Alexander        18    5:00 pm  THE CONSERVED ELEMENTS (CE) APPROACH TO HIV VACCINE DESIGN, *James Mullins  19    5:20 pm  Posters      7:00 pm   Dinner at Hungarian Academy of Sciences                   

PROGRAM     Friday, May 15, 2015                          Page      Location:  Hungarian Academy of Sciences    LATENCY, RESERVOIRS AND CURE   Session Chairs: Alan Perelson and Mary Kearney    9:00 am          CARD‐SGS REVEALS PERSISTENT EXPRESSION OF HIV‐1 RNA IN CLONALLY EXPANDED     HIV‐INFECTED CELLS DURING ART, *Mary Kearney              20    9:20 am   PERSISTENT AND PROLIFERATING HIV‐INFECTED CELLS: TISSUE‐DISTRIBUTION AND  EXPRESSION OF VIRAL RNA AND PROTEIN, *James Mullins             21    9:40 am   MODELING THE EFFECTS OF VORINOSTAT IN VIVO REVEALS BOTH TRANSIENT AND  DELAYED ACTIVATION OF HIV TRANSCRIPTION IN LATENTLY INFECTED CELLS    *Alan Perelson                        22    10:00 am   TARGETING CCR5 RECEPTOR USING GENE THERAPY WILL NOT BE SUFFICIENT TO  CURE HIV, *Aridaman Pandit                     23    10:15 am   EFFECT OF THE LATENT RESERVOIR ON THE EVOLUTION OF HIV AT THE WITHIN‐AND     BETWEEN‐HOST LEVELS, *Hilje Doekes                  24    10:30 am  Break    WITHIN‐HOST DYNAMICS   Session Chairs: Rob De Boer and Sebastian Bonhoeffer    11:00 am  HOW RAPIDLY ARE HIV‐1 INFECTED CELLS KILLED?, *Rob De Boer          25    11:20 am   HIV CONTROL AFTER TREATMENT CESSATION: MATHEMATICAL MODEL   PREDICTIONS,   *Jessica Conway                   26    11:40 am   MODELLING ONGOING REPLICATION OF HIV IN DRUG SANCTUARIES, *Helen Fryer      27  12:00 pm  A ROBUST SCALING LAW ESTIMATES THE REQUIRED DURATION OF TREATMENT   WITH HIV‐1 MUTAGENS, *Vipul Gupta                  28    12:15 pm  TARGETING HIV LATENCY, *Feng Fu                  29    12:30 pm  Lunch    PHYLOGENETIC INSIGHTS INTO EPIDEMIC DYNAMICS   Chairs: Tanja Stadler and Tulio Oliveira        2:00 pm  DETECTION OF TRANSMISSION CLUSTERS IN HIV PHYLOGENIES, *Tanja Stadler       30    2:20 pm  PHYLOGEOGRAPHIC METHODS GIVE INSIGHT INTO THE EPIDEMIOLOGICAL DYNAMICS     BETWEEN HIV‐1 RISK GROUPS, *Denise Kühnert               31     

 

PROGRAM           2:35 pm  

2:50 pm 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 

BAYESIAN INFERENCE OF TRANSMISSION PATTERNS FROM TIMED PHYLOGENIES  *Caroline Colijn                      NEAR FULL LENGTH HIV‐1 SEQUENCING TO UNDERSTAND HIV PHYLODYNAMICS IN  AFRICA IN REAL TIME, *Tulio de Oliveira              

   32 

   33 

  3:10 pm   USING PHYLOGENETIC TOOLS TO ESTIMATE ASPECTS OF HIV TRANSMISSION     DYNAMICS IN GENERALIZED HIV EPIDEMICS: FINDINGS FROM THE PANGEA_HIV     METHODS COMPARISON EXERCISE, *Oliver Ratmann               34    3:30 pm   Break    THERAPY, PREVENTION, AND EPIDEMIOLOGY                   Session Chairs: Annemie Vandamme and Oliver Laeyendecker    4:00 pm  HIV‐1 TRANSMITTED DRUG RESISTANCE: NEW INSIGHTS INTO THE TRANSMISSIBILITY   OF SDRMS, *Ana Abecasis                     35    4:15 pm  THE IMPORTANCE OF PROTEIN STABILITY FOR THE EVOLUTION OF HIV DRUG     RESISTANCE, *Abayomi Olabode                   36    4:30 pm  DIRECT COMPARISON OF SEROLOGIC ASSAYS AND VIRAL DIVERSITY MEASURES FOR     IDENTIFYING INDIVIDUALS WITH RECENT HIV INFECTION, *Oliver Laeyendecker       37    4:50 pm  NGS COMBINED WITH PHYLOGENETIC ANALYSIS TO DETECT SUPER‐INFECTION IN HIV‐    1 INFECTED INTRAVENOUS DRUG USERS, *Simona Paraschiv             38    5:10 pm  RECONCILING NAMED PARTNER AND GENETIC PARTNER HIV‐1 TRANSMISSION     NETWORKS IN NEW YORK CITY, *Joel Wertheim               39    5:30 pm  Posters  7:00 pm   Dinner Cruise (Sign‐ups required)  10:00 pm    Saturday, May 16, 2015  Location:  Hungarian Academy of Sciences    HIV VIRULENCE AND CONTROL   Session Chairs: Andrew Leigh Brown and Jonathan Carlson    9:00 am  ESTIMATING THE RESPECTIVE CONTRIBUTIONS OF HUMAN AND VIRAL GENETIC     VARIATION TO HIV CONTROL, *István Bartha                 40    9:20 am   ESTIMATING THE BETWEEN‐HOST HERITABILITY OF VIRAL TRAITS: OLD‐SCHOOL     PARENT‐OFFSPRING VERSUS MODERN PHYLOGENETICS, *Gabriel Leventhal         41    9:40 am   DETERMINING THE VIRAL GENETIC BASIS OF HIV VIRULENCE USING WHOLE GENOME     SEQUENCING, *Chris Wymant                    42 

PROGRAM     10:00 am   IMPORTANCE OF TRAIT SELECTION IN ESTIMATING VIRAL CONTRIBUTION TO     VIRULENCE IN HIV INFECTION, *Venelin Mitov               10:15 am   MODELING HIV VIRULENCE EVOLUTION IN THE CONTEXT OF IMMUNE ESCAPE      *C. H. van Dorp                      10:30 am  Break    BIOINFORMATICS SOFTWARE AND ALGORITHMS FOR HIV/VIRAL RESEARCH   Session Chairs: Sergei Kosakovsky Pond and Erik Volz        11:00 am   FULL‐LENGTH ENVELOPE ANALYSIS (FLEA): A PIPELINE AND WEB SERVICE FOR FULL‐    LENGTH ENV SEQUENCE ALIGNMENT, ANALYSIS, AND VISUALIZATION, *Kemal Eren     11:15 am   SELECTION OF ANTIGEN SWARMS FROM NEUTRALIZING ANTIBODY DEVELOPMENT     AGAINST HIV‐1, *Peter Hraber                   11:30 am   CLUSTER RECONSTRUCTION IN SIMULATED TRANSMISSION CHAINS  *Manon Ragonnet‐Cronin                  11:45 am  PHYLODYNAMIC INFERENCE OF CONTACT NETWORK STRUCTURE, *David Rasmussen     12:00 pm  QUANTITATIVE METHOD FOR THE DELINEATION OF HIV‐1 SPECIFIC ANTIBODY   EPITOPE REACTIVITY IN POLYCLONAL PATIENT SERA, *Nathanael Hoze         12:15 pm   Final Adjournment 

   43 

   44 

   45 

   46 

   47     48 

   49 

 

POSTER ABSTRACTS  

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1    STRUCTURED OBSERVATIONS REVEAL SLOW HIV‐1 CTL ESCAPE, *H. Roberts  

 

 

   

Page 

 

 

              53  

2    NINE YEARS EXPERIENCE OF HIV‐ DRUG RESISTANCE MONITORING IN SOUTH AFRICA, 2006–2014    *G. Jacobs                                     54  3  THE RETROVIRUS INTEGRATION DATABASE (RID), *W. Shao  

 

 

 

 

              55 

4  A SEQUENTIAL MONTE CARLO APPROACH FOR JOINT ESTIMATION OF VIRAL PHYLOGENY AND   EPIDEMIOLOGICAL DYNAMICS, *A. Smith                

56 

5  THERAPY STRATEGIES IN HIV INFECTION USING MATHEMATICAL MODELLING,*A. Boianelli   

57 

 

6  PREDICTED BINDING AFFINITIES OF HIV‐1C VIF, VPR AND VPU EPITOPES DURING PRIMARY INFECTION    58    AGAINST HOST MHC CLASS I HLA‐A AND HLA‐B MOLECULES, *R. Rossenkhan          7  SUBTYPE‐SPECIFIC STRUCTURAL CHARACTERISTICS AND MOLECULAR DYNAMICS OF GLYCOSYLATED     HIV‐1 GP120 PROTEINS, *N. Wood                   59  8  HIV‐1 GROUP M DIVERSITY: NEW INSIGHTS ON THE EVOLUTION OF THE VIRUS, *M. Tongo  

 

60 

9  EVOLUTIONARY RATES OF HIV‐1 ACCESSORY GENES FROM FULL‐LENGTH DATASETS ACROSS     SUBTYPES, *G. Yebra                        

61 

10   THE CONTRIBUTION OF ANGOLA FOR THE EARLY SPREAD OF THE HIV‐1 EPIDEMIC, *A. Pineda‐Peña 

62  

11  COMPOSITE SEQUENCE‐STRUCTURE STABILITY MODELS AS SCREENING TOOLS FOR IDENTIFYING    MUTATIONAL TARGETS FOR HIV DRUG AND VACCINE DEVELOPMENT, *S. Manocheewa       

  63 

12  LONG‐RANGE HIV GENOTYPING USING PROVIRAL DNA FOR ANALYSIS OF HIV DRUG RESISTANCE AND      HIV TRANSMISSION DYNAMICS, *V. Novitsky                 64  13  MODEST IMPROVEMENTS TO HIV TREATMENT AND CARE COULD PREVENT HALF OF ALL NEW HIV    INFECTIONS AMONG MEN HAVING SEX WITH MEN: A PHYLOGENETIC STUDY, *O. Ratmann    

65 

   

66 

15  ACCURATE DETECTION OF MINOR MUTATIONS WITH DEFINED SAMPLING DEPTH AND ERROR     CUTOFF USING NEXT GENERATION SEQUENCING, *S.Zhou            

67 

16  LINKAGE OF FEMALE FOUNDER HIV‐1 POPULATIONS TO TRANSMITTING MALE’S BLOOD AND                     SEMINAL VIRUSES, *C. Williams  

68 

17  COMPARISON OF MAJOR AND MINOR VIRAL SNPS IDENTIFIED BY SINGLE TEMPLATE SANGER AND    PYROSEQUENCING IN EARLY HIV‐1 INFECTION, *J. Mullins            

69 

18  FITNESS‐BALANCED ESCAPE DETERMINES RESOLUTION OF DYNAMIC FOUNDER VIRUS ESCAPE     PROCESSESS IN HIV‐1 INFECTION, *J. Mullins                

70 

19  DEEP SEQUENCING ANALYSIS OF HIV‐1 TRANSMISSION AND SUBSEQUENT EVOLUTION IN SIX    TRANSMISSION PAIRS, *J. Mullins                  

71 

20  FINE STRUCTURE GENETIC ANALYSIS OF INTRA‐PATIENT HIV POPULATIONS PRIOR TO     ANTIRETROVIRAL THERAPY USING NEXT GENERATION SEQUENCING, *J. Hattori    

72 

14  WILL HIV VANISH OR EVOLVE RESISTANCE FACING MASS ANTI‐RETROVIRAL TREATMENT?    *S. Alizon                      

 

POSTER ABSTRACTS      21  WEBMUTCOR: A TOOL TO DISCOVER INTERACTIONS BETWEEN DRUG RESISTANCE MUTATIONS    AND CYTOTOXIC‐T‐LYMPHOCYTE ESCAPE MUTATIONS IN THE HIV‐1 POL REGION, *W. Smidt   

73 

22  COMPARING ESTIMATED TIME OF HIV‐1 INFECTION OBTAINED BY BAYESIAN ANALYSIS AND     THE BED ASSAY, *M. M. Lunar                    

74 

23  EXPLORING TRANSMISSION DYNAMICS OF HIV IN RURAL KWAZULU‐NATAL, USING PHYLOGENETICS    *T. de Oliveira                         75  24  INTERTYPE AND INTER SPECIES GENOMIC DIVERSITY OF HIV‐1 TAT, *I. Khandaker  

 

 

76 

25  SPATIO‐TEMPORAL EVOLUTION OF HIV‐1 TAT IN SUBTYPES B AND C, *C. Roy    

 

 

77 

26  DENTIFYING WITHIN‐HOST HIV‐1 SUBPOPULATIONS BY COSEGREGATION OF PROFILE HIDDEN     MARKOV MODEL UPDATE VECTORS, *P. Edlefsen              

78 

27  POPULATION‐LEVEL EVOLUTION OF HIV‐1 ENV STRUCTURE OVER THREE DECADES; A     MULTIDIMENSIONAL APPROACH TO STUDY THE DYNAMICS OF COMPLEX PHENOTYPES, *H. Haim    

79  

28  REASSESMENT OF MOLECULAR EVOLUTION OF CRIMEAN–CONGO HEMORRHAGIC FEVER VIRUS    BASED ON COMPLETE S AND M SEGMENT SEQUENCES, *M. Stanojevic          

80 

29  THE CHANGING FACE OF THE HIV‐1 SUBTYPE C EPIDEMIC IN SOUTH AFRICA – DETECTION OF UNIQUE    SUBTYPES AND RECOMBINANT FORMS, *S. Engelbrecht              81 

ADAPTATIONS FACILITATING CROSS‐SPECIES TRANSMISSION AND EMERGENCE OF SIVSM IN RHESUS  MACAQUES  *A. Hill (1), S. Ita (2), M. Mangano (3), V. Hirsch (4), R. Desrosiers (5), D. Evans (6), R. Newman (7)  1. Harvard University/Boston College  2. Harvard University/Boston College  3. Boston College  4. NIAID  5. University of Miami  6. University of Wisconsin  7. Broad Institute    The distribution of lentiviruses among primates reflects a history of interspecies transmission and emergence  of new virus‐host relationships. An understudied element of emergence is the degree to which viruses must  adapt to the genetic environment of new host species, and how adaptations to the new host initially affect  viral fitness. SIVmac emerged as the result of a cross‐species transmission of SIVsm into rhesus macaques, and  comparing cohorts of SIVmac‐ and SIVsm‐infected macaques provides an opportunity to examine a lentivirus  evolving during the early stages of emergence. Using archived samples from four cohorts of macaques, we  compared  evolution  of  macaque‐adapted  viruses  (SIVmac239,  SIVmac251)  to  incompletely‐adapted,  “emerging” viruses (SIVsmE543‐3, SIVsmE660). Longitudinal samples included the inoculum for each cohort,  as well as acute and chronic time‐points for each animal. Samples were processed for deep sequencing, and  consensus sequences of complete viral coding regions were assembled de novo. Based on comparison of viral  populations  in  all  four  cohorts,  we  identified  nine  candidate  species‐specific  changes  in  six  viral  genes,  reflecting adaptation of SIVsm to the rhesus macaque host; these included known adaptations to overcome  restriction by macaque TRIM5α. Each of the candidate adaptations was introduced singly or in combinations  into SIVsmE543‐3 (forward mutations, reflecting adaptation to the macaque host) and SIVmac239 (reversions  to the ancestral residue). These were then tested in a multiplex, deep‐sequencing based fitness assay, in which  changes  in  the  frequencies  of  mutant  and  parental  sequences  (among  sequencing  reads)  were  used  to  calculate differences in relative  fitness. The assay was validated using a known escape mutation to rhesus  TRIM5α, which demonstrated a clear fitness advantage over the wild‐type SIVsmE543‐3 in a rhesus T cell line  expressing restrictive TRIM5 alleles. Together, these studies represent a novel approach to the identification  and characterization of viral determinants of cross‐species transmission.   

 

1   

CORRELATION BETWEEN HISTORICAL LACK OF MALE CIRCUMCISION AND THE EPIDEMIC EMERGENCE OF  HIV‐2  *J. Sousa (1), M. Temudo (2), V. Müller (3), A. Vandamme (4)  1. KU Leuven ‐ University of Leuven, Department of Microbiology and Immunology, Rega Institute for Medical  Research, Clinical and Epidemiological Virology, B‐3000 Leuven, Belgium; Centro de Malária e outras Doenças  Tropicais and Unidade de Microbiologia Médica, Instituto de Higiene e Medicina Tropical, Universidade Nova  de  Lisboa,  Lisboa,  Portugal;  Email:  [email protected].  Tel:  +3216332160.  Fax:  +3216332131.  Miderbroedersstraat 10, B‐3000 Leuven, Belgium.  2.  Department  of  Agriculture,  Environment  and  Development,  Tropical  Research  Institute  (IICT),  Lisboa,  Portugal  3. Institute of Biology, Eötvös Loránd University, Budapest, Hungary; Parmenides Center for the Conceptual  Foundations of Science, Pullach/Munich, Germany  4. KU Leuven ‐ University of Leuven, Department of Microbiology and Immunology, Rega Institute for Medical  Research, Clinical and Epidemiological Virology, B‐3000 Leuven, Belgium; Centro de Malária e outras Doenças  Tropicais and Unidade de Microbiologia Médica, Instituto de Higiene e Medicina Tropical, Universidade Nova  de Lisboa, Lisboa, Portugal    Background: Epidemic HIV‐2 emerged in humans twice (groups A and B), both circa 1930. Its closest ancestors  are SIVsmm infecting sooty mangabeys from southwest Ivory Coast. The earliest serological surveys of HIV‐2  in  West  Africa  (1987–91)  show  a  patchy  spread  with  only  Ivory  Coast  and  Guinea‐Bissau  having  mature  epidemics by then.   Methods:  We  estimated  past  male  circumcision  rates  of  209  West  African  ethnic  groups,  based  on  an  ethnographic literature review. Uncertainty was incorporated by defining plausible ranges of parameters (e.g.  timing of introduction, proportion circumcised). We generated 1000 sets of past circumcision rates per city  using Latin Hypercube Sampling with different parameter combinations. We explored the correlation between  early  HIV‐2  prevalence  and  estimated  circumcision  rate  (both  logit‐transformed).  A  credible  confidence  interval for the correlation was constructed using 500 bootstrap replicates.  Results:  Demographic  and  Health  Surveys  show  that  male  circumcision  is  nowadays  almost  universal  throughout  the  region.  However,  our  ethnographic  review  reveals  that,  in  early  20th  century,many  ethnic  groups did not practice it, or did it late in life. Our estimates for circumcision rates in1950 are, for Bissau: 80– 85%; Abidjan: 50–57%; Bouaké: 56–63%; Monrovia: 79–84%; the major cities of Senegal, Gambia, Guinea, and  Sierra Leone had >90%. HIV‐2 prevalence in 1987–91 and circumcision rate in 1950 were correlated (r=‐0.463;  95% CI: ‐0.726–‐0.213; p=0.017). In addition, southwestern Ivory Coast and neighboring Liberian areas were  inhabited by non‐circumcising ethnic groups (in 1930) heavily exposed to SIVsmm through bushmeat.  Conclusions: The differential HIV‐2 spread between West African countries correlates with different historical  circumcision rates in their main cities. We suggest HIV‐2 only formed early substantial foci in low circumcision  rate cities. Lack of male circumcision in rural areas exposed to bushmeat may have had a role in boosting the  chances of successful SIV zoonosis.         

2   

PHYLOGENETICS AND PHYLOGEOGRAPHY OF HIV‐1 SUBTYPE G ENV REVEAL COMPLEX EVOLUTIONARY  PATTERNS AROUND THE EPICENTRE OF THE HIV‐1 EPIDEMIC  M. Tongo (1), R. Essomba (2), F. Nindo (3), F. Abrahams (4), A. Nanfack (5), J. Fokam (6), D. Takou (7), J.  Torimiro (8), E. Mpoudi‐Ngole (9), W. Burgers (10), D. Martin (11), *J. Dorfman (12)  1. ICGEB and Univ of Cape Town Div of Immunology  2. ICGEB and Univ of Cape Town Div of Immunology  3. Univ of Cape Town Computational Biology Group  4. ICGEB  5. CIRCB, Yaoundé, Cameroon  6. CIRCB, Yaoundé, Cameroon  7. CIRCB, Yaoundé, Cameroon  8. CIRCB, Yaoundé, Cameroon  9. Institute of Medical Research and Study of Medicinal plants, Yaoundé, Cameroon  10. Univ of Cape Town, Div of Medical Virology  11. Univ of Cape Town, Computational Biology Group  12. ICGEB and Univ of Cape Town Div of Immunology    The HIV‐1 subtype G lineage has played a central role in the evolutionary complexity of the HIV‐1M epidemic  in  central/west  Africa.  Although  originally  considered  non‐recombinant,  it  has  been  proposed  that  the  ancestral subtype G progenitor was the recombinant progeny of a virus related to circulating recombinant  form (CRF) 02_AG and an uncharacterised HIV‐1M lineage, with most of its envelope gene (env) derived from  the uncharacterised  parental  lineage.  Using Bayesian  and  maximum  likelihood  methods, we  analysed new  subtype G env sequences sampled from 8 individuals in Yaoundé, Cameroon during 2007‐2010, together with  all  publically  available  full‐length  env  sequences  that  had  known  sampling  dates  and  locations,  and  were  identified as subtype G.  We inferred from our analysis that the most recent common ancestor (MRCA) of the  analysed  subtype  G  env  sequences  most  likely  occurred  in  Nigeria  in  ~1962  (HPD  interval  1954.6‐1970.4),  nominally older than previous estimates. Furthermore, the analysis showed that subtype G env phylogeny has  a  complex  structure  including  seven  distinct  lineages,  each  likely  dating  back  to  the  1970s.  We  detected  multiple  introductions  of  subtype  G  env  into  Spain/Portugal,  but  only  a  single  introduction  into  Cuba.  CRF06_cpx env sequences clustered only within the subtype G clade, while CRF25_cpx env sequences were  found at the root outside the subtype G clade.  This suggests that the CRF06_cpx env could plausibly have  been derived through recombination from a subtype G parent, while the CRF25_cpx env was likely derived  from an unsampled and possibly extinct HIV‐1M lineage related to the subtype G MRCA. Overall, our analysis  involves the most diverse assemblage of HIV‐1M subtype G env sequences yet studied and sheds substantial  light on the evolutionary and spatio‐temporal origins of subtype G env sequences that evolved at the epicentre  of the HIV‐1 epidemic, and are currently circulating in many different parts of the world.   

 

3   

ORIGIN OF  HIV‐1 GROUP O AND P IN WESTERN LOWLAND GORILLAS   *D. Mirela (1), A. Ayouba (2), A. Esteban (3), G. Learn (4), V. Boué (5), F. Liegeois (6), L. Etienne (7), N. Tagg  (8), F. Leendertz (9), C. Boesch (10), N. Madinda (11), M. Robbins (12), M. Gray (13), A. Cournil (14), M. Ooms  (15), M. Letko (16), V. Simon (17), P. Sharp (18), B. Hahn (19), E. Delaporte (20), E. Mpoudi Ngole (21), M.  Peeters (22)  1. UMI 233, Institut de Recherche pour le Développement (IRD) and University of Montpellier 1, 34394  Montpellier, France; Laboratory of Human Virology, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 21949‐570 Rio  de Janeiro, Brazil    HIV‐1  groups  M,  N,  O  and  P,  each  resulted  from  an  independent  cross‐species  transmission  event  of  SIVs  infecting  African  apes.  While  groups  M  and  N  have  been  traced  to  distinct  chimpanzee  communities  in  south‐central and south‐eastern Cameroon, the ape reservoirs of groups O and P remained unknown.Fecal  samples  from  western  lowland  gorillas  (n=2,611)  in  southern  Cameroon  and  northern  Gabon,  eastern  lowland    gorillas  (n=103)  in  the  Democratic  Republic  of  Congo  (DRC)  and  mountain  gorillas  (n=218)  from  Uganda and DRC were screened for SIVgor specific antibodies and nucleic acids. SIVgor was only identified at  four sites in southern Cameroon with prevalence rates ranging from 0.8% to 22%. Partial and full‐length SIVgor  sequences revealed extensive genetic diversity and indicated that a single chimpanzee‐to‐gorilla transmission  is at the origin of the SIVgor lineage. Full‐length genome sequences identified two new SIVgor strains from  south‐west Cameroon closely related to HIV‐1 P across the entire genome and one SIVgor strain from central  Cameroon was very closely related to HIV‐1 group O across most of its genome. Functional analyses identified  APOBEC3G as a likely barrier for chimpanzee‐to‐gorilla, but not gorilla‐to‐human, virus transmission. SIVgor  is  thus at the origin of HIV‐1 groups O and P in humans. Group P has only been detected in two individuals,  but group O has spread extensively throughout west central Africa and is estimated to have infected around  100,000 people. Thus, both chimpanzees and gorillas harbor viruses that are capable of crossing the species  barrier to humans and causing major disease outbreaks.            

 

4   

USING DEEP SEQUENCING TO REVEAL COMPARTMENTALIZATION OF HIV‐1 POPULATIONS WITHIN THE  BODY  S. Joseph (1), S. Zhou (2), *R. Swanstrom (3)  UNC Chapel Hill  Deep sequencing has the potential to identify minor variants within a population.  However, it can also be  used to identify minor variants between populations.  We have developed an amplicon spanning the V1 to V3  region of the HIV‐1 env gene and used it for paired‐end sequencing with the MiSeq platform.  Paired‐end reads  allow reading of V1 and V2 and the linked C2 and V3 region, although the reads do not overlap within C2  leaving a small gap.  We have also used the Primer ID template tag to enumerate the exact number of viral  genomes sampled, and by accounting for PCR resampling we are able to build template consensus sequences  that  reduce  the  overall  error  rate  to  1  in  10,000  nucleotides  (essentially  the  error  of  RT  in  the  first  cDNA  synthesis step).  We have used this approach to compare viral populations in the blood and CSF from subjects  across a wide range of disease states.  Because of its enhanced sampling the deep sequencing approach has  greater sensitivity of detecting minor variants compared to single genome amplification (SGA) in head‐to‐head  comparisons.    Compartmentalized  variants  are  readily  detected  in  a  significant  number  of  subjects  across  disease states.  Thus deep sequencing provides a new look at the compartmentalization of viral populations,  identifying independently replicating pools of virus, with a dramatically increased level of sensitivity.   

 

5   

SEQUENCE SPACE EXPLORATION AND POPULATION DYNAMICS OF HIV‐1 QUASISPECIES  F. Zanini (1), J. Albert (2), *R. Neher (3)  1. MPI for Developmental Biology, Tuebingen, Germany  2. Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden  3. MPI for Developmental Biology, Tuebingen, Germany    During  an  untreated  chronic  infection,  HIV‐1  accumulates  many  mutations  and  expands  into  a  genetically  diverse population. Using longitudinal deep sequencing data on 11 untreated patients, we characterized the  genome  wide  dynamics  and  composition  of  HIV‐1  quasispecies.  We  show  that  HIV‐1  populations  explore  sequence space in a stereotypic and predictable manner. By analyzing the accumulation of minor variants, we  link conservation in cross‐sectional sequence alignments to fitness costs of mutations within patients. Through  extrapolation of mutation accumulation from conserved to neutral sites, we estimate the in vivo mutation  rate matrix of HIV‐1 and find close agreement with previous in vitro measurements (Abram et al. 2010). While  low frequency variation is similar among patients, substitutions and adaptation are mostly patient specific.     We  further  show  that  the  dynamics  of  single  nucleotide  variants  is  dominated  by  hitch‐hiking  and  linked  selection. Variants closer than 300 bp are not efficiently shuffled by recombination and influence each other.  Standard neutral coalescent models are inconsistent with the observed diversity and dynamics. Alternative  null models builton the premise of abundant fitness variation, however, describe the data well.   

 

6   

PARALLEL EVOLUTION OF HIV‐1 IN A LONG TERM EXPERIMENT  *F. Bertels (1), C. Leemann (2), K. Metzner (3), R. Regoes (4)  1. Department for Environmental Systems Sciences, ETH Zurich, Zurich  2. Division of Infectious Diseases and Hospital Epidemiology, University Hospital Zurich and Insitute of  Medical Virology, University of Zurich, Zurich  3. Division of Infectious Diseases and Hospital Epidemiology, University Hospital Zurich and Insitute of  Medical Virology, University of Zurich, Zurich  4. Department for Environmental Systems Sciences, ETH Zurich, Zurich    Observing  the  evolution  of  organisms  in  a  constant  environment  over  long  periods  of  time  has  been  a  successful strategy to investigate fundamental evolutionary questions. A particularly interesting question is to  which extent evolution is predictable or repeatable. This has been studied for various bacteria and viruses. For  HIV‐1 parallel evolution has been observed under drug treatment in multiple studies, but the repeatability of  HIV‐1 evolution in the absence of drugs has not been studied systematically yet.     To investigate HIV‐1 parallel evolution in a tightly controlled experiment, we passaged HIV‐1 NL4‐3 for almost  one  year  in  two  different  human  T‐cell  lines  (MT2  and  MT4)  in  two  replicates  each.  For  each  of  the  four  replicate  lines, we  sequenced  the  entire  HIV‐1  genome  at  five  longitudinal time points by next‐generation  sequencing to track the evolution of HIV‐1. Over the course of our experiment we observed an astonishing  amount of parallel evolution: about 50% of the identified mutations emerged in more than one population.  Additionally  when  we  attempted  to  reconstruct  the  phylogenetic  tree  from  the  consensus  sequences,  the  genealogy could not be recovered. Instead the sequences clustered by the environment they evolved in.     This  pronounced  parallelism  confounds  any  inference  drawn  from  viral  sequences  that  is  based  on  the  assumption  of  neutral  evolution.  This  has  far  reaching  consequences  especially  for  the  application  of  phylogenetic methods. In particular this makes it very challenging to correctly identify transmission pairs from  HIV‐1 phylogenies for the extent of parallel evolution we observe in our experiment.    

 

7   

PHYLOGENETIC RECONSTRUCTION OF VIRAL QUASISPECIES DYNAMICS  *V. Boskova (1), T. Stadler (2)  Department of Biosystems Science and Engineering, ETH Zurich, Basel, Switzerland; SIB Swiss Institute of  Bioinformatics, Basel, Switzerland  Especially  in  fast  evolving  and  reproducing  populations  such  as  RNA  viruses,  the  population  of  sequences  present in one host at a time is often very rich but also very repetitive. Deep‐sequencing approaches allow for  quantification of sequences and their diversity.    The  amount  of  sequences  from  such  sequencing  efforts  represents  a  computational  overload  for  current  phylodynamic  and  phylogenetic  model  implementations  in  full  Bayesian  framework.  Heuristic  approaches  aimed at reducing the computational burden apply the inference models only to the unique sequences, i.e.  ignoring frequencies of the different sequences and instead assuming each one occurs only once, or to only a  random subsample of the full dataset.   We set out to investigate these heuristics in terms of how much loss of information on dynamic properties of  the process occurs. Based on the identified drawbacks of the heuristics, we propose a new tool for efficient  reconstruction  of  viral  epidemiological  and  evolutionary  dynamics  from  full  quasispecies  datasets.  The  framework involves first reconstructing the haplotypes and their frequencies within the quasispecies from the  raw  reads.  Phylogenetic  analyses  are  then  performed  on  the  haplotype  alignment  and  the  frequency  information. Use of such complete datasets should lead to a more complete picture of pathogen dynamics,  insight into transmission bottlenecks, and in more reliable parameter estimation.   

 

8   

RECOMBINATION FACILITATES SURVIVAL OF LATENT HIV‐1 LINEAGES IN PRODUCTIVELY INFECTED CELLS   *T. Immonen (1), J. Conway (2), E. Romero‐Severson (3), A. Perelson (4), T. Leitner (5)  1. Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, United  States of America  2. Department of Mathematics, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania, United States of  America  3. Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, United  States of America  4. Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, United  States of America  5. Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, United  States of America    HIV‐1 is subject to immune pressure exerted by the host, giving variants that escape the immune response an  advantage. Virus released from activated latent cells compete against variants that have continually evolved  and adapted to host immune pressure. Nevertheless, there is increasing evidence that latent virus lineages  survive in patient plasma despite their reduced fitness due to long‐term immune memory. We investigated  the  survival  of  latent  lineages  by  simulating  within‐host  HIV‐1  sequence  evolution  and  the  cycling  of  viral  lineages  in  and  out  of  the  latent  reservoir.  Our  model  incorporates  a  detailed  mutation  process  including  nucleotide substitutions, recombination, latent reservoir dynamics, diversifying selection pressure driven by  the immune response, and purifying selection pressure due to the accumulation of deleterious mutations.   We evaluated the ability of our model to capture sequence evolution in vivo by comparing our simulated  sequences to HIV‐1 sequence data from 16 HIV‐infected untreated patients. Empirical sequence divergence  and  diversity  measures  were  qualitatively  and  quantitatively  similar  to  those  of  our  simulated  HIV‐1  populations,  suggesting  that  our  model  invokes  realistic  trends  of  HIV‐1  genetic  evolution.  Moreover,  reconstructed phylogenies of simulated and patient HIV‐1 populations showed similar topological structures.    We  found  that  the  key  mechanism  allowing  latent  lineages  to  survive  in  the  productively  infected  cell  population  was  recombination  with  already  successfully  replicating  virus.  Recombination  increased  the  survival probability of latent lineages approximately 20‐fold. Prevalence of latent lineages in the productively  infected cells was observed in only 2% of simulations when we ignored recombination, while the proportion  increased to 38% of simulations when we allowed recombination. Comparing simulations with low and high  prevalence  of  latent  forms  in  productively  infected  cells  further  showed  that  latency  reduced  sequence  divergence and increased diversity.     * Tel: 505‐606‐0074; Fax: 505‐665‐3493; E‐mail: [email protected]   

 

9   

WHOLE‐GENOME DEEP SEQUENCING OF LONGITUDINAL SAMPLES FROM HIV‐1 PATIENTS FOLLOWED  FROM EARLY INTO CHRONIC INFECTION  F. Zanini (1), J. Brodin (2), L. Thebo (3), C. Lanz (4), R. Neher (5),*J. Albert (6)  1. Max Plank Institute for Developmental Biology, Tuebingen, Germany  2. Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden  3. Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden  4. Max Plank Institute for Developmental Biology, Tuebingen, Germany  5. Max Plank Institute for Developmental Biology, Tuebingen, Germany  6. Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden         We extracted viral RNA from frozen serum samples from 11 untreated HIV patients, with approximately 8  time points per patient, spanning at least five years from an established time of infection. We developed a  protocol for whole‐genome sequencing using six overlapping primer sets. Primers were designed to ensure  unbiased  and  sensitive  amplification  of  unknown  HIV  templates  representing  all  major  subtypes.  We  optimized  the  library  preparation  protocol  to  obtain  long  inserts  starting  from  less  than  1  ng  of  DNA  and  sequenced all samples on the Illumina MiSeq platform, obtaining around 10,000x coverage. We are able to  call minor alleles as rare as 0.2% in the viral population and preserve linkage information over 500 bp.     This  deep whole genome data set covering many years in 11 patients provides a comprehensive portrait of HIV‐1  intra‐patient evolution that should be suitable for many different types of analyses. We are planning to release  the dataset soon and will in addition to raw reads provide pre‐analyzed data such as consensus sequences,  minor single nucleotide variant frequencies and tools to extract haplotypes up to 500 bp in length in most  regions of the HIV‐1 genome.   

 

10   

TOWARDS EMPIRICALLY‐DERIVED SEQUENCE SPACE AND FITNESS LANDSCAPES OCCUPIED BY RNA  VIRUSES  G. Moratorio (1), A. Bordería (2), R. Henningsson (3), H. Blanc (4), M. Fontes (5), *M. Vignuzzi (6)  1. Institut Pasteur, Viral Populations and Pathogenesis, Paris, France  2. Institut Pasteur, Viral Populations and Pathogenesis, Paris, France  3. Institut Pasteur, Viral Populations and Pathogenesis, Paris, France  4. Institut Pasteur, Viral Populations and Pathogenesis, Paris, France  5. Department of Mathematical Science, Lund University, Sweden and Institut Pasteur, Viral Populations and  Pathogenesis, Paris, France  6. Institut Pasteur, Viral Populations and Pathogenesis, Paris, France    The very high dimensionality of the sequence space explored by even simple organisms makes it challenging  to study and understand, and further complicates generating empirical fitness landscapes occupied by them.  Due to their high mutation rates, RNA viruses rapidly generate swarms of closely related genotypes as they  attempt to explore sequence space, and constitute excellent models to study populations evolve in fitness  landscapes. We are attempting to generate empirically‐derived fitness landscapes by altering the sequence  space of a model RNA virus, Coxsackie virus B3, and examining its position and evolution on fitness peaks.  Based on the potential effect of point mutations, the six synonymous codons for Leucine and for Serine were  classified into three groups (‘1 to Stop’, only one point mutation required to introduce a stop codon; ‘More‐V’,  more volatile, one mutation changes the amino‐acid to one with different properties, and ‘Less‐V’, less volatile,  higher likelihood to be a silent mutation or to maintain close physico‐chemical properties). By reverse genetics,  we replaced all 100 Leu/Ser codons within the P1 region (structural protein) by one of these three groups to  generate Synthetic Synonymous (SynSyn) viruses ‐ to present the same amino acid sequence but different  nucleotide sequences. The evolvability of the SynSyn viruses were evaluated by deep sequencing tissue culture  samples passaged under normal and mutagenic conditions, as well as in a mouse model. Highly quantitative  fitness values were also obtained for each sample. We show how a combination of biological knowledge and  mathematical  tools  (PCA,  Isomap,  etc.)  can  unveil  structure  in  sequence  space  and  provide  a  lower‐dimensional  representation  preserving  structure  while  removing  noise.  This  low‐dimensional  representation is useful for visualization, but also as a basis for further analysis. Incorporating fitness values  attained from competition assays, we reconstruct empirical fitness landscapes by means of interpolation. The  validity of the empirical fitness landscape model is investigated experimentally by predicting the fitness of a  sample, given its position in sequence space. Additionally, we show that SynSyn viruses with different 'starting  points' in sequence space on the same fitness landscape undertake different evolutionary trajectories. Our  data constitutes a first step in accurately characterizing virus evolution in terms of sequence space and fitness  landscapes.   

 

11   

EXTREME HETEROGENEITY IN GENETIC DIVERSITY AND MOLECULAR EVOLUTION FOUND IN CHRONIC HCV  INFECTION  *J. Raghwani (1), R. Rose (2), I. Sheridan (3), P. Lemey (4), M. Suchard (5), P. Farci (6), P. Klenerman (7), O.  Pybus (8)  1. Department of Zoology, University of Oxford, UK  2. BioInfoExperts, Thibodeaux, LA, USA  3. Peter Medawar Building for Pathogen Research, University of Oxford, Oxford, UK  4. Rega Institute, KU Leuven – University of Leuven, Leuven, Belgium  5. Departments of Biomathematics, Biostatistics, Human Genetics, University of California, Los Angeles, CA  90095, USA  6. Laboratory of Infectious Diseases, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes  of Health, Bethesda, MD 20892, USA  7. Peter Medawar Building for Pathogen Research, University of Oxford, Oxford, UK  8. Department of Zoology, University of Oxford, Oxford, UK    In contrast to most fast‐evolving RNA viruses, the hepatitis C virus (HCV) can cause both acute and chronic  infection in humans, with viral clearance occurring in 15 to 20% of cases. However, in the majority of HCV  patients that become chronically infected, the liver is expected to develop cirrhosis, cancer, and other related  diseases. In recent years there has been great progress made in treatment of HCV, with the newly approved  direct‐acting antiviral drugs being reported to clear the virus successfully in 70% of patients. However, despite  the  clinical  and  scientific  achievements,  our  understanding  of  HCV  replication  behaviour  and  thus  of  the  within‐host  evolution  is  limited,  especially  compared  to  HIV.  In  this  study,  we  undertake  the  first  comprehensive analysis of HCV evolutionary dynamics during chronic infection by quantifying viral diversity  and divergence through time. We investigate more than 4000 viral gene sequences obtained from 15 HCV  patients, which have been sampled longitudinally over several years. These results are compared to those of  9 well‐studied HIV subjects, which indicate key differences in these two chronically infectious RNA viruses.  Notably, a significant degree of heterogeneity is observed in the molecular evolution and population genetic  diversity in HCV, both among patients and over time, strongly suggesting the presence of complex replication  dynamics. As a consequence, we suggest a novel mechanism by which HCV establishes chronic infection that  can explain apparent paradoxes in the natural history of this virus.      

 

12   

PACBIO SINGLE MOLECULE REAL TIME SEQUENCING OF THE HCV ENVELOPE DIVERSITY FROM EARLY  ACUTE INFECTION TO CHRONICITY  C. Ho (1), J. Raghwani (2), S. Koekkoek (3), M. de Jong (4), O. Pybus (5), R. Molenkamp (6), J. Schinkel (7)  1. AMC  2. University of Oxford  3. AMC  4. AMC  5. University of Oxford  6. AMC  7. AMC    Deep sequencing has revolutionized the study of heterogeneous RNA virus populations, but for phylogenetic  studies longer sequence length and low error rates are desired. The Pacific Biosciences Single Molecule, Real  Time (SMRT) sequencing provides long reads and circular consensus sequences (CCS) improves accuracy. We  investigated  the  hepatitis  C  virus  (HCV)  envelope  (E1E2,  1680  bp)  evolution  in  five  subjects  with  incident  infection who progressed to chronicity using Pacbio sequencing. The five subjects were infected with closely  related HCV genotype 4d variants and coinfected with HIV‐1. Four subjects were men who have sex with men  (MSM)  and  the  5th  subject  was  the  female  partner  of  one  of  the  MSM.  Fifty  samples,  collected  between  2001‐2013, were SMRT sequenced. The sequencing error at 7 CCS full passes was 0.37% with insertions as the  main type of error (0.24%),  followed by deletions  (0.11%).  Mismatches were surprisingly  low  (0.02%).  The  median coverage at 7 full passes was 612 CCS reads/sample (range 149‐935). Prior to phylogenetic analysis,  insertions with respect to a sample specific reference sequence were removed. Neighbor Joining phylogenies  revealed a close phylogenetic relationship between the four MSM at early time points, and the transmission  event from one MSM to the female subject. Intra‐host phylogenies of reads sampled early during infection  imply that a single founder virus established infection in all five subjects This finding was supported by the low  genetic diversity observed at these early time points. The increase in diversity coincided with progression to  chronicity and the emergence of multiple co‐existing lineages. Changes in the genetic diversity during chronic  infection corresponded with a non‐ladder like phylogeny. SMRT sequencing is able to combine great coverage  with long reads and can provide rich insights into HCV dynamics from transmission bottlenecks to long‐term  chronic infection.    

 

13   

DYNAMICS OF CTL ESCAPE DURING EARLY ACUTE HIV‐1 INFECTION REVEALED BY DENSE TEMPORAL  SAMPLING AND TARGETED DEEP SEQUENCING  *S. Leviyang (1), G. Kijak (2), E. Sanders‐Buell (3), M. Eller (4), N. Goonetilleke (5), M. Rolland (6), M. (7), R.  Thomas (8), E. Harbolick (9), M. Bose (10), P. Pham (11), C. Oropeza (12), K. Poltavee (13), A. O’Sullivan (14),  R. Ribeiro (15), A. Perelson (16), G. Shaw (17), L. Eller (18), R. O’Connell (19), N. Michael (20), M. Robb (21), S.  Tovanabutra (22), J. Kim (23)  1. Georgetown University    Background  HIV‐1 evolution associated with CTL pressure has been typically observed after peak viral load (VL), however,  sampling  limitations  of  CTL  response  and  viral  escape  may  confound  our  understanding  of  this  complex  interaction. Earlier and deeper characterization of viral sequences at locations targeted by CTL may clarify the  factors shaping peak VL and viral decline, with implications for pathogenesis and vaccine design.  Methods  Using data from the RV217 cohort that include twice‐weekly sampling starting 4‐8 days prior to peak VL and  continuing  past  VL  downslope,  and  HIV‐1  targeted  deep  sequencing,  we  examined  initial  viral  diversity  at  multiple time points in regions targeted by CTL. This data was used to reconstruct the dynamics of CTL escape  and changes in the growth rates of wild type and CTL‐escape variants.  Results  We found that CTL escape can emerge at peak VL, with CTL‐mediated selection initiating ~1 week prior to peak  VL.  We  measured  CTL  escape  rates  of  ~0.9  day‐1,  exceeding  current  estimates  of  ~0.4  day‐1  (Goonetilleke,2009), and supporting a potent early CTL response. We observed differences in the slope of VL  decline depending on the presence or absence of CTL escape, suggesting that CTL escape contributes to the  VL profile. The growth rates of CTL‐escape variants were relatively high, ~0.7 day‐1, and did not differ between  participants  who  exhibited  CTL  escape  near  peak  VL  compared  to  individuals  that  developed  escape  later  during VL decline, suggesting that target‐cell limitation was not responsible for VL control during those times.  Conclusions  Using  a  novel  combination  of  early  detection  of  infection,  frequent  sampling,  and  deep  sequencing,  we  showed that CTL response can occur earlier and with greater potency than previously observed, and plays a  role in shaping the VL profile during early acute infection. This information is important for modeling of early  HIV‐1 pathogenesis and vaccine design.   

 

14   

NO EVIDENCE OF STRONGER NEUTRALIZING ANTIBODY RESPONSES IN RV144 BREAKTHROUGH VACCINE  RECIPIENTS TWO TO THREE YEARS AFTER HIV INFECTION  S. Krebs (1), S. Tovanabutra (2), G. Donofrio (3), E. Sanders‐Buell (4), S. Miller (5), M. Bose (6), K. Poltavee (7),  H. Zhao (8), K. Wong (9), A. O'Sullivan (10), J. Lee (11), B. Ahani (12), S. Muhammad (13), S. LePore (14), C.  Oropeza (15), A. Chenine (16), V. Polonis (17), S. Rerks‐Ngarm (18), R. Paris (19), P. Edlefsen (20), P. Gilbert  (21), M. Robb (22), N. Michael (23), J. Mullins (24), J. Kim (25), *M. Rolland (26)  MHRP/HJF, Bethesda, MD, USA    The  RV144  vaccine  efficacy  trial  showed  a  reduction  in  HIV  infections  that  associated  with  stronger  binding  ‐but  not  neutralizing‐  antibody  responses  against  Env‐V2.  Here  we  investigated  the  impact  of  vaccination on HIV evolution and neutralizing antibody (NAb) responses elicited after infection.Env genes from  HIV  breakthrough  infections  were  sequenced  following  endpoint‐dilution  PCR  amplification  from  plasma.  Treatment‐naive sera samples were tested against 35 viruses (HIV‐1 subtypes A/B/C/D/CRF01_AE/CRF02_AG)  using a high‐throughput robotic microneutralization assay.Neutralization assays performed using sera from  31 vaccine and 49 placebo recipients about three years post‐HIV diagnosis showed that one vaccinee and eight  placebo recipients neutralized >70% of the panel, noting that this vaccinee had only received one of the six  RV144 immunizations. Analysis of 41 subjects tested at later times (>1086 days) revealed a trend toward less  breadth in vaccinees compared to placebo recipients (median: V=34, P=49, p=0.12). Next, we analyzed 2,247  env  sequences obtained  from 28  vaccine  and  45  placebo recipients  at  HIV diagnosis  and  six  months  later.  Intra‐host env diversity tended to be lower among sequences from vaccinees at HIV diagnosis (p=0.07), but  not six months later (p=0.52). There was no evidence for vaccine/placebo differences in the diversification of  env  (p=0.50)  or  in  the  number  of  selected  sites  (p≥0.34).  In  addition,  the  divergence  calculated  from  the  vaccine insert sequences showed no vaccine/placebo difference (p≥0.38).In summary, we found no evidence  that vaccination intensified the development of NAb responses in breakthrough vaccinees, suggesting that  vaccine‐induced immune responses were too weak to exert a sustained genetic pressure on env or to prime  for stronger NAb responses post‐infection. The limited NAb responses among vaccinees could reflect that the  vaccine  selected  out  intrinsically  good  humoral  responders,  i.e.,  those  experiencing  vaccine  breakthrough  were poor responders to vaccination and may also be impaired in their ability to mount Nabs upon natural  infection.   

 

15   

ASSESSING THE PROPENSITY OF HIV‐1 TO EVOLVE ANTIBODY ESCAPE VARIANTS DURING FREE VIRUS AND  CELL‐CELL TRANSMISSION  *C. Magnus (1), L. Reh (2), J. Weber (3), T. Uhr (4), P. Rusert (5), A. Trkola (6)   Institute of Medical Virology, University of Zurich, Zurich, Switzerland    The human immunodeficiency virus type 1 (HIV‐1) can infect target cells via two distinct routes: (i) free virus  transmission:  free  virions  can  enter  and  infect  target  cells  and  (ii)  cell‐cell  transmission:  virions  can  be  transmitted directly from infected to uninfected cells via narrow range connections between cells, such as the  virological synapse. Cell‐cell transmission has been shown to be less sensitive to neutralizing antibodies. Here  we investigate if this increases the chances of viral escape variants to evolve as a response to selective pressure  induced by neutralizing antibodies. To study whether one transmission route favors the occurrence of viral  escape  variants,  we  measured  virus  inhibition  by  broadly  neutralizing  antibodies  (bnAbs)  in  experimental  settings that either only allows for free virus or cell‐cell transmission to occur. Based on the information on  the inhibitory potential in the two transmission modes, we developed a model that allows us to compare the  probabilities that an escape variant arises in either transmission setting for each antibody‐virus pair measured.  We further determined the mutant selection windows for bnAbs PGT121 and PG128 using a neutralization  escape mutant and the matching wildtype virus.We find strong evidence that the cell‐cell transmission route  serves as a rescue pathway for virus transmission because escape variants can evolve over substantially wider  antibody concentration ranges via this route. Knowledge on which infection route is more prone to evolution  of  escape  variants  opens  possibilities  to  tailor  future  intervention  strategies  that  directly  target  both  transmission routes reducing the chances for escape mutants to occur.   

 

16   

THE ROLE OF TRANSMITTED AND DE NOVO CELLULAR IMMUNE ESCAPE IN HIV DISEASE PROGRESSION  J. Carlson (1), V. Du (2), N. Pfeifer (3), C. Brumme (4), M. Schaefer (5), R. Shapiro (6), S. Frater (7), S. Mallal  (8), M. John (9), T. Ndung'u (10), P. Goulder (11), T. Allen (12), E. Hunter (13), P. Goepfert (14)  1. Microsoft Research, 2. U of Alabama at Birmingham, 3. Max Plank Institute  4. U. of British Columbia, 5. Emory, 6. Beth Israel Deaconess MC, 7. Oxford, 8. Vanderbilt  9. Murdoch U., 10. U. of KwaZulu‐Natal, 11. Oxford, 12. Ragon Institute, 13. Emory  14. U. of Alabama at Birmingham    The extent of HIV intra‐ and inter‐host adaptation to the HLA‐mediated immune response remains a central  challenge for HIV vaccine design, as transmitted and de novo HLA escape mutations may compromise vaccine  efficacy and reduce the level of protection conferred by certain HLA alleles. One strategy is to vaccinate against  escaped epitopes, though it is unclear whether such epitopes can elicit effective immune responses.  We developed a probabilistic model of sequence evolution, trained on >4,000 HIV sequences with matched  HLA types, that yields a natural metric of the extent of HLA‐specific adaptation. Adaptation of an individual’s  autologous  sequence  to  their  HLA  alleles  was  strongly  associated  with  VL  and  CD4  counts  in  both  cross‐sectional and longitudinal early infection cohorts, confirming the role autologous adaptation plays in  disease progression and validating our models.  Within transmission pairs, the extent to which the donors’ Gag, Pol and Nef sequences were “pre‐adapted” to  the recipients’ HLA alleles predicted recipient VL 24 months post infection (Spearman’s rho =0.27, p=0.004,  N=113) and time to CD498% of HIV‐1 group M  sequences.  These  sequences  were  primarily  located  at  p24  multimerization  interfaces.  By  analogy  to  HIV,  similar vectors were developed for SIV p27gag. Naïve and infected macaques with low or undetectable viral  loads  were  immunized  with  DNA  encoding  CE  alone  or  in  prime‐boost  regimens  using  in  addition  DNA  encoding the complete Gag. All CE DNA‐vaccinated macaques developed robust CE–specific T cell and humoral  immune responses. In contrast, upon repeated vaccination with HIV or SIV full‐length gag DNA, only half of  the animals developed T cell immunity targeting any of the CE. However, gag DNA vaccination significantly  boosted the  magnitude  and breadth of preexisting CE T cell  and antibody responses. CE  immunogens  also  induced qualitatively different responses, with CE alone inducing multifunctional responses. Thus CE vaccines  induce broad responses to vulnerable sites of the virus while avoiding “decoy” targets that divert effective T  cell  responses  towards  less  protective  epitopes.  Our  prime‐boost  approach  provides  a  novel  strategy  to  increase the magnitude and breadth of cellular and humoral immunity.       

 

19   

CARD‐SGS REVEALS PERSISTENT EXPRESSION OF HIV‐1 RNA IN CLONALLY EXPANDED HIV‐INFECTED CELLS  DURING ART  J. Spindler (1), A. Wiegand (2), N. Johnson (3), W. Shao (4), F. Hong (5), A. Cillo (6), E. Halves (7), E. Fyne (8), J.  Coffin (9), J. Mellors (10), *M. Kearney (11)  1. HIV Drug Resistance Program, National Cancer Institute, Frederick, MD  2. HIV Drug Resistance Program, National Cancer Institute, Frederick, MD  3. HIV Drug Resistance Program, National Cancer Institute, Frederick, MD  4. Advanced Biomedical Computing Center, Leidos, Frederick, MD  5. Department of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA  6. Department of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA  7. Department of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA  8. Department of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA  9. Department of Molecular Biology and Microbiology, Tufts University, Boston MA  10. 3Department of Medicine, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA  11. HIV Drug Resistance Program, National Cancer Institute, Frederick, MD       Background: Little is known about the expression of HIV‐1 proviruses in cell populations that persist during  ART.  Single‐genome  sequencing  (SGS)  of  HIV‐1  cell‐associated  RNA  and  DNA  (CARD)  can  characterize  the  diversity and distribution of the expressing and total infected cell populations. Here, we used CARD‐SGS to  assess the genetics of HIV‐1 in longitudinal blood samples from patients on suppressive ART.  Methods: HIV‐1 CARD was extracted from 4‐8 aliquots of