BackgroundThe severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in late 2019 and spread globally, prompting an international effort to accelerate development of a vaccine. The candidate vaccine mRNA-1273 encodes the stabilized prefusion SARS-CoV-2 spike protein.MethodsWe conducted a phase 1, dose-escalation, open-label trial including 45 healthy adults, 18 to 55 years of age, who received two vaccinations, 28 days apart, with mRNA-1273 in a dose of 25 μg, 100 μg, or 250 μg. There were 15 participants in each dose group.ResultsAfter the first vaccination, antibody responses were higher with higher dose (day 29 enzyme-linked immunosorbent assay anti–S-2P antibody geometric mean titer [GMT], 40,227 in the 25-μg group, 109,209 in the 100-μg group, and 213,526 in the 250-μg group). After the second vaccination, the titers increased (day 57 GMT, 299,751, 782,719, and 1,192,154, respectively). After the second vaccination, serum-neutralizing activity was detected by two methods in all participants evaluated, with values generally similar to those in the upper half of the distribution of a panel of control convalescent serum specimens. Solicited adverse events that occurred in more than half the participants included fatigue, chills, headache, myalgia, and pain at the injection site. Systemic adverse events were more common after the second vaccination, particularly with the highest dose, and three participants (21%) in the 250-μg dose group reported one or more severe adverse events.ConclusionsThe mRNA-1273 vaccine induced anti–SARS-CoV-2 immune responses in all participants, and no trial-limiting safety concerns were identified. These findings support further development of this vaccine. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases and others; mRNA-1273 ClinicalTrials.gov number, NCT04283461).

Abstract Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is the causative agent of a severe respiratory disease associated with more than 2468 human infections and over 851 deaths in 27 countries since 2012. There are no approved treatments for MERS-CoV infection although a combination of lopinavir, ritonavir and interferon beta (LPV/RTV-IFNb) is currently being evaluated in humans in the Kingdom of Saudi Arabia. Here, we show that remdesivir (RDV) and IFNb have superior antiviral activity to LPV and RTV in vitro. In mice, both prophylactic and therapeutic RDV improve pulmonary function and reduce lung viral loads and severe lung pathology. In contrast, prophylactic LPV/RTV-IFNb slightly reduces viral loads without impacting other disease parameters. Therapeutic LPV/RTV-IFNb improves pulmonary function but does not reduce virus replication or severe lung pathology. Thus, we provide in vivo evidence of the potential for RDV to treat MERS-CoV infections.

Broad-spectrum antiviral GS-5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses in vitro and in vivo.

ABSTRACT Emerging coronaviruses (CoVs) cause severe disease in humans, but no approved therapeutics are available. The CoV nsp14 exoribonuclease (ExoN) has complicated development of antiviral nucleosides due to its proofreading activity. We recently reported that the nucleoside analogue GS-5734 (remdesivir) potently inhibits human and zoonotic CoVs in vitro and in a severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) mouse model. However, studies with GS-5734 have not reported resistance associated with GS-5734, nor do we understand the action of GS-5734 in wild-type (WT) proofreading CoVs. Here, we show that GS-5734 inhibits murine hepatitis virus (MHV) with similar 50% effective concentration values (EC 50 ) as SARS-CoV and Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV). Passage of WT MHV in the presence of the GS-5734 parent nucleoside selected two mutations in the nsp12 polymerase at residues conserved across all CoVs that conferred up to 5.6-fold resistance to GS-5734, as determined by EC 50 . The resistant viruses were unable to compete with WT in direct coinfection passage in the absence of GS-5734. Introduction of the MHV resistance mutations into SARS-CoV resulted in the same in vitro resistance phenotype and attenuated SARS-CoV pathogenesis in a mouse model. Finally, we demonstrate that an MHV mutant lacking ExoN proofreading was significantly more sensitive to GS-5734. Combined, the results indicate that GS-5734 interferes with the nsp12 polymerase even in the setting of intact ExoN proofreading activity and that resistance can be overcome with increased, nontoxic concentrations of GS-5734, further supporting the development of GS-5734 as a broad-spectrum therapeutic to protect against contemporary and emerging CoVs. IMPORTANCE Coronaviruses (CoVs) cause severe human infections, but there are no approved antivirals to treat these infections. Development of nucleoside-based therapeutics for CoV infections has been hampered by the presence of a proofreading exoribonuclease. Here, we expand the known efficacy of the nucleotide prodrug remdesivir (GS-5734) to include a group β-2a CoV. Further, GS-5734 potently inhibits CoVs with intact proofreading. Following selection with the GS-5734 parent nucleoside, 2 amino acid substitutions in the nsp12 polymerase at residues that are identical across CoVs provide low-level resistance to GS-5734. The resistance mutations decrease viral fitness of MHV in vitro and attenuate pathogenesis in a SARS-CoV animal model of infection. Together, these studies define the target of GS-5734 activity and demonstrate that resistance is difficult to select, only partial, and impairs fitness and virulence of MHV and SARS-CoV, supporting further development of GS-5734 as a potential effective pan-CoV antiviral.

Testing of vaccine candidates to prevent infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in an older population is important, since increased incidences of illness and death from coronavirus disease 2019 (Covid-19) have been associated with an older age.We conducted a phase 1, dose-escalation, open-label trial of a messenger RNA vaccine, mRNA-1273, which encodes the stabilized prefusion SARS-CoV-2 spike protein (S-2P) in healthy adults. The trial was expanded to include 40 older adults, who were stratified according to age (56 to 70 years or ≥71 years). All the participants were assigned sequentially to receive two doses of either 25 μg or 100 μg of vaccine administered 28 days apart.Solicited adverse events were predominantly mild or moderate in severity and most frequently included fatigue, chills, headache, myalgia, and pain at the injection site. Such adverse events were dose-dependent and were more common after the second immunization. Binding-antibody responses increased rapidly after the first immunization. By day 57, among the participants who received the 25-μg dose, the anti-S-2P geometric mean titer (GMT) was 323,945 among those between the ages of 56 and 70 years and 1,128,391 among those who were 71 years of age or older; among the participants who received the 100-μg dose, the GMT in the two age subgroups was 1,183,066 and 3,638,522, respectively. After the second immunization, serum neutralizing activity was detected in all the participants by multiple methods. Binding- and neutralizing-antibody responses appeared to be similar to those previously reported among vaccine recipients between the ages of 18 and 55 years and were above the median of a panel of controls who had donated convalescent serum. The vaccine elicited a strong CD4 cytokine response involving type 1 helper T cells.In this small study involving older adults, adverse events associated with the mRNA-1273 vaccine were mainly mild or moderate. The 100-μg dose induced higher binding- and neutralizing-antibody titers than the 25-μg dose, which supports the use of the 100-μg dose in a phase 3 vaccine trial. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases and others; mRNA-1273 Study ClinicalTrials.gov number, NCT04283461.).

A vaccine for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is needed to control the coronavirus disease 2019 (COVID-19) global pandemic. Structural studies have led to the development of mutations that stabilize Betacoronavirus spike proteins in the prefusion state, improving their expression and increasing immunogenicity1. This principle has been applied to design mRNA-1273, an mRNA vaccine that encodes a SARS-CoV-2 spike protein that is stabilized in the prefusion conformation. Here we show that mRNA-1273 induces potent neutralizing antibody responses to both wild-type (D614) and D614G mutant2 SARS-CoV-2 as well as CD8+ T cell responses, and protects against SARS-CoV-2 infection in the lungs and noses of mice without evidence of immunopathology. mRNA-1273 is currently in a phase III trial to evaluate its efficacy. mRNA-1273, an mRNA vaccine that encodes a stabilized prefusion-state severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein, elicits robust immune responses and protects mice against replication of SARS-CoV-2 in the upper and lower airways.

Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is a lineage C betacoronavirus that since its emergence in 2012 has caused outbreaks in human populations with case-fatality rates of ∼36%. As in other coronaviruses, the spike (S) glycoprotein of MERS-CoV mediates receptor recognition and membrane fusion and is the primary target of the humoral immune response during infection. Here we use structure-based design to develop a generalizable strategy for retaining coronavirus S proteins in the antigenically optimal prefusion conformation and demonstrate that our engineered immunogen is able to elicit high neutralizing antibody titers against MERS-CoV. We also determined high-resolution structures of the trimeric MERS-CoV S ectodomain in complex with G4, a stem-directed neutralizing antibody. The structures reveal that G4 recognizes a glycosylated loop that is variable among coronaviruses and they define four conformational states of the trimer wherein each receptor-binding domain is either tightly packed at the membrane-distal apex or rotated into a receptor-accessible conformation. Our studies suggest a potential mechanism for fusion initiation through sequential receptor-binding events and provide a foundation for the structure-based design of coronavirus vaccines.

Coronaviruses (CoVs) traffic frequently between species resulting in novel disease outbreaks, most recently exemplified by the newly emerged SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. Here, we show that the ribonucleoside analog β-d-N

Interferon-inducible transmembrane proteins 1, 2, and 3 (IFITM1, 2, and 3) are recently identified viral restriction factors that inhibit infection mediated by the influenza A virus (IAV) hemagglutinin (HA) protein. Here we show that IFITM proteins restricted infection mediated by the entry glycoproteins (GP1,2) of Marburg and Ebola filoviruses (MARV, EBOV). Consistent with these observations, interferon-β specifically restricted filovirus and IAV entry processes. IFITM proteins also inhibited replication of infectious MARV and EBOV. We observed distinct patterns of IFITM-mediated restriction: compared with IAV, the entry processes of MARV and EBOV were less restricted by IFITM3, but more restricted by IFITM1. Moreover, murine Ifitm5 and 6 did not restrict IAV, but efficiently inhibited filovirus entry. We further demonstrate that replication of infectious SARS coronavirus (SARS-CoV) and entry mediated by the SARS-CoV spike (S) protein are restricted by IFITM proteins. The profile of IFITM-mediated restriction of SARS-CoV was more similar to that of filoviruses than to IAV. Trypsin treatment of receptor-associated SARS-CoV pseudovirions, which bypasses their dependence on lysosomal cathepsin L, also bypassed IFITM-mediated restriction. However, IFITM proteins did not reduce cellular cathepsin activity or limit access of virions to acidic intracellular compartments. Our data indicate that IFITM-mediated restriction is localized to a late stage in the endocytic pathway. They further show that IFITM proteins differentially restrict the entry of a broad range of enveloped viruses, and modulate cellular tropism independently of viral receptor expression.

Between September 2012 and January 20, 2017, the World Health Organization (WHO) received reports from 27 countries of 1879 laboratory-confirmed cases in humans of the Middle East respiratory syndrome (MERS) caused by infection with the MERS coronavirus (MERS-CoV) and at least 659 related deaths. Cases of MERS-CoV infection continue to occur, including sporadic zoonotic infections in humans across the Arabian Peninsula, occasional importations and associated clusters in other regions, and outbreaks of nonsustained human-to-human transmission in health care settings. Dromedary camels are considered to be the most likely source of animal-to-human transmission. MERS-CoV enters host cells after binding the dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) receptor and the carcinoembryonic antigen–related cell-adhesion molecule 5 (CEACAM5) cofactor ligand, and it replicates efficiently in the human respiratory epithelium. Illness begins after an incubation period of 2 to 14 days and frequently results in hypoxemic respiratory failure and the need for multiorgan support. However, asymptomatic and mild cases also occur. Real-time reverse-transcription–polymerase-chain-reaction (RT-PCR) testing of respiratory secretions is the mainstay for diagnosis, and samples from the lower respiratory tract have the greatest yield among seriously ill patients. There is no antiviral therapy of proven efficacy, and thus treatment remains largely supportive; potential vaccines are at an early developmental stage. There are multiple gaps in knowledge regarding the evolution and transmission of the virus, disease pathogenesis, treatment, and prospects for a vaccine. The ongoing occurrence of MERS in humans and the associated high mortality call for a continued collaborative approach toward gaining a better understanding of the infection both in humans and in animals.MERS-CoV was first identified in September 2012 in a patient from Saudi Arabia who had hypoxemic respiratory failure and multiorgan illness. Subsequent cases have included infections in humans across the Arabian Peninsula, occasional importations and associated clusters in other regions, and outbreaks of nonsustained human-to-human transmission in health care settings (Fig. 1).