The COVID-19 pandemic remains uncontrolled despite the rapid rollout of safe and effective SARS-CoV-2 vaccines, underscoring the need to develop highly effective antivirals. In the setting of waning immunity from infection and vaccination, breakthrough infections are becoming increasingly common and treatment options remain limited. Additionally, the emergence of SARS-CoV-2 variants of concern with their potential to escape therapeutic monoclonal antibodies emphasizes the need to develop second-generation oral antivirals targeting highly conserved viral proteins that can be rapidly deployed to outpatients. Here, we demonstrate the in vitro antiviral activity and in vivo therapeutic efficacy of GS-621763, an orally bioavailable prodrug of GS-441524, the parental nucleoside of remdesivir, which targets the highly conserved RNA-dependent RNA polymerase. GS-621763 exhibited significant antiviral activity in lung cell lines and two different human primary lung cell culture systems. The dose-proportional pharmacokinetic profile observed after oral administration of GS-621763 translated to dose-dependent antiviral activity in mice infected with SARS-CoV-2. Therapeutic GS-621763 significantly reduced viral load, lung pathology, and improved pulmonary function in COVID-19 mouse model. A direct comparison of GS-621763 with molnupiravir, an oral nucleoside analog antiviral currently in human clinical trial, proved both drugs to be similarly efficacious. These data demonstrate that therapy with oral prodrugs of remdesivir can significantly improve outcomes in SARS-CoV-2 infected mice. Thus, GS-621763 supports the exploration of GS-441524 oral prodrugs for the treatment of COVID-19 in humans.

Abstract The emergence of SARS-CoV in 2003 and SARS-CoV-2 in 2019 highlights the need to develop universal vaccination strategies against the broader Sarbecovirus subgenus. Using chimeric spike designs, we demonstrate protection against challenge from SARS-CoV, SARS-CoV-2, SARS-CoV-2 B.1.351, bat CoV (Bt-CoV) RsSHC014, and a heterologous Bt-CoV WIV-1 in vulnerable aged mice. Chimeric spike mRNAs induced high levels of broadly protective neutralizing antibodies against high-risk Sarbecoviruses. In contrast, SARS-CoV-2 mRNA vaccination not only showed a marked reduction in neutralizing titers against heterologous Sarbecoviruses, but SARS-CoV and WIV-1 challenge in mice resulted in breakthrough infection. Chimeric spike mRNA vaccines efficiently neutralized D614G, UK B.1.1.7., mink cluster five, and the South African B.1.351 variant of concern. Thus, multiplexed-chimeric spikes can prevent SARS-like zoonotic coronavirus infections with pandemic potential. Sentence Chimerized RBD, NTD, and S2 spike mRNA-LNPs protect mice against epidemic, zoonotic, and pandemic SARS-like viruses

COVID-19 survivors develop post-acute sequelae of SARS-CoV-2 (PASC), but the mechanistic basis of PASC-associated lung abnormalities suffers from a lack of longitudinal samples. Mouse-adapted SARS-CoV-2 MA10 produces an acute respiratory distress syndrome (ARDS) in mice similar to humans. To investigate PASC pathogenesis, studies of MA10-infected mice were extended from acute disease through clinical recovery. At 15-120 days post-virus clearance, histologic evaluation identified subpleural lesions containing collagen, proliferative fibroblasts, and chronic inflammation with tertiary lymphoid structures. Longitudinal spatial transcriptional profiling identified global reparative and fibrotic pathways dysregulated in diseased regions, similar to human COVID-19. Populations of alveolar intermediate cells, coupled with focal upregulation of pro-fibrotic markers, were identified in persistently diseased regions. Early intervention with antiviral EIDD-2801 reduced chronic disease, and early anti-fibrotic agent (nintedanib) intervention modified early disease severity. This murine model provides opportunities to identify pathways associated with persistent SARS-CoV-2 pulmonary disease and test countermeasures to ameliorate PASC.

Improving the standard of clinical care for individuals infected with SARS-CoV-2 variants is a global health priority. Small molecule antivirals like remdesivir (RDV) and biologics such as human monoclonal antibodies (mAb) have demonstrated therapeutic efficacy against SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. However, it is not known if combination RDV/mAb will improve outcomes over single agent therapies or whether antibody therapies will remain efficacious against variants. In kinetic studies in a mouse-adapted model of ancestral SARS-CoV-2 pathogenesis, we show that a combination of two mAbs in clinical trials, C144 and C135, have potent antiviral effects against even when initiated 48 hours after infection. The same antibody combination was also effective in prevention and therapy against the B.1.351 variant of concern (VOC). Combining RDV and antibodies provided a modest improvement in outcomes compared to single agents. These data support the continued use of RDV to treat SARS-CoV-2 infections and support the continued clinical development of the C144 and C135 antibody combination to treat patients infected with SARS-CoV-2 variants.

Abstract Objective Conflicting microbiota data exist for primary sclerosing cholangitis (PSC) and experimental models. Goal: Define complex interactions between resident microbes and their association in PSC patients by studying antibiotic-treated specific pathogen-free (SPF) and germ-free (GF) multi-drug-resistant 2 deficient ( mdr2 -/- ) mice. Design We measured weights, liver enzymes, RNA expression, histological, immunohistochemical and fibrotic biochemical parameters, fecal 16s rRNA gene profiling, and metabolomic endpoints in gnotobiotic and antibiotic-treated SPF mdr2 -/- mice and targeted metagenomic analysis in PSC patients. Results GF mdr2 -/- mice had exaggerated hepatic inflammation and fibrosis with 100% mortality by 8 weeks; early SPF autologous stool transplantation rescued liver-related mortality. Broad-spectrum antibiotics and vancomycin alone accelerated disease in weanling SPF mdr2 -/- mice, indicating that vancomycin-sensitive resident microbiota protect against hepatobiliary disease. Vancomycin treatment selectively decreased Lachnospiraceae and short-chain fatty acids (SCFAs) but expanded Enterococcus and Enterobacteriaceae. Antibiotics increased cytolysin-expressing E. faecalis and E. coli liver translocation; colonization of gnotobiotic mdr2 -/- mice with translocated E. faecalis and E. coli strains accelerated liver inflammation and mortality. Lachnospiraceae colonization of antibiotic pre-treated mdr2 -/- mice reduced liver fibrosis, inflammation and translocation of pathobionts, while Lachnospiraceae-produced SCFA decreased fibrosis. Fecal E. faecalis / Enterobacteriaceae was positively and Lachnospiraceae was negatively associated with PSC patients’ clinical severity Mayo risk scores. Conclusions We identified specific functionally protective and detrimental resident bacterial species in mdr2 -/- mice and PSC patients with associated clinical outcomes. These insights may guide personalized targeted therapeutic interventions in PSC patients.

Infectious diseases have shaped the human population genetic structure, and genetic variation influences the susceptibility to many viral diseases. However, a variety of challenges have made the implementation of traditional human Genome-wide Association Studies (GWAS) approaches to study these infectious outcomes challenging. In contrast, mouse models of infectious diseases provide an experimental control and precision, which facilitates analyses and mechanistic studies of the role of genetic variation on infection. Here we use a genetic mapping cross between two distinct Collaborative Cross mouse strains with respect to SARS-CoV disease outcomes. We find several loci control differential disease outcome for a variety of traits in the context of SARS-CoV infection. Importantly, we identify a locus on mouse Chromosome 9 that shows conserved synteny with a human GWAS locus for SARS-CoV-2 severe disease. We follow-up and confirm a role for this locus, and identify two candidate genes, CCR9 and CXCR6 that both play a key role in regulating the severity of SARS-CoV, SARS-CoV-2 and a distantly related bat sarbecovirus disease outcomes. As such we provide a template for using experimental mouse crosses to identify and characterize multitrait loci that regulate pathogenic infectious outcomes across species.

Two group 2B β-coronaviruses (sarbecoviruses) have caused regional and global epidemics in modern history. The mechanisms of cross protection driven by the sarbecovirus spike, a dominant immunogen, are less clear yet critically important for pan-sarbecovirus vaccine development. We evaluated the mechanisms of cross-sarbecovirus protective immunity using a panel of alphavirus-vectored vaccines covering bat to human strains. While vaccination did not prevent virus replication, it protected against lethal heterologous disease outcomes in both SARS-CoV-2 and clade 2 bat sarbecovirus HKU3-SRBD challenge models. The spike vaccines tested primarily elicited a highly S1-specific homologous neutralizing antibody response with no detectable cross-virus neutralization. We found non-neutralizing antibody functions that mediated cross protection in wild-type mice were mechanistically linked to FcgR4 and spike S2-binding antibodies. Protection was lost in FcR knockout mice, further supporting a model for non-neutralizing, protective antibodies. These data highlight the importance of FcR-mediated cross-protective immune responses in universal pan-sarbecovirus vaccine designs.

Introductory paragraph Clostridioides difficile is a bacterial pathogen that causes a range of clinical disease from mild to moderate diarrhea, pseudomembranous colitis, and toxic megacolon. Typically, C. difficile infections (CDIs) occur after antibiotic treatment, which alters the gut microbiota, decreasing colonization resistance against C. difficile . Disease is mediated by two large toxins and the expression of their genes is induced upon nutrient depletion via the alternative sigma factor TcdR. Using tcdR mutants in two strains of C. difficile , we defined how toxin-induced inflammation alters C. difficile metabolism, tissue gene expression, and the gut microbiota to determine how inflammation by the host may be beneficial to C. difficile . Here we show that C. difficile metabolism is significantly different in the face of inflammation, with changes in many carbohydrate and amino acid uptake and utilization pathways. Host gene expression signatures suggest that degradation of collagen and other components of the extracellular matrix by matrix metalloproteinases is a major source of peptides and amino acids that supports C. difficile growth in vivo . Lastly, the inflammation induced by C. difficile toxin activity alters the gut microbiota, excluding members from the genus Bacteroides that are able to compete against C. difficile for the same essential nutrients released from collagen degradation.

Sarbecovirus (CoV) infections, including Severe Acute Respiratory CoV (SARS-CoV) and SARS-CoV-2, are considerable human threats. Human GWAS studies have recently identified loci associated with variation in SARS-CoV-2 susceptibility. However, genetically tractable models that reproduce human CoV disease outcomes are needed to mechanistically evaluate genetic determinants of CoV susceptibility. We used the Collaborative Cross (CC) and human GWAS datasets to elucidate host susceptibility loci that regulate CoV infections and to identify host quantitative trait loci that modulate severe CoV and pan-CoV disease outcomes including a major disease regulating loci including CCR9. CCR9 ablation resulted in enhanced titer, weight loss, respiratory dysfunction, mortality, and inflammation, providing mechanistic support in mitigating protection from severe SARS-CoV-2 pathogenesis across species. This study represents a comprehensive analysis of susceptibility loci for an entire genus of human pathogens conducted, identifies a large collection of susceptibility loci and candidate genes that regulate multiple aspects type-specific and cross-CoV pathogenesis, and also validates the paradigm of using the CC platform to identify common cross-species susceptibility loci and genes for newly emerging and pre-epidemic viruses.

SUMMARY Granulomas often form around pathogens that cause chronic infections. Here, we discover a novel granuloma model in mice. Chromobacterium violaceum is an environmental bacterium that stimulates granuloma formation that not only successfully walls off but also clears the infection. The infected lesion can arise from a single bacterium that replicates in the presence of a neutrophil swarm. Bacterial replication ceases when macrophages organize around the infection and form a granuloma. This granuloma response is accomplished independently of adaptive immunity that is typically required to organize granulomas. The C. violaceum -induced granuloma requires at least two separate defense pathways, gasdermin D and iNOS, to maintain the integrity of the granuloma architecture. These innate granulomas successfully eradicate C. violaceum infection. Therefore, this new C. violaceum -induced granuloma model demonstrates that innate immune cells successfully organize a granuloma and thereby eradicate infection by an environmental pathogen.