Effective therapies to treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) are urgently needed. While many investigational, approved, and repurposed drugs have been suggested as potential treatments, preclinical data from animal models can guide the search for effective treatments by ruling out those that lack efficacy in vivo. Remdesivir (GS-5734) is a nucleotide analogue prodrug with broad antiviral activity1,2 that is currently being investigated in COVID-19 clinical trials and recently received Emergency Use Authorization from the US Food and Drug Administration3,4. In animal models, remdesivir was effective against infection with Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV)2,5,6. In vitro, remdesivir inhibited replication of SARS-CoV-27,8. Here we investigate the efficacy of remdesivir in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection9. Unlike vehicle-treated animals, macaques treated with remdesivir did not show signs of respiratory disease; they also showed reduced pulmonary infiltrates on radiographs and reduced virus titres in bronchoalveolar lavages twelve hours after the first dose. Virus shedding from the upper respiratory tract was not reduced by remdesivir treatment. At necropsy, remdesivir-treated animals had lower lung viral loads and reduced lung damage. Thus, treatment with remdesivir initiated early during infection had a clinical benefit in rhesus macaques infected with SARS-CoV-2. Although the rhesus macaque model does not represent the severe disease observed in some patients with COVID-19, our data support the early initiation of remdesivir treatment in patients with COVID-19 to prevent progression to pneumonia. The nucleotide analogue prodrug remdesivir reduces viral load and lung disease in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection.

Spatiotemporal aspects of filovirus entry and release are poorly understood. Lipid rafts act as functional platforms for multiple cellular signaling and trafficking processes. Here, we report the compartmentalization of Ebola and Marburg viral proteins within lipid rafts during viral assembly and budding. Filoviruses released from infected cells incorporated raft-associated molecules, suggesting that viral exit occurs at the rafts. Ectopic expression of Ebola matrix protein and glycoprotein supported raft-dependent release of filamentous, virus-like particles (VLPs), strikingly similar to live virus as revealed by electron microscopy. Our findings also revealed that the entry of filoviruses requires functional rafts, identifying rafts as the site of virus attack. The identification of rafts as the gateway for the entry and exit of filoviruses and raft-dependent generation of VLPs have important implications for development of therapeutics and vaccination strategies against infections with Ebola and Marburg viruses.

The tumor microenvironment (TME) influences cancer progression and therapy response. Therefore, understanding what regulates the TME immune compartment is vital. Here we show that microbiota signals program mononuclear phagocytes in the TME toward immunostimulatory monocytes and dendritic cells (DCs). Single-cell RNA sequencing revealed that absence of microbiota skews the TME toward pro-tumorigenic macrophages. Mechanistically, we show that microbiota-derived stimulator of interferon genes (STING) agonists induce type I interferon (IFN-I) production by intratumoral monocytes to regulate macrophage polarization and natural killer (NK) cell-DC crosstalk. Microbiota modulation with a high-fiber diet triggered the intratumoral IFN-I-NK cell-DC axis and improved the efficacy of immune checkpoint blockade (ICB). We validated our findings in individuals with melanoma treated with ICB and showed that the predicted intratumoral IFN-I and immune compositional differences between responder and non-responder individuals can be transferred by fecal microbiota transplantation. Our study uncovers a mechanistic link between the microbiota and the innate TME that can be harnessed to improve cancer therapies.

Pre-existing comorbidities such as obesity or metabolic diseases can adversely affect the clinical outcome of COVID-19. Chronic metabolic disorders are globally on the rise and often a consequence of an unhealthy diet, referred to as a Western Diet. For the first time in the Syrian hamster model, we demonstrate the detrimental impact of a continuous high-fat high-sugar diet on COVID-19 outcome. We observed increased weight loss and lung pathology, such as exudate, vasculitis, hemorrhage, fibrin, and edema, delayed viral clearance and functional lung recovery, and prolonged viral shedding. This was accompanied by an increased trend of systemic IL-10 and IL-6, as well as a dysregulated serum lipid response dominated by polyunsaturated fatty acid-containing phosphatidylethanolamine, recapitulating cytokine and lipid responses associated with severe human COVID-19. Our data support the hamster model for testing restrictive or targeted diets and immunomodulatory therapies to mediate the adverse effects of metabolic disease on COVID-19.

Abstract The periodic emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) with unpredictable clinical severity and ability to escape preexisting immunity emphasizes the continued need for antiviral interventions. Two small molecule inhibitors, molnupiravir (MK-4482), a nucleoside analog, and nirmatrelvir (PF-07321332), a 3C-like protease inhibitor, have each recently been approved as monotherapy for use in high risk COVID-19 patients. As preclinical data are only available for rodent and ferret models, we originally assessed the efficacy of MK-4482 and PF-07321332 alone and then in combination Against infection with the SARS-CoV-2 Delta VOC in the rhesus macaque COVID-19 model. Notably, use of MK-4482 and PF-07321332 in combination improved the individual inhibitory effect of both drugs. Combined treatment resulted in milder disease progression, stronger reduction of virus shedding from mucosal tissues of the upper respiratory tract, stronger reduction of viral replication in the lower respiratory tract, and reduced lung pathology. Our data strongly indicate superiority of combined MK-4482 and PF-07321332 treatment of SARS-CoV-2 infections as demonstrated here in the closest COVID-19 surrogate model. One Sentence Summary The combination of molnupiravir and nirmatrelvir inhibits SARS-CoV-2 replication and shedding more effectively than individual treatments in the rhesus macaque model.

Abstract Advanced age is a key predictor of severe COVID-19. To gain insight into this relationship, particularly with respect to immune responses, we utilized the rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection. Two cohorts of eight older (16-23 years) and eight younger (3-5 years) rhesus macaques were inoculated with SARS-CoV-2. Animals were evaluated using viral RNA quantification, clinical observations, thoracic radiographs, single-cell transcriptomics, multiparameter flow cytometry, multiplex immunohistochemistry, cytokine detection, and lipidomics analysis at pre-defined timepoints in various tissues. Differences in clinical signs, pulmonary infiltrates, and virus replication dynamics were limited between age cohorts. Transcriptional signatures of inflammation-associated genes in cells isolated from bronchoalveolar lavage fluid at 3 dpi revealed efficient mounting of innate immune defenses in both younger and older animals. These findings suggested that age did not substantially skew major facets of acute disease in this model. However, age-specific divergence of immune responses emerged during the post-acute phase of infection (7-21 dpi). Older animals exhibited sustained local inflammatory innate responses while local effector T-cell responses were induced earlier in the younger animals. Circulating lipid mediator and cytokine levels highlighted increased repair-associated signals in the younger animals, in contrast to persistent pro-inflammatory responses in the older animals. In summary, despite similar disease outcomes, multi-omics profiling in SARS-CoV-2-infected rhesus macaques suggests that age may delay or impair the induction of anti-viral cellular immune responses and delay efficient return to immune homeostasis following acute infection.

Abstract Rigorous assessment of the cellular and molecular changes during infection typically requires isolation of specific immune cell subsets for downstream application. While there are numerous options for enrichment/isolation of cells from tissues, fluorescent activated cell sorting (FACS) is accepted as a method that results in superior purification of a wide variety of cell types. Flow cytometry requires extensive fluidics and aerosol droplets can be generated during collection of target cells. Pathogens such as Francisella tularensis , Mycobacterium tuberculosis , Yersinia pestis , and SARS-CoV-2 require manipulation at biosafety level-3 (BSL-3). Due to the concern of potential aerosolization of these pathogens, use of flow cytometric-based cell sorting in these laboratory settings requires placement of the equipment in dedicated biosafety cabinets within the BSL-3. For many researchers, this is often not possible due to expense, space, or expertise available. Here we describe the safety validation and utility of a completely closed cell sorter that results in gentle, rapid, high purity, and safe sorting of cells on the benchtop at BSL-3. We also provide data demonstrating the need for cell sorting versus bead purification and the applicability of this technology for BSL-3 and potentially BSL-4 related infectious disease projects. Adoption of this technology will significantly expand our ability to uncover important features of the most dangerous infectious diseases leading to faster development of novel vaccines and therapeutics.

SUMMARY Influx of eosinophils into the lungs is typically associated with type-II responses during allergy, fungal and parasitic infections. However, we previously reported that eosinophils accumulate in lung lesions during type-I inflammatory responses to Mycobacterium tuberculosis (Mtb) in humans, macaques, and mice where they contribute to host resistance. Here we show eosinophils migrate into the lungs of macaques and mice as early as one week after Mtb-exposure. In mice this influx was CCR3 independent and instead required cell-intrinsic expression of the oxysterol-receptor GPR183, which is highly expressed on human and macaque eosinophils. Murine eosinophils interacted directly with bacilli-laden alveolar macrophages, which upregulated the oxysterol-synthesizing enzyme Ch25h, and eosinophil recruitment was impaired in Ch25h deficient mice. Our findings show that eosinophils are among the first cells from circulation to sense and respond to Mtb infection of alveolar macrophages and reveal a novel role for GPR183 in the migration of eosinophils into lung tissue. HIGHLIGHTS In mice and macaques eosinophils accumulate early in Mtb-infected lungs preceding neutrophils Eosinophils interact with Mtb-infected cells in the alveoli in mice Early pulmonary eosinophil migration occurs independently of CCR3 in mice Early lung migration in mice requires Ch25h and eosinophil-intrinsic GPR183 expression

Legionella pneumophila is an accidental human bacterial pathogen that infects and replicates within alveolar macrophages causing a severe atypical pneumonia known as Legionnaires' disease. As a prototypical vacuolar pathogen L. pneumophila establishes a unique endoplasmic reticulum (ER)-derived organelle within which bacterial replication takes place. Bacteria-derived proteins are deposited in the host cytosol and in the lumen of the pathogen-occupied vacuole via a type IVb (T4bSS) and a type II (T2SS) secretion system respectively. These secretion system effector proteins manipulate multiple host functions to facilitate intracellular survival of the bacteria. Subversion of host membrane glycerophospholipids (GPLs) by the internalized bacteria via distinct mechanisms feature prominently in trafficking and biogenesis of the Legionella -containing vacuole (LCV). Conventional GPLs composed of a glycerol backbone linked to a polar headgroup and esterified with two fatty acids constitute the bulk of membrane lipids in eukaryotic cells. The acyl chain composition of GPLs dictates phase separation of the lipid bilayer and therefore determines the physiochemical properties of biological membranes - such as membrane disorder, fluidity and permeability. In mammalian cells, fatty acids esterified in membrane GPLs are sourced endogenously from de novo synthesis or via internalization from the exogenous pool of lipids present in serum and other interstitial fluids. Here, we exploited the preferential utilization of exogenous fatty acids for GPL synthesis by macrophages to reprogram the acyl chain composition of host membranes and investigated its impact on LCV homeostasis and L. pneumophila intracellular replication. Using saturated fatty acids as well as cis - and trans - isomers of monounsaturated fatty acids we discovered that under conditions promoting lipid packing and membrane rigidification L. pneumophila intracellular replication was significantly reduced. Palmitoleic acid - a C16:1 monounsaturated fatty acid - that promotes membrane disorder when enriched in GPLs significantly increased bacterial replication within human and murine macrophages but not in axenic growth assays. Lipidome analysis of infected macrophages showed that treatment with exogenous palmitoleic acid resulted in membrane acyl chain reprogramming in a manner that promotes membrane disorder and live-cell imaging revealed that the consequences of increasing membrane disorder impinge on several LCV homeostasis parameters. Collectively, we provide experimental evidence that L. pneumophila replication within its intracellular niche is a function of the lipid bilayer disorder and hydrophobic thickness.