Recent studies have reported the protective efficacy of both natural1 and vaccine-induced2–7 immunity against challenge with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in rhesus macaques. However, the importance of humoral and cellular immunity for protection against infection with SARS-CoV-2 remains to be determined. Here we show that the adoptive transfer of purified IgG from convalescent rhesus macaques (Macaca mulatta) protects naive recipient macaques against challenge with SARS-CoV-2 in a dose-dependent fashion. Depletion of CD8+ T cells in convalescent macaques partially abrogated the protective efficacy of natural immunity against rechallenge with SARS-CoV-2, which suggests a role for cellular immunity in the context of waning or subprotective antibody titres. These data demonstrate that relatively low antibody titres are sufficient for protection against SARS-CoV-2 in rhesus macaques, and that cellular immune responses may contribute to protection if antibody responses are suboptimal. We also show that higher antibody titres are required for treatment of SARS-CoV-2 infection in macaques. These findings have implications for the development of SARS-CoV-2 vaccines and immune-based therapeutic agents. Adoptive transfer of purified IgG from convalescent macaques protects naive macaques against SARS-CoV-2 infection, and cellular immune responses contribute to protection against rechallenge with SARS-CoV-2.

Prototype DNA vaccines for SARS-CoV-2 The development of a vaccine to protect against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is an urgent biomedical need. Yu et al. designed a series of prototype DNA vaccines against the SARS-CoV-2 spike protein, which is used by the virus to bind and invade human cells. Analysis of the vaccine candidates in rhesus macaques showed that animals developed protective humoral and cellular immune responses when challenged with the virus. Neutralizing antibody titers were also observed at levels similar to those seen in humans who have recovered from SARS-CoV-2 infection. Science , this issue p. 806

Vaccines to prevent coronavirus disease 2019 (Covid-19) are urgently needed. The effect of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines on viral replication in both upper and lower airways is important to evaluate in nonhuman primates.Nonhuman primates received 10 or 100 μg of mRNA-1273, a vaccine encoding the prefusion-stabilized spike protein of SARS-CoV-2, or no vaccine. Antibody and T-cell responses were assessed before upper- and lower-airway challenge with SARS-CoV-2. Active viral replication and viral genomes in bronchoalveolar-lavage (BAL) fluid and nasal swab specimens were assessed by polymerase chain reaction, and histopathological analysis and viral quantification were performed on lung-tissue specimens.The mRNA-1273 vaccine candidate induced antibody levels exceeding those in human convalescent-phase serum, with live-virus reciprocal 50% inhibitory dilution (ID50) geometric mean titers of 501 in the 10-μg dose group and 3481 in the 100-μg dose group. Vaccination induced type 1 helper T-cell (Th1)-biased CD4 T-cell responses and low or undetectable Th2 or CD8 T-cell responses. Viral replication was not detectable in BAL fluid by day 2 after challenge in seven of eight animals in both vaccinated groups. No viral replication was detectable in the nose of any of the eight animals in the 100-μg dose group by day 2 after challenge, and limited inflammation or detectable viral genome or antigen was noted in lungs of animals in either vaccine group.Vaccination of nonhuman primates with mRNA-1273 induced robust SARS-CoV-2 neutralizing activity, rapid protection in the upper and lower airways, and no pathologic changes in the lung. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

With accumulating evidence indicating the importance of cytotoxic T lymphocytes (CTLs) in containing human immunodeficiency virus–1 (HIV-1) replication in infected individuals, strategies are being pursued to elicit virus-specific CTLs with prototype HIV-1 vaccines. Here, we report the protective efficacy of vaccine-elicited immune responses against a pathogenic SHIV-89.6P challenge in rhesus monkeys. Immune responses were elicited by DNA vaccines expressing SIVmac239 Gag and HIV-1 89.6P Env, augmented by the administration of the purified fusion protein IL-2/Ig, consisting of interleukin-2 (IL-2) and the Fc portion of immunoglobulin G (IgG), or a plasmid encoding IL-2/Ig. After SHIV-89.6P infection, sham-vaccinated monkeys developed weak CTL responses, rapid loss of CD4 + T cells, no virus-specific CD4 + T cell responses, high setpoint viral loads, significant clinical disease progression, and death in half of the animals by day 140 after challenge. In contrast, all monkeys that received the DNA vaccines augmented with IL-2/Ig were infected, but demonstrated potent secondary CTL responses, stable CD4 + T cell counts, preserved virus-specific CD4 + T cell responses, low to undetectable setpoint viral loads, and no evidence of clinical disease or mortality by day 140 after challenge.

Immunity from reinfection One of the many open questions about severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is whether an individual who has cleared the virus can be infected a second time and get sick. Chandrashekar et al. and Deng et al. generated rhesus macaque models of SARS-CoV-2 infection and tested whether natural SARS-CoV-2 infection could result in immunity to viral rechallenge. They found that animals indeed developed immune responses that protected against a second infection. Although there are differences between SARS-CoV-2 infection in macaques and in humans, these findings have key implications for public health and economic initiatives if validated in human studies. Science , this issue p. 812 , p. 818

The role of antibody in protection against human immunodeficiency virus (HIV-1) has been difficult to study in animal models because most primary HIV-1 strains do not infect nonhuman primates. Using a chimeric simian/human immunodeficiency virus (SHIV) based on the envelope of a primary isolate (HIV-89.6), we performed passive-transfer experiments in rhesus macaques to study the role of anti-envelope antibodies in protection. Based on prior in vitro data showing neutralization synergy by antibody combinations, we evaluated HIV immune globulin (HIVIG), and human monoclonal antibodies (MAbs) 2F5 and 2G12 given alone, compared with the double combination 2F5/2G12 and the triple combination HIVIG/2F5/2G12. Antibodies were administered 24 h prior to intravenous challenge with the pathogenic SHIV-89.6PD. Six control monkeys displayed high plasma viremia, rapid CD4(+)-cell decline, and clinical AIDS within 14 weeks. Of six animals given HIVIG/2F5/2G12, three were completely protected; the remaining three animals became SHIV infected but displayed reduced plasma viremia and near normal CD4(+)-cell counts. One of three monkeys given 2F5/2G12 exhibited only transient evidence of infection; the other two had marked reductions in viral load. All monkeys that received HIVIG, 2F5, or 2G12 alone became infected and developed high-level plasma viremia. However, compared to controls, monkeys that received HIVIG or MAb 2G12 displayed a less profound drop in CD4(+) T cells and a more benign clinical course. These data indicate a general correlation between in vitro neutralization and protection and suggest that a vaccine that elicits neutralizing antibody should have a protective effect against HIV-1 infection or disease.

A single, low-dose intradermal immunization with lipid-nanoparticle-encapsulated nucleoside-modified mRNA encoding the pre-membrane and envelope glycoproteins of Zika virus protects both mice and rhesus macaques against infection and elicits rapid and long-lasting neutralizing antibody responses. Public health efforts to combat Zika virus disease are hampered by lack of a safe and efficient vaccine. Drew Weissman and colleagues report the development of a candidate vaccine that is based on chemically stabilized messenger RNA (mRNA) that encodes the premembrane and envelope glycoproteins of the Zika virus. This mRNA is packaged into lipid nanoparticles that can be delivered intradermally. A single dose of the vaccine gave mice and rhesus macaques long-term immunity to the Zika virus. These findings pave the way for the development of candidate vaccines that could protect humans against Zika virus disease. Zika virus (ZIKV) has recently emerged as a pandemic associated with severe neuropathology in newborns and adults1. There are no ZIKV-specific treatments or preventatives. Therefore, the development of a safe and effective vaccine is a high priority. Messenger RNA (mRNA) has emerged as a versatile and highly effective platform to deliver vaccine antigens and therapeutic proteins2,3. Here we demonstrate that a single low-dose intradermal immunization with lipid-nanoparticle-encapsulated nucleoside-modified mRNA (mRNA–LNP) encoding the pre-membrane and envelope glycoproteins of a strain from the ZIKV outbreak in 2013 elicited potent and durable neutralizing antibody responses in mice and non-human primates. Immunization with 30 μg of nucleoside-modified ZIKV mRNA–LNP protected mice against ZIKV challenges at 2 weeks or 5 months after vaccination, and a single dose of 50 μg was sufficient to protect non-human primates against a challenge at 5 weeks after vaccination. These data demonstrate that nucleoside-modified mRNA–LNP elicits rapid and durable protective immunity and therefore represents a new and promising vaccine candidate for the global fight against ZIKV.

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1)-specific monoclonal antibodies with extraordinary potency and breadth have recently been described. In humanized mice, combinations of monoclonal antibodies have been shown to suppress viraemia, but the therapeutic potential of these monoclonal antibodies has not yet been evaluated in primates with an intact immune system. Here we show that administration of a cocktail of HIV-1-specific monoclonal antibodies, as well as the single glycan-dependent monoclonal antibody PGT121, resulted in a rapid and precipitous decline of plasma viraemia to undetectable levels in rhesus monkeys chronically infected with the pathogenic simian-human immunodeficiency virus SHIV-SF162P3. A single monoclonal antibody infusion afforded up to a 3.1 log decline of plasma viral RNA in 7 days and also reduced proviral DNA in peripheral blood, gastrointestinal mucosa and lymph nodes without the development of viral resistance. Moreover, after monoclonal antibody administration, host Gag-specific T-lymphocyte responses showed improved functionality. Virus rebounded in most animals after a median of 56 days when serum monoclonal antibody titres had declined to undetectable levels, although, notably, a subset of animals maintained long-term virological control in the absence of further monoclonal antibody infusions. These data demonstrate a profound therapeutic effect of potent neutralizing HIV-1-specific monoclonal antibodies in SHIV-infected rhesus monkeys as well as an impact on host immune responses. Our findings strongly encourage the investigation of monoclonal antibody therapy for HIV-1 in humans.