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.).

Antibody levels predict vaccine efficacy Symptomatic COVID-19 infection can be prevented by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines. A “correlate of protection” is a molecular biomarker to measure how much immunity is needed to fight infection and is key for successful global immunization programs. Gilbert et al . determined that antibodies are the correlate of protection in vaccinated individuals enrolled in the Moderna COVE phase 3 clinical trial (see the Perspective by Openshaw). By measuring binding and neutralizing antibodies against the viral spike protein, the authors found that the levels of both antibodies correlated with the degree of vaccine efficacy. The higher the antibody level, the greater the protection afforded by the messenger RNA (mRNA) vaccine. Antibody levels that predict mRNA vaccine efficacy can therefore be used to guide vaccine regimen modifications and support regulatory approvals for a broader spectrum of the population. —PNK

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mutations may diminish vaccine-induced protective immune responses, particularly as antibody titers wane over time. Here, we assess the effect of SARS-CoV-2 variants B.1.1.7 (Alpha), B.1.351 (Beta), P.1 (Gamma), B.1.429 (Epsilon), B.1.526 (Iota), and B.1.617.2 (Delta) on binding, neutralizing, and angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)–competing antibodies elicited by the messenger RNA (mRNA) vaccine mRNA-1273 over 7 months. Cross-reactive neutralizing responses were rare after a single dose. At the peak of response to the second vaccine dose, all individuals had responses to all variants. Binding and functional antibodies against variants persisted in most subjects, albeit at low levels, for 6 months after the primary series of the mRNA-1273 vaccine. Across all assays, B.1.351 had the lowest antibody recognition. These data complement ongoing studies to inform the potential need for additional boost vaccinations.

Although the three vaccines against coronavirus disease 2019 (Covid-19) that have received emergency use authorization in the United States are highly effective, breakthrough infections are occurring. Data are needed on the serial use of homologous boosters (same as the primary vaccine) and heterologous boosters (different from the primary vaccine) in fully vaccinated recipients.In this phase 1-2, open-label clinical trial conducted at 10 sites in the United States, adults who had completed a Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier and had no reported history of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection received a booster injection with one of three vaccines: mRNA-1273 (Moderna) at a dose of 100 μg, Ad26.COV2.S (Johnson & Johnson-Janssen) at a dose of 5×1010 virus particles, or BNT162b2 (Pfizer-BioNTech) at a dose of 30 μg. The primary end points were safety, reactogenicity, and humoral immunogenicity on trial days 15 and 29.Of the 458 participants who were enrolled in the trial, 154 received mRNA-1273, 150 received Ad26.COV2.S, and 153 received BNT162b2 as booster vaccines; 1 participant did not receive the assigned vaccine. Reactogenicity was similar to that reported for the primary series. More than half the recipients reported having injection-site pain, malaise, headache, or myalgia. For all combinations, antibody neutralizing titers against a SARS-CoV-2 D614G pseudovirus increased by a factor of 4 to 73, and binding titers increased by a factor of 5 to 55. Homologous boosters increased neutralizing antibody titers by a factor of 4 to 20, whereas heterologous boosters increased titers by a factor of 6 to 73. Spike-specific T-cell responses increased in all but the homologous Ad26.COV2.S-boosted subgroup. CD8+ T-cell levels were more durable in the Ad26.COV2.S-primed recipients, and heterologous boosting with the Ad26.COV2.S vaccine substantially increased spike-specific CD8+ T cells in the mRNA vaccine recipients.Homologous and heterologous booster vaccines had an acceptable safety profile and were immunogenic in adults who had completed a primary Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases; DMID 21-0012 ClinicalTrials.gov number, NCT04889209.).

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. Here, nonhuman primates (NHPs) received either no vaccine or doses ranging from 0.3 to 100 μg of the mRNA-1273 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccine. mRNA-1273 vaccination elicited circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs after SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and most strongly correlated with levels of anti–S antibody and neutralizing activity. Lower antibody levels were needed for reduction of viral replication in the lower airway than in the upper airway. Passive transfer of mRNA-1273–induced immunoglobulin G to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Thus, mRNA-1273 vaccine–induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 in NHPs.

While Coronavirus disease 2019 (Covid-19) vaccines are highly effective, breakthrough infections are occurring. Booster vaccinations have recently received emergency use authorization (EUA) for certain populations but are restricted to homologous mRNA vaccines. We evaluated homologous and heterologous booster vaccination in persons who had received an EUA Covid-19 vaccine regimen.In this phase 1/2 open-label clinical trial conducted at ten U.S. sites, adults who received one of three EUA Covid-19 vaccines at least 12 weeks prior to enrollment and had no reported history of SARS-CoV-2 infection received a booster injection with one of three vaccines (Moderna mRNA-1273 100-μg, Janssen Ad26.COV2.S 5×1010 virus particles, or Pfizer-BioNTech BNT162b2 30-μg; nine combinations). The primary outcomes were safety, reactogenicity, and humoral immunogenicity on study days 15 and 29.458 individuals were enrolled: 154 received mRNA-1273, 150 received Ad26.CoV2.S, and 153 received BNT162b2 booster vaccines. Reactogenicity was similar to that reported for the primary series. Injection site pain, malaise, headache, and myalgia occurred in more than half the participants. Booster vaccines increased the neutralizing activity against a D614G pseudovirus (4.2-76-fold) and binding antibody titers (4.6-56-fold) for all combinations; homologous boost increased neutralizing antibody titers 4.2-20-fold whereas heterologous boost increased titers 6.2-76-fold. Day 15 neutralizing and binding antibody titers varied by 28.7-fold and 20.9-fold, respectively, across the nine prime-boost combinations.Homologous and heterologous booster vaccinations were well-tolerated and immunogenic in adults who completed a primary Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the causative agent of a global pandemic. Safe and effective COVID-19 vaccines are now available, including mRNA-1273, which has shown 94% efficacy in prevention of symptomatic COVID-19 disease. However, the emergence of SARS-CoV-2 variants has led to concerns of viral escape from vaccine-induced immunity. Several variants have shown decreased susceptibility to neutralization by vaccine-induced immunity, most notably B.1.351 (Beta), although the overall impact on vaccine efficacy remains to be determined. Here, we present the initial evaluation in mice of 2 updated mRNA vaccines designed to target SARS-CoV-2 variants: (1) monovalent mRNA-1273.351 encodes for the spike protein found in B.1.351 and (2) mRNA-1273.211 comprising a 1:1 mix of mRNA-1273 and mRNA-1273.351. Both vaccines were evaluated as a 2-dose primary series in mice; mRNA-1273.351 was also evaluated as a booster dose in animals previously vaccinated with mRNA-1273. The results demonstrated that a primary vaccination series of mRNA-1273.351 was effective at increasing neutralizing antibody titers against B.1.351, while mRNA-1273.211 was effective at providing broad cross-variant neutralization. A third (booster) dose of mRNA-1273.351 significantly increased both wild-type and B.1.351-specific neutralization titers. Both mRNA-1273.351 and mRNA-1273.211 are being evaluated in pre-clinical challenge and clinical studies.

Abstract SARS-CoV-2 mutations may diminish vaccine-induced protective immune responses, and the durability of such responses has not been previously reported. Here, we present a comprehensive assessment of the impact of variants B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.429, and B.1.526 on binding, neutralizing, and ACE2-blocking antibodies elicited by the vaccine mRNA-1273 over seven months. Cross-reactive neutralizing responses were rare after a single dose of mRNA-1273. At the peak of response to the second dose, all subjects had robust responses to all variants. Binding and functional antibodies against variants persisted in most subjects, albeit at low levels, for 6 months after the primary series of mRNA-1273. Across all assays, B.1.351 had the greatest impact on antibody recognition, and B.1.1.7 the least. These data complement ongoing studies of clinical protection to inform the potential need for additional boost vaccinations. One-Sentence Summary Most mRNA-1273 vaccinated individuals maintained binding and functional antibodies against SARS-CoV-2 variants for 6 months.

Adjuvanted soluble protein vaccines have been used extensively in humans for protection against various viral infections based on their robust induction of antibody responses. Here, soluble prefusion-stabilized spike trimers (preS dTM) from the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2) were formulated with the adjuvant AS03 and administered twice to nonhuman primates (NHP). Binding and functional neutralization assays and systems serology revealed that NHP developed AS03-dependent multi-functional humoral responses that targeted multiple spike domains and bound to a variety of antibody FC receptors mediating effector functions in vitro. Pseudovirus and live virus neutralizing IC50 titers were on average greater than 1000 and significantly higher than a panel of human convalescent sera. NHP were challenged intranasally and intratracheally with a high dose (3×106 PFU) of SARS-CoV-2 (USA-WA1/2020 isolate). Two days post-challenge, vaccinated NHP showed rapid control of viral replication in both the upper and lower airways. Notably, vaccinated NHP also had increased spike-specific IgG antibody responses in the lung as early as 2 days post challenge. Moreover, vaccine-induced IgG mediated protection from SARS-CoV-2 challenge following passive transfer to hamsters. These data show that antibodies induced by the AS03-adjuvanted preS dTM vaccine are sufficient to mediate protection against SARS-CoV-2 and support the evaluation of this vaccine in human clinical trials.

An important consequence of infection with a SARS-CoV-2 variant is protective humoral immunity against other variants. The basis for such cross-protection at the molecular level is incompletely understood. Here we characterized the repertoire and epitope specificity of antibodies elicited by Beta, Gamma and ancestral variant infection and assessed their cross-reactivity to these and the more recent Delta and Omicron variants. We developed a high-throughput approach to obtain immunoglobulin sequences and produce monoclonal antibodies for functional assessment from single B cells. Infection with any variant elicited similar cross-binding antibody responses exhibiting a remarkably conserved hierarchy of epitope immunodominance. Furthermore, convergent V gene usage and similar public B cell clones were elicited regardless of infecting variant. These convergent responses despite antigenic variation may represent a general immunological principle that accounts for the continued efficacy of vaccines based on a single ancestral variant.