BackgroundVaccines are needed to prevent coronavirus disease 2019 (Covid-19) and to protect persons who are at high risk for complications. The mRNA-1273 vaccine is a lipid nanoparticle–encapsulated mRNA-based vaccine that encodes the prefusion stabilized full-length spike protein of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus that causes Covid-19.MethodsThis phase 3 randomized, observer-blinded, placebo-controlled trial was conducted at 99 centers across the United States. Persons at high risk for SARS-CoV-2 infection or its complications were randomly assigned in a 1:1 ratio to receive two intramuscular injections of mRNA-1273 (100 μg) or placebo 28 days apart. The primary end point was prevention of Covid-19 illness with onset at least 14 days after the second injection in participants who had not previously been infected with SARS-CoV-2.Download a PDF of the Research Summary.ResultsThe trial enrolled 30,420 volunteers who were randomly assigned in a 1:1 ratio to receive either vaccine or placebo (15,210 participants in each group). More than 96% of participants received both injections, and 2.2% had evidence (serologic, virologic, or both) of SARS-CoV-2 infection at baseline. Symptomatic Covid-19 illness was confirmed in 185 participants in the placebo group (56.5 per 1000 person-years; 95% confidence interval [CI], 48.7 to 65.3) and in 11 participants in the mRNA-1273 group (3.3 per 1000 person-years; 95% CI, 1.7 to 6.0); vaccine efficacy was 94.1% (95% CI, 89.3 to 96.8%; P<0.001). Efficacy was similar across key secondary analyses, including assessment 14 days after the first dose, analyses that included participants who had evidence of SARS-CoV-2 infection at baseline, and analyses in participants 65 years of age or older. Severe Covid-19 occurred in 30 participants, with one fatality; all 30 were in the placebo group. Moderate, transient reactogenicity after vaccination occurred more frequently in the mRNA-1273 group. Serious adverse events were rare, and the incidence was similar in the two groups.ConclusionsThe mRNA-1273 vaccine showed 94.1% efficacy at preventing Covid-19 illness, including severe disease. Aside from transient local and systemic reactions, no safety concerns were identified. (Funded by the Biomedical Advanced Research and Development Authority and the National Institute of Allergy and Infectious Diseases; COVE ClinicalTrials.gov number, NCT04470427.) Quick Take Efficacy and Safety of mRNA-1273 SARS-CoV-2 Vaccine 2m 31s

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).

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.).

Immune profiling of COVID-19 patients Coronavirus disease 2019 (COVID-19) has affected millions of people globally, yet how the human immune system responds to and influences COVID-19 severity remains unclear. Mathew et al. present a comprehensive atlas of immune modulation associated with COVID-19. They performed high-dimensional flow cytometry of hospitalized COVID-19 patients and found three prominent and distinct immunotypes that are related to disease severity and clinical parameters. Arunachalam et al. report a systems biology approach to assess the immune system of COVID-19 patients with mild-to-severe disease. These studies provide a compendium of immune cell information and roadmaps for potential therapeutic interventions. Science , this issue p. eabc8511 , p. 1210

The serum level of RBD-binding antibodies correlates with SARS-CoV-2 neutralization and can be used for population-level surveillance.

Pulendran and colleagues use a systems biology analysis to reveal distinct transcriptional signatures of antibody responses to different classes of human vaccines. Many vaccines induce protective immunity via antibodies. Systems biology approaches have been used to determine signatures that can be used to predict vaccine-induced immunity in humans, but whether there is a 'universal signature' that can be used to predict antibody responses to any vaccine is unknown. Here we did systems analyses of immune responses to the polysaccharide and conjugate vaccines against meningococcus in healthy adults, in the broader context of published studies of vaccines against yellow fever virus and influenza virus. To achieve this, we did a large-scale network integration of publicly available human blood transcriptomes and systems-scale databases in specific biological contexts and deduced a set of transcription modules in blood. Those modules revealed distinct transcriptional signatures of antibody responses to different classes of vaccines, which provided key insights into primary viral, protein recall and anti-polysaccharide responses. Our results elucidate the early transcriptional programs that orchestrate vaccine immunity in humans and demonstrate the power of integrative network modeling.

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.

SARS-CoV-2, the virus responsible for COVID-19, is causing a devastating worldwide pandemic, and there is a pressing need to understand the development, specificity, and neutralizing potency of humoral immune responses during acute infection. We report a cross-sectional study of antibody responses to the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein and virus neutralization activity in a cohort of 44 hospitalized COVID-19 patients. RBD-specific IgG responses are detectable in all patients 6 days after PCR confirmation. Isotype switching to IgG occurs rapidly, primarily to IgG1 and IgG3. Using a clinical SARS-CoV-2 isolate, neutralizing antibody titers are detectable in all patients by 6 days after PCR confirmation and correlate with RBD-specific binding IgG titers. The RBD-specific binding data were further validated in a clinical setting with 231 PCR-confirmed COVID-19 patient samples. These findings have implications for understanding protective immunity against SARS-CoV-2, therapeutic use of immune plasma, and development of much-needed vaccines.

Emerging evidence indicates a central role for the microbiome in immunity. However, causal evidence in humans is sparse. Here, we administered broad-spectrum antibiotics to healthy adults prior and subsequent to seasonal influenza vaccination. Despite a 10,000-fold reduction in gut bacterial load and long-lasting diminution in bacterial diversity, antibody responses were not significantly affected. However, in a second trial of subjects with low pre-existing antibody titers, there was significant impairment in H1N1-specific neutralization and binding IgG1 and IgA responses. In addition, in both studies antibiotics treatment resulted in (1) enhanced inflammatory signatures (including AP-1/NR4A expression), observed previously in the elderly, and increased dendritic cell activation; (2) divergent metabolic trajectories, with a 1,000-fold reduction in serum secondary bile acids, which was highly correlated with AP-1/NR4A signaling and inflammasome activation. Multi-omics integration revealed significant associations between bacterial species and metabolic phenotypes, highlighting a key role for the microbiome in modulating human immunity.

Ending the COVID-19 pandemic will require long-lived immunity to SARS-CoV-2. Here, we evaluate 254 COVID-19 patients longitudinally up to 8 months and find durable broad-based immune responses. SARS-CoV-2 spike binding and neutralizing antibodies exhibit a bi-phasic decay with an extended half-life of >200 days suggesting the generation of longer-lived plasma cells. SARS-CoV-2 infection also boosts antibody titers to SARS-CoV-1 and common betacoronaviruses. In addition, spike-specific IgG+ memory B cells persist, which bodes well for a rapid antibody response upon virus re-exposure or vaccination. Virus-specific CD4+ and CD8+ T cells are polyfunctional and maintained with an estimated half-life of 200 days. Interestingly, CD4+ T cell responses equally target several SARS-CoV-2 proteins, whereas the CD8+ T cell responses preferentially target the nucleoprotein, highlighting the potential importance of including the nucleoprotein in future vaccines. Taken together, these results suggest that broad and effective immunity may persist long-term in recovered COVID-19 patients.