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.).

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

Summary SARS-CoV-2 Omicron is highly transmissible and has substantial resistance to antibody neutralization following immunization with ancestral spike-matched vaccines. It is unclear whether boosting with Omicron-specific vaccines would enhance immunity and protection. Here, nonhuman primates that received mRNA-1273 at weeks 0 and 4 were boosted at week 41 with mRNA-1273 or mRNA-Omicron. Neutralizing antibody titers against D614G were 4760 and 270 reciprocal ID 50 at week 6 (peak) and week 41 (pre-boost), respectively, and 320 and 110 for Omicron. Two weeks after boost, titers against D614G and Omicron increased to 5360 and 2980, respectively, for mRNA-1273 and 2670 and 1930 for mRNA-Omicron. Following either boost, 70-80% of spike-specific B cells were cross-reactive against both WA1 and Omicron. Significant and equivalent control of virus replication in lower airways was observed following either boost. Therefore, an Omicron boost may not provide greater immunity or protection compared to a boost with the current mRNA-1273 vaccine.

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.

ABSTRACT Background Vaccine efficacy against the B.1.351 variant following mRNA-1273 vaccination in humans has not been determined. Nonhuman primates (NHP) are a useful model for demonstrating whether mRNA-1273 mediates protection against B.1.351. Methods Nonhuman primates received 30 or 100 µg of mRNA-1273 as a prime-boost vaccine at 0 and 4 weeks, a single immunization of 30 µg at week 0, or no vaccine. Antibody and T cell responses were assessed in blood, bronchioalveolar lavages (BAL), and nasal washes. Viral replication in BAL and nasal swabs were determined by qRT-PCR for sgRNA, and histopathology and viral antigen quantification were performed on lung tissue post-challenge. Results Eight weeks post-boost, 100 µg x2 of mRNA-1273 induced reciprocal ID 50 neutralizing geometric mean titers against live SARS-CoV-2 D614G and B.1.351 of 3300 and 240, respectively, and 430 and 84 for the 30 µg x2 group. There were no detectable neutralizing antibodies against B.1351 after the single immunization of 30 µg. On day 2 following B.1.351 challenge, sgRNA in BAL was undetectable in 6 of 8 NHP that received 100 µg x2 of mRNA-1273, and there was a ∼2-log reduction in sgRNA in NHP that received two doses of 30 µg compared to controls. In nasal swabs, there was a 1-log 10 reduction observed in the 100 µg x2 group. There was limited inflammation or viral antigen in lungs of vaccinated NHP post-challenge. Conclusions Immunization with two doses of mRNA-1273 achieves effective immunity that rapidly controls lower and upper airway viral replication against the B.1.351 variant in NHP.

ABSTRACT Neutralizing antibody responses gradually wane after vaccination with mRNA-1273 against several variants of concern (VOC), and additional boost vaccinations may be required to sustain immunity and protection. Here, we evaluated the immune responses in nonhuman primates that received 100 µg of mRNA-1273 vaccine at 0 and 4 weeks and were boosted at week 29 with mRNA-1273 (homologous) or mRNA-1273.β (heterologous), which encompasses the spike sequence of the B.1.351 (beta or β) variant. Reciprocal ID 50 pseudovirus neutralizing antibody geometric mean titers (GMT) against live SARS-CoV-2 D614G and the β variant, were 4700 and 765, respectively, at week 6, the peak of primary response, and 644 and 553, respectively, at a 5-month post-vaccination memory time point. Two weeks following homologous or heterologous boost β-specific reciprocal ID 50 GMT were 5000 and 3000, respectively. At week 38, animals were challenged in the upper and lower airway with the β variant. Two days post-challenge, viral replication was low to undetectable in both BAL and nasal swabs in most of the boosted animals. These data show that boosting with the homologous mRNA-1273 vaccine six months after primary immunization provides up to a 20-fold increase in neutralizing antibody responses across all VOC, which may be required to sustain high-level protection against severe disease, especially for at-risk populations. One-sentence summary mRNA-1273 boosted nonhuman primates have increased immune responses and are protected against SARS-CoV-2 beta infection.

Abstract We previously reported that a single immunization with an adenovirus serotype 26 (Ad26) vector-based vaccine expressing an optimized SARS-CoV-2 spike (Ad26.COV2.S) protected rhesus macaques against SARS-CoV-2 challenge. In this study, we evaluated the immunogenicity and protective efficacy of reduced doses of Ad26.COV2.S. 30 rhesus macaques were immunized once with 1×10 11 , 5×10 10 , 1.125×10 10 , or 2×10 9 vp Ad26.COV2.S or sham and were challenged with SARS-CoV-2 by the intranasal and intratracheal routes. Vaccine doses as low as 2×10 9 vp provided robust protection in bronchoalveolar lavage, whereas doses of 1.125×10 10 vp were required for protection in nasal swabs. Activated memory B cells as well as binding and neutralizing antibody titers following vaccination correlated with protective efficacy. At suboptimal vaccine doses, viral breakthrough was observed but did not show evidence of virologic, immunologic, histopathologic, or clinical enhancement of disease compared with sham controls. These data demonstrate that a single immunization with a relatively low dose of Ad26.COV2.S effectively protected against SARS-CoV-2 challenge in rhesus macaques. Moreover, our findings show that a higher vaccine dose may be required for protection in the upper respiratory tract compared with the lower respiratory tract.

The rapid spread of the SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant, including in highly vaccinated populations, has raised important questions about the efficacy of current vaccines. Immune correlates of vaccine protection against Omicron are not known.30 cynomolgus macaques were immunized with homologous and heterologous prime-boost regimens with the mRNA-based BNT162b2 vaccine and the adenovirus vector-based Ad26.COV2.S vaccine. Following vaccination, animals were challenged with the SARS-CoV-2 Omicron variant by the intranasal and intratracheal routes.Omicron neutralizing antibodies were observed following the boost immunization and were higher in animals that received BNT162b2, whereas Omicron CD8+ T cell responses were higher in animals that received Ad26.COV2.S. Following Omicron challenge, sham controls showed more prolonged virus in nasal swabs than in bronchoalveolar lavage. Vaccinated macaques demonstrated rapid control of virus in bronchoalveolar lavage, and most vaccinated animals also controlled virus in nasal swabs, showing that current vaccines provide substantial protection against Omicron in this model. However, vaccinated animals that had moderate levels of Omicron neutralizing antibodies but negligible Omicron CD8+ T cell responses failed to control virus in the upper respiratory tract. Virologic control correlated with both antibody and T cell responses.BNT162b2 and Ad26.COV2.S provided robust protection against high-dose challenge with the SARS-CoV-2 Omicron variant in macaques. Protection against this highly mutated SARS-CoV-2 variant correlated with both humoral and cellular immune responses.