Abstract The recent emergence of B.1.1.529, the Omicron variant 1,2 , has raised concerns of escape from protection by vaccines and therapeutic antibodies. A key test for potential countermeasures against B.1.1.529 is their activity in preclinical rodent models of respiratory tract disease. Here, using the collaborative network of the SARS-CoV-2 Assessment of Viral Evolution (SAVE) programme of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), we evaluated the ability of several B.1.1.529 isolates to cause infection and disease in immunocompetent and human ACE2 (hACE2)-expressing mice and hamsters. Despite modelling data indicating that B.1.1.529 spike can bind more avidly to mouse ACE2 (refs. 3,4 ), we observed less infection by B.1.1.529 in 129, C57BL/6, BALB/c and K18-hACE2 transgenic mice than by previous SARS-CoV-2 variants, with limited weight loss and lower viral burden in the upper and lower respiratory tracts. In wild-type and hACE2 transgenic hamsters, lung infection, clinical disease and pathology with B.1.1.529 were also milder than with historical isolates or other SARS-CoV-2 variants of concern. Overall, experiments from the SAVE/NIAID network with several B.1.1.529 isolates demonstrate attenuated lung disease in rodents, which parallels preliminary human clinical data.

SARS-CoV-2 has caused the global COVID-19 pandemic. Although passively delivered neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 show promise in clinical trials, their mechanism of action in vivo is incompletely understood. Here, we define correlates of protection of neutralizing human monoclonal antibodies (mAbs) in SARS-CoV-2-infected animals. Whereas Fc effector functions are dispensable when representative neutralizing mAbs are administered as prophylaxis, they are required for optimal protection as therapy. When given after infection, intact mAbs reduce SARS-CoV-2 burden and lung disease in mice and hamsters better than loss-of-function Fc variant mAbs. Fc engagement of neutralizing antibodies mitigates inflammation and improves respiratory mechanics, and transcriptional profiling suggests these phenotypes are associated with diminished innate immune signaling and preserved tissue repair. Immune cell depletions establish that neutralizing mAbs require monocytes and CD8+ T cells for optimal clinical and virological benefit. Thus, potently neutralizing mAbs utilize Fc effector functions during therapy to mitigate lung infection and disease.

ABSTRACT The development of an effective vaccine against SARS-CoV-2, the etiologic agent of COVID-19, is a global priority. Here, we compared the protective capacity of intranasal and intramuscular delivery of a chimpanzee adenovirus-vectored vaccine encoding a pre-fusion stabilized spike protein (ChAd-SARS-CoV-2-S) in Golden Syrian hamsters. While immunization with ChAd-SARS-CoV-2-S induced robust spike protein specific antibodies capable or neutralizing the virus, antibody levels in serum were higher in hamsters immunized by an intranasal compared to intramuscular route. Accordingly, ChAd-SARS-CoV-2-S immunized hamsters were protected against a challenge with a high dose of SARS-CoV-2. After challenge, ChAd-SARS-CoV-2-S-immunized hamsters had less weight loss and showed reductions in viral RNA and infectious virus titer in both nasal swabs and lungs, and reduced pathology and inflammatory gene expression in the lungs, compared to ChAd-Control immunized hamsters. Intranasal immunization with ChAd-SARS-CoV-2-S provided superior protection against SARS-CoV-2 infection and inflammation in the upper respiratory tract. These findings support intranasal administration of the ChAd-SARS-CoV-2-S candidate vaccine to prevent SARS-CoV-2 infection, disease, and possibly transmission.

Abstract The emergence of antigenically distinct severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants with increased transmissibility is a public health threat. Some of these variants show substantial resistance to neutralization by SARS-CoV-2 infection- or vaccination-induced antibodies, which principally target the receptor binding domain (RBD) on the virus spike glycoprotein. Here, we describe 2C08, a SARS-CoV-2 mRNA vaccine-induced germinal center B cell-derived human monoclonal antibody that binds to the receptor binding motif within the RBD. 2C08 broadly neutralizes SARS-CoV-2 variants with remarkable potency and reduces lung inflammation, viral load, and morbidity in hamsters challenged with either an ancestral SARS-CoV-2 strain or a recent variant of concern. Clonal analysis identified 2C08-like public clonotypes among B cell clones responding to SARS-CoV-2 infection or vaccination in at least 20 out of 78 individuals. Thus, 2C08-like antibodies can be readily induced by SARS-CoV-2 vaccines and mitigate resistance by circulating variants of concern. One Sentence Summary Protection against SARS-CoV-2 variants by a potently neutralizing vaccine-induced human monoclonal antibody.

Abstract The stem-loop II motif (s2m) is an RNA element present in viruses from divergent viral families, including astroviruses and coronaviruses, but its functional significance is unknown. We created deletions or substitutions of the s2m in astrovirus VA1 (VA1), classic human astrovirus 1 (HAstV1) and severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). For VA1, recombinant virus could not be rescued upon partial deletion of the s2m or substitutions of G-C base pairs. Compensatory substitutions that restored the G-C base-pair enabled recovery of VA1. For HAstV1, a partial deletion of the s2m resulted in decreased viral titers compared to wild-type virus, and reduced activity in a replicon system. In contrast, deletion or mutation of the SARS-CoV-2 s2m had no effect on the ability to rescue the virus, growth in vitro , or growth in Syrian hamsters. Our study demonstrates the importance of the s2m is virus-dependent.

ABSTRACT The continued evolution and emergence of novel SARS-CoV-2 variants has resulted in challenges to vaccine and antibody efficacy. The emergence of each new variant necessitates the need to re-evaluate and refine animal models used for countermeasure testing. Here, we tested a currently circulating SARS-CoV-2 Omicron lineage variant, BQ.1.1, in multiple rodent models including K18-hACE2 transgenic, C57BL/6J, and 129S2 mice, and Syrian golden hamsters. In contrast to a previously dominant BA.5.5 Omicron variant, inoculation of K18-hACE2 mice with BQ.1.1 resulted in a substantial weight loss, a characteristic seen in pre-Omicron variants. BQ.1.1 also replicated to higher levels in the lungs of K18-hACE2 mice and caused greater lung pathology than the BA.5.5 variant. However, C57BL/6J mice, 129S2 mice, and Syrian hamsters inoculated with BQ.1.1 showed no differences in respiratory tract infection or disease compared to animals administered BA.5.5. Airborne or direct contact transmission in hamsters was observed more frequently after BQ.1.1 than BA.5.5 infection. Together, these data suggest that the BQ.1.1 Omicron variant has increased virulence in some rodent species, possibly due to the acquisition of unique spike mutations relative to other Omicron variants. IMPORTANCE As SARS-CoV-2 continues to evolve, there is a need to rapidly assess the efficacy of vaccines and antiviral therapeutics against newly emergent variants. To do so, the commonly used animal models must also be reevaluated. Here, we determined the pathogenicity of the circulating BQ.1.1 SARS-CoV-2 variant in multiple SARS-CoV-2 animal models including transgenic mice expressing human ACE2, two strains of conventional laboratory mice, and Syrian hamsters. While BQ.1.1 infection resulted in similar levels of viral burden and clinical disease in the conventional laboratory mice tested, increases in lung infection were detected in human ACE2-expressing transgenic mice, which corresponded with greater levels of pro-inflammatory cytokines and lung pathology. Moreover, we observed a trend towards greater animal-to-animal transmission of BQ.1.1 than BA.5.5 in Syrian hamsters. Together, our data highlight important differences in two closely related Omicron SARS-CoV-2 variant strains and provide a foundation for evaluating countermeasures.

ABSTRACT The continued emergence of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants necessitates updating coronavirus disease 2019 (COVID-19) vaccines to match circulating strains. The immunogenicity and efficacy of these vaccines must be tested in pre-clinical animal models. In Syrian hamsters, we measured the humoral and cellular immune response after immunization with the nanoparticle recombinant Spike (S) protein-based COVID-19 vaccine (Novavax, Inc.). We also compared the efficacy of the updated monovalent XBB.1.5 variant vaccine with previous COVID-19 vaccines for the induction of XBB.1.5 and EG.5.1 neutralizing antibodies and protection against a challenge with the EG.5.1 variant of SARS-CoV-2. Immunization induced high levels of S-specific IgG and IgA antibody-secreting cells and antigen-specific CD4 + T cells. The XBB.1.5 and XBB.1.16 vaccines, but not the Prototype vaccine, induced high levels of neutralizing antibodies against the XBB.1.5, EG.5.1, and JN.1 variants of SARS-CoV-2. Upon challenge with the Omicron EG.5.1 variant, the XBB.1.5 and XBB.1.16 vaccines reduced the virus load in the lungs, nasal turbinates, trachea, and nasal washes. The bivalent vaccine (Prototype rS + BA.5 rS) continued to offer protection in the trachea and lungs, but protection was reduced in the upper airways. By contrast, the monovalent Prototype vaccine no longer offered good protection, and breakthrough infections were observed in all animals and tissues. Thus, based on these study results, the protein-based XBB.1.5 vaccine is immunogenic and increased the breadth of protection against the Omicron EG.5.1 variant in the Syrian hamster model. IMPORTANCE As SARS-CoV-2 continues to evolve, there is a need to assess the immunogenicity and efficacy of updated vaccines against newly emerging variants in pre-clinical models such as mice and hamsters. Here, we compared the immunogenicity and efficacy between the updated XBB.1.5, the original Prototype Wuhan-1, and the bivalent Prototype + BA.5 vaccine against a challenge with the EG.5.1 Omicron variant of SARS-CoV-2 in hamsters. The XBB.1.5 and bivalent vaccine, but not the Prototype, induced serum-neutralizing antibodies against EG.5.1, albeit the titers were higher in the XBB.1.5 immunized hamsters. The presence of neutralizing antibodies was associated with complete protection against EG.5.1 infection in the lower airways and reduced virus titers in the upper airways. Compared with the bivalent vaccine, immunization with XBB.1.5 improved viral control in the nasal turbinates. Together, our data show that the updated vaccine is immunogenic and that it offers better protection against recent variants of SARS-CoV-2.

A recently emerged betacoronavirus, SARS-CoV-2, has led to a global health crisis that calls for the identification of effective therapeutics for COVID-19 disease. Coronavirus papain-like protease (PLpro) is an attractive drug target as it is essential for viral polyprotein cleavage and for deconjugation of ISG15, an antiviral ubiquitin-like protein. We show here that 6-Thioguanine (6-TG) inhibits SARS-CoV-2 PLpro-catalyzed viral polyprotein cleavage and ISG15 deconjugation in cells and inhibits replication of SARS-CoV-2 in Vero-E6 cells and Calu3 cells at submicromolar levels. As a well-characterized FDA-approved orally delivered drug, 6-TG represents a promising therapeutic for COVID-19 and other emerging coronaviruses.A repurposed drug that targets an essential enzymatic activity of SARS-CoV-2 represents a promising COVID-19 therapeutic.

The transmission bottleneck, defined as the number of viruses that transmit from one host to infect another, is an important determinant of the rate of virus evolution and the level of immunity required to protect against virus transmission. Despite its importance, SARS-CoV-2's transmission bottleneck remains poorly characterized, in part due to a lack of quantitative measurement tools. To address this, we adapted a SARS-CoV-2 reverse genetics system to generate a pool of >200 isogenic SARS-CoV-2 viruses harboring specific 6-nucleotide barcodes inserted in ORF10, a non-translated ORF. We directly inoculated donor Syrian hamsters intranasally with this barcoded virus pool and exposed a paired naïve contact hamster to each donor. Following exposure, the nasal turbinates, trachea, and lungs were collected, viral titers were measured, and the number of barcodes in each tissue were enumerated to quantify the transmission bottleneck. The duration and route (airborne, direct contact, and fomite) of exposure were varied to assess their impact on the transmission bottleneck. In airborne-exposed hamsters, the transmission bottleneck increased with longer exposure durations. We found that direct contact exposure produced the largest transmission bottleneck (average 27 BCs), followed by airborne exposure (average 16 BCs) then fomite exposure (average 8 BCs). Interestingly, we detected unique BCs in both the upper and lower respiratory tract of contact animals from all routes of exposure, suggesting that SARS-CoV-2 can directly infect hamster lungs. Altogether, these findings highlight the utility of barcoded viruses as tools to rigorously study virus transmission. In the future, barcoded SARS-CoV-2 will strengthen studies of immune factors that influence virus transmission.