Pandemic influenza A viruses that emerge from animal reservoirs are inevitable. Therefore, rapid genomic analysis and creation of vaccines are vital. We developed a multisegment reverse transcription-PCR (M-RTPCR) approach that simultaneously amplifies eight genomic RNA segments, irrespective of virus subtype. M-RTPCR amplicons can be used for high-throughput sequencing and/or cloned into modified reverse-genetics plasmids via regions of sequence identity. We used these procedures to rescue a contemporary H3N2 virus and a swine origin H1N1 virus directly from human swab specimens. Together, M-RTPCR and the modified reverse-genetics plasmids that we designed streamline the creation of vaccine seed stocks (9 to 12 days).

During the evolution of SARS-CoV-2 in humans, a D614G substitution in the spike glycoprotein (S) has emerged; virus containing this substitution has become the predominant circulating variant in the COVID-19 pandemic1. However, whether the increasing prevalence of this variant reflects a fitness advantage that improves replication and/or transmission in humans or is merely due to founder effects remains unknown. Here we use isogenic SARS-CoV-2 variants to demonstrate that the variant that contains S(D614G) has enhanced binding to the human cell-surface receptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), increased replication in primary human bronchial and nasal airway epithelial cultures as well as in a human ACE2 knock-in mouse model, and markedly increased replication and transmissibility in hamster and ferret models of SARS-CoV-2 infection. Our data show that the D614G substitution in S results in subtle increases in binding and replication in vitro, and provides a real competitive advantage in vivo—particularly during the transmission bottleneck. Our data therefore provide an explanation for the global predominance of the variant that contains S(D614G) among the SARS-CoV-2 viruses that are currently circulating. A SARS-CoV-2 variant containing a D614G substitution in the spike protein shows enhanced binding to human ACE2, increased replication in human cell cultures and a competitive advantage in animal models of infection.

Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd protection and control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) from the full-length spike (S) protein that is stable in the prefusion conformation. NVX-CoV2373 S form 27.2-nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicit high titer anti-S IgG that blocks hACE2 receptor binding, neutralize virus, and protects against SARS-CoV-2 challenge with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease. NVX-CoV2373 also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + follicular helper T cells (Tfh), and antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. In baboons, low-dose levels of NVX-CoV2373 with Matrix-M was also highly immunogenic and elicited high titer anti-S antibodies and functional antibodies that block S-protein binding to hACE2 and neutralize virus infection and antigen-specific T cells. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2373 with Matrix-M (NCT04368988).

Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd immunity to control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length spike (S) protein, stabilized in the prefusion conformation. Purified NVX-CoV2373 S form 27.2nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice and baboons, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicits high titer anti-S IgG that is associated with blockade of hACE2 receptor binding, virus neutralization, and protection against SARS-CoV-2 challenge in mice with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease (VAERD). NVX-CoV2373 vaccine also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + T follicular helper T cells (Tfh), and the generation of antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 with Matrix-M ( NCT04368988 ).

Abstract During the evolution of SARS-CoV-2 in humans a D614G substitution in the spike (S) protein emerged and became the predominant circulating variant (S-614G) of the COVID-19 pandemic 1 . However, whether the increasing prevalence of the S-614G variant represents a fitness advantage that improves replication and/or transmission in humans or is merely due to founder effects remains elusive. Here, we generated isogenic SARS-CoV-2 variants and demonstrate that the S-614G variant has (i) enhanced binding to human ACE2, (ii) increased replication in primary human bronchial and nasal airway epithelial cultures as well as in a novel human ACE2 knock-in mouse model, and (iii) markedly increased replication and transmissibility in hamster and ferret models of SARS-CoV-2 infection. Collectively, our data show that while the S-614G substitution results in subtle increases in binding and replication in vitro , it provides a real competitive advantage in vivo , particularly during the transmission bottle neck, providing an explanation for the global predominance of S-614G variant among the SARS-CoV-2 viruses currently circulating.

Abstract Recently approved vaccines have already shown remarkable protection in limiting SARS-CoV-2 associated disease. However, immunologic mechanism(s) of protection, as well as how boosting alters immunity to wildtype and newly emerging strains, remain incompletely understood. Here we deeply profiled the humoral immune response in a cohort of non-human primates immunized with a stable recombinant full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein (NVX-CoV2373) at two dose levels, administered as a single or two-dose regimen with a saponin-based adjuvant Matrix-M™. While antigen dose had some effect on Fc-effector profiles, both antigen dose and boosting significantly altered overall titers, neutralization and Fc-effector profiles, driving unique vaccine-induced antibody fingerprints. Combined differences in antibody effector functions and neutralization were strongly associated with distinct levels of protection in the upper and lower respiratory tract, pointing to the presence of combined, but distinct, compartment-specific neutralization and Fc-mechanisms as key determinants of protective immunity against infection. Moreover, NVX-CoV2373 elicited antibodies functionally target emerging SARS-CoV-2 variants, collectively pointing to the critical collaborative role for Fab and Fc in driving maximal protection against SARS-CoV-2. Collectively, the data presented here suggest that a single dose may prevent disease, but that two doses may be essential to block further transmission of SARS-CoV-2 and emerging variants. Highlights NVX-CoV2373 subunit vaccine elicits receptor blocking, virus neutralizing antibodies, and Fc-effector functional antibodies. The vaccine protects against respiratory tract infection and virus shedding in non-human primates (NHPs). Both neutralizing and Fc-effector functions contribute to protection, potentially through different mechanisms in the upper and lower respiratory tract. Both macaque and human vaccine-induced antibodies exhibit altered Fc-receptor binding to emerging mutants.

ABSTRACT There is an urgent need for a safe and protective vaccine to control the global spread of SARS-CoV-2 and prevent COVID-19. Here, we report the immunogenicity and protective efficacy of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein stabilized in the prefusion conformation. Cynomolgus macaques ( Macaca fascicularis ) immunized with NVX-CoV2373 and the saponin-based Matrix-M adjuvant induced anti-S antibody that was neutralizing and blocked binding to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. Following intranasal and intratracheal challenge with SARS-CoV-2, immunized macaques were protected against upper and lower infection and pulmonary disease. These results support ongoing phase 1/2 clinical studies of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 vaccine ( NCT04368988 ). Highlights Full-length SARS-CoV-2 prefusion spike with Matrix-M1™ (NVX-CoV2373) vaccine. Induced hACE2 receptor blocking and neutralizing antibodies in macaques. Vaccine protected against SARS-CoV-2 replication in the nose and lungs. Absence of pulmonary pathology in NVX-CoV2373 vaccinated macaques.

Abstract The 2019 outbreak of a severe respiratory disease caused by an emerging coronavirus, SARS-CoV-2, has spread globally with high morbidity and mortality. Co-circulating seasonal influenza has greatly diminished recently, but expected to return with novel strains emerging, thus requiring annual strain adjustments. We have developed a recombinant hemagglutinin (HA) quadrivalent nanoparticle influenza vaccine (qNIV) produced using an established recombinant insect cell expression system to produce nanoparticles. Influenza qNIV adjuvanted with Matrix-M was well-tolerated and induced robust antibody and cellular responses, notably against both homologous and drifted A/H3N2 viruses in Phase 1, 2, and 3 trials. We also developed a full-length SARS-CoV-2 spike protein vaccine which is stable in the prefusion conformation (NVX-CoV2373) using the same platform technology. In phase 3 clinical trials, NVX-CoV2373 is highly immunogenic and protective against the prototype strain and B.1.1.7 variant. Here we describe the immunogenicity and efficacy of a combination quadrivalent seasonal flu and COVID-19 vaccine (qNIV/CoV2373) in ferret and hamster models. The combination qNIV/CoV2373 vaccine produces high titer influenza hemagglutination inhibiting (HAI) and neutralizing antibodies against influenza A and B strains. The combination vaccine also elicited antibodies that block SARS-CoV-2 spike protein binding to the human angiotensin converting enzyme-2 (hACE2) receptor. Significantly, hamsters immunized with qNIV/CoV2373 vaccine and challenged with SARS-CoV-2 were protected against weight loss and were free of replicating SARS-CoV-2 in the upper and lower respiratory tract with no evidence of viral pneumonia. This study supports evaluation of qNIV/CoV2373 combination vaccine as a preventive measure for seasonal influenza and CoVID-19. Highlights Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced protective hemagglutination inhibition (HAI) responses to seasonal influenza A and B unchanged when formulated with recombinant spike. Combination qNIV/CoV2373 vaccine maintained clinical and virologic protection against experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine showed no clinical or histological sign of enhanced disease following experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced antibodies against SARS-CoV-2 neutralizing epitopes common between US-WA and B.1.352 variant.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to spread globally. As SARS-CoV-2 has transmitted from person to person, variant viruses have emerged with elevated transmission rates and higher risk of infection for vaccinees. We present data showing that a recombinant prefusion-stabilized Spike (rS) protein based on the B.1.351 sequence (rS-B.1.351) was highly immunogenic in mice and produced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2/WA1, B.1.1.7, and B.1.351. Mice vaccinated with our prototype vaccine NVX-CoV2373 (rS-WU1) or rS-B.1.351 alone, in combination, or as a heterologous prime boost, were protected when challenged with live SARS-CoV-2/B.1.1.7 or SARS-CoV-2/B.1.351. Virus titer was reduced to undetectable levels in the lungs post-challenge in all vaccinated mice, and Th1-skewed cellular responses were observed. A strong anamnestic response was demonstrated in baboons boosted with rS-B.1.351 approximately one year after immunization with NVX-CoV2373 (rS-WU1). An rS-B.1.351 vaccine alone or in combination with prototype rS-WU1 induced protective antibody- and cell-mediated responses that were protective against challenge with SARS-CoV-2 variant viruses.

Introductory The evolution of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has resulted in the emergence of many new variant lineages that have exacerbated the COVID-19 pandemic. Some of those variants were designated as variants of concern/interest (VOC/VOI) by national or international authorities based on many factors including their potential impact on vaccines. To ascertain and rank the risk of VOCs and VOIs, we analyzed their ability to escape from vaccine-induced antibodies. The variants showed differential reductions in neutralization and replication titers by post-vaccination sera. Although the Omicron variant showed the most escape from neutralization, sera collected after a third dose of vaccine (booster sera) retained moderate neutralizing activity against that variant. Therefore, vaccination remains the most effective strategy to combat the COVID-19 pandemic.