Emergence of SARS-CoV-2 causing COVID-19 has resulted in hundreds of thousands of deaths. In search for key targets of effective therapeutics, robust animal models mimicking COVID-19 in humans are urgently needed. Here, we show that Syrian hamsters, in contrast to mice, are highly permissive to SARS-CoV-2 and develop bronchopneumonia and strong inflammatory responses in the lungs with neutrophil infiltration and edema, further confirmed as consolidations visualized by micro-CT alike in clinical practice. Moreover, we identify an exuberant innate immune response as key player in pathogenesis, in which STAT2 signaling plays a dual role, driving severe lung injury on the one hand, yet restricting systemic virus dissemination on the other. Our results reveal the importance of STAT2-dependent interferon responses in the pathogenesis and virus control during SARS-CoV-2 infection and may help rationalizing new strategies for the treatment of COVID-19 patients.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) rapidly spread around the globe after its emergence in Wuhan in December 2019. With no specific therapeutic and prophylactic options available, the virus has infected millions of people of which more than half a million succumbed to the viral disease, COVID-19. The urgent need for an effective treatment together with a lack of small animal infection models has led to clinical trials using repurposed drugs without preclinical evidence of their in vivo efficacy. We established an infection model in Syrian hamsters to evaluate the efficacy of small molecules on both infection and transmission. Treatment of SARS-CoV-2-infected hamsters with a low dose of favipiravir or hydroxychloroquine with(out) azithromycin resulted in, respectively, a mild or no reduction in virus levels. However, high doses of favipiravir significantly reduced infectious virus titers in the lungs and markedly improved lung histopathology. Moreover, a high dose of favipiravir decreased virus transmission by direct contact, whereas hydroxychloroquine failed as prophylaxis. Pharmacokinetic modeling of hydroxychloroquine suggested that the total lung exposure to the drug did not cause the failure. Our data on hydroxychloroquine (together with previous reports in macaques and ferrets) thus provide no scientific basis for the use of this drug in COVID-19 patients. In contrast, the results with favipiravir demonstrate that an antiviral drug at nontoxic doses exhibits a marked protective effect against SARS-CoV-2 in a small animal model. Clinical studies are required to assess whether a similar antiviral effect is achievable in humans without toxic effects.

Introductory paragraph Since the emergence of SARS-CoV-2 causing COVID-19, the world is being shaken to its core with numerous hospitalizations and hundreds of thousands of deaths. In search for key targets of effective therapeutics, robust animal models mimicking COVID-19 in humans are urgently needed. Here, we show that productive SARS-CoV-2 infection in the lungs of mice is limited and restricted by early type I interferon responses. In contrast, we show that Syrian hamsters are highly permissive to SARS- CoV-2 and develop bronchopneumonia and a strong inflammatory response in the lungs with neutrophil infiltration and edema. Moreover, we identify an exuberant innate immune response as a key player in pathogenesis, in which STAT2 signaling plays a dual role, driving severe lung injury on the one hand, yet restricting systemic virus dissemination on the other. Finally, we assess SARS-CoV- 2-induced lung pathology in hamsters by micro-CT alike used in clinical practice. Our results reveal the importance of STAT2-dependent interferon responses in the pathogenesis and virus control during SARS-CoV-2 infection and may help rationalizing new strategies for the treatment of COVID-19 patients.

Abstract Favipiravir and Molnupiravir, orally available antivirals, have been reported to exert antiviral activity against SARS-CoV2. In recent days preliminary efficacy data have been reported in COVID-19 patients. We here studied the combined antiviral effect of the drugs in the SARS-CoV2 hamster infection model. We first demonstrate that Molnupiravir can reduce infectious virus titers in lungs of infected animals in a dose-dependent manner by up to 3.5 log 10 which is associated with a marked improvement of virus-induced lung pathology. When animals are treated with a combination of suboptimal doses of Molnupiravir and Favipiravir (that each alone result in respectively a 1.3 log 10 and 1.1 log 10 reduction of infectious virus titers in the lungs), a marked combined potency is observed. Infectious virus titers in the lungs of animals treated with the combo are on average reduced by 4.5 log 10 and infectious virus are no longer detected in the lungs of 60% of treated infected animals. Both drugs result in an increased mutation frequency of the remaining viral RNA recovered from the lungs. In the combo-treated hamsters an increased frequency of C-to-T and G-to-A mutations in the viral RNA is observed as compared to the single treatment groups which may explain the pronounced antiviral potency of the combination. Our findings may lay the basis for the design of clinical studies to test the efficacy of the combination of Molnupiravir and Favipiravir in the treatment of COVID-19.

Abstract In response to the ongoing COVID-19 pandemic, repurposing of drugs for the treatment of SARS-CoV-2 infections is being explored. The HIV protease inhibitor Nelfinavir, widely prescribed in combination with other HIV inhibitors, has been shown to inhibit in vitro SARS-CoV-2 replication. We here report on the effect of Nelfinavir in the Syrian hamster SARS-CoV-2 infection model. Although treatment of infected hamsters with either 15 or 50 mg/kg BID Nelfinavir [for four consecutive days, initiated on the day of infection] does not reduce viral RNA loads nor infectious virus titres in the lungs compared to the vehicle control, the drug reduced virus-induced lung pathology to nearly the baseline scores of healthy animals. A substantial interstitial infiltration of neutrophils is observed in the lungs of treated (both infected and uninfected) animals. The protective effect of Nelfinavir on SARS-CoV-2-induced lung pathology (at doses that are well tolerated and that result in exposures nearing those observed in HIV-infected patients) may lay the foundation for clinical studies with this widely used drug.

In the search for natural reservoirs of hepatitis C virus (HCV), a broad diversity of non-human viruses within the Hepacivirus genus has been uncovered. However, the evolutionary dynamics that shaped the diversity and timescale of hepaciviruses evolution remain elusive. To gain further insights into the origins and evolution of this genus, we screened a large dataset of wild mammal samples (n = 1,672) from Africa and Asia, and generated 34 full-length hepacivirus genomes. Phylogenetic analysis of these data together with publicly available genomes emphasizes the importance of rodents as hepacivirus hosts and we identify 13 rodent species and 3 rodent genera (in Cricetidae and Muridae families) as novel hosts of hepaciviruses. Through co-phylogenetic analyses, we demonstrate that hepacivirus diversity has been affected by cross-species transmission events against the backdrop of detectable signal of virus-host co-divergence in the deep evolutionary history. Using a Bayesian phylogenetic multidimensional scaling approach, we explore the extent to which host relatedness and geographic distances have structured present-day hepacivirus diversity. Our results provide evidence for a substantial structuring of mammalian hepacivirus diversity by host as well as geography, with a somewhat more irregular diffusion process in geographic space. Finally, using a mechanistic model that accounts for substitution saturation, we provide the first formal estimates of the timescale of hepacivirus evolution and estimate the origin of the genus to be about 22 million years ago. Our results offer a comprehensive overview of the micro- and macroevolutionary processes that have shaped hepacivirus diversity and enhance our understanding of the long-term evolution of the Hepacivirus genus.

Abstract The subfamily Orthoparamyxovirinae is a group of single-stranded, negative-sense RNA viruses that contains many human, animal and zoonotic pathogens. While there are currently only 34 recognized member species in this subfamily, recent research has revealed that much of its diversity remains to be characterized. Using a newly developed nested PCR-based screening assay, we report here the discovery of fifteen orthoparamyxoviruses in rodents and shrews from Belgium and Guinea, thirteen of which are believed to represent new species. Using nanopore sequencing, complete genomes could be determined for almost all of these viruses, enabling a detailed evaluation of their genome characteristics. While most viruses are thought to belong to the rapidly expanding genus Jeilongvirus , we also identify novel members of the genera Narmovirus, Henipavirus and Morbillivirus . Together with other recently discovered orthoparamyxoviruses, both the henipaviruses and the morbillivirus discovered here appear to form distinct rodent-/shrew-borne clades within their respective genera, clustering separately from all currently classified member species. In the case of the henipaviruses, a comparison of the different members of this clade revealed the presence of a secondary conserved open reading frame, encoding for a transmembrane protein, within the F gene, the biological relevance of which remains to be established. While the characteristics of the viruses described here shed further light on the complex evolutionary origin of paramyxoviruses, they also illustrate that the diversity of this group of viruses in terms of genome organization appears to be much larger than previously assumed. Data availability The genome sequences generated in this study have been submitted to GenBank (accession numbers OK623353 - OK623368 ).

Abstract SARS-CoV-2 rapidly spread around the globe after its emergence in Wuhan in December 2019. With no specific therapeutic and prophylactic options available, the virus was able to infect millions of people. To date, close to half a million patients succumbed to the viral disease, COVID-19. The high need for treatment options, together with the lack of small animal models of infection has led to clinical trials with repurposed drugs before any preclinical in vivo evidence attesting their efficacy was available. We used Syrian hamsters to establish a model to evaluate antiviral activity of small molecules in both an infection and a transmission setting. Upon intranasal infection, the animals developed high titers of SARS-CoV-2 in the lungs and pathology similar to that observed in mild COVID-19 patients. Treatment of SARS-CoV-2-infected hamsters with favipiravir or hydroxychloroquine (with and without azithromycin) resulted in respectively a mild or no reduction in viral RNA and infectious virus. Micro-CT scan analysis of the lungs showed no improvement compared to non-treated animals, which was confirmed by histopathology. In addition, both compounds did not prevent virus transmission through direct contact and thus failed as prophylactic treatments. By modelling the PK profile of hydroxychloroquine based on the trough plasma concentrations, we show that the total lung exposure to the drug was not the limiting factor. In conclusion, we here characterized a hamster infection and transmission model to be a robust model for studying in vivo efficacy of antiviral compounds. The information acquired using hydroxychloroquine and favipiravir in this model is of critical value to those designing (current and) future clinical trials. At this point, the data here presented on hydroxychloroquine either alone or combined with azithromycin (together with previously reported in vivo data in macaques and ferrets) provide no scientific basis for further use of the drug in humans.

Abstract Recent metagenomics studies have revealed several tick species to host a variety of previously undiscovered RNA viruses. Ixodes ricinus , which is known to be a vector for many viral, bacterial and protozoan pathogens, is the most prevalent tick species in Europe. For this study, we decided to investigate the virosphere of Belgian I. ricinus ticks. High-throughput sequencing of tick pools collected from six different sampling sites revealed the presence of viruses belonging to many different viral orders and families, including Mononegavirales, Bunyavirales, Partitiviridae and Reoviridae . Of particular interest was the detection of several new reoviruses, two of which cluster together with members of the genus Coltivirus . This includes a new strain of Eyach virus, a known causative agent of tick-borne encephalitis. All genome segments of this new strain are highly similar to those of previously published Eyach virus genomes, except for the fourth segment, encoding VP4, which is markedly more dissimilar, potentially indicating the occurrence of a genetic reassortment. Further PCR-based screening of over 230 tick pools for 14 selected viruses showed that most viruses could be found in all six sampling sites, indicating the wide spread of these viruses throughout the Belgian tick population. Taken together, these results illustrate the role of ticks as important virus reservoirs, highlighting the need for adequate tick control measures.