Coronavirus disease-19 (COVID-19) emerged in November, 2019 in China and rapidly became pandemic. As with other coronaviruses, a preponderance of evidence suggests the virus originated in horseshoe bats (Rhinolophus spp.) and likely underwent a recombination event in an intermediate host prior to entry into human populations. A significant concern is that SARS-CoV-2 could become established in secondary reservoir hosts outside of Asia. To assess this potential, we challenged deer mice (Peromyscus maniculatus) with SARS-CoV-2 and found robust virus replication in the upper respiratory tract, lungs and intestines, with detectable viral RNA for up to 21 days in oral swabs and 14 days in lungs. Virus entry into the brain also occurred, likely via gustatory-olfactory-trigeminal pathway with eventual compromise to the blood brain barrier. Despite this, no conspicuous signs of disease were observed and no deer mice succumbed to infection. Expression of several innate immune response genes were elevated in the lungs, notably IFNα, Cxcl10, Oas2, Tbk1 and Pycard. Elevated CD4 and CD8β expression in the lungs was concomitant with Tbx21, IFNγ and IL-21 expression, suggesting a type I inflammatory immune response. Contact transmission occurred from infected to naive deer mice through two passages, showing sustained natural transmission. In the second deer mouse passage, an insertion of 4 amino acids occurred to fixation in the N-terminal domain of the spike protein that is predicted to form a solvent-accessible loop. Subsequent examination of the source virus from BEI Resources indicated the mutation was present at very low levels, demonstrating potent purifying selection for the insert during in vivo passage. Collectively, this work has determined that deer mice are a suitable animal model for the study of SARS-CoV-2 pathogenesis, and that they have the potential to serve as secondary reservoir hosts that could lead to periodic outbreaks of COVID-19 in North America.

Abstract Jamaican fruit bats ( Artibeus jamaicensis ) naturally harbor a wide range of viruses of human relevance. These infections are typically mild in bats, suggesting unique features of their immune system. To better understand the immune response to viral infections in bats, we infected male Jamaican fruit bats with the bat-derived influenza A virus (IAV) H18N11. Using comparative single-cell RNA sequencing, we generated single-cell atlases of the Jamaican fruit bat intestine and mesentery. Gene expression profiling showed that H18N11 infection resulted in a moderate induction of interferon-stimulated genes and transcriptional activation of immune cells. H18N11 infection was predominant in various leukocytes, including macrophages, B cells, and NK/T cells. Confirming these findings, human leukocytes, particularly macrophages, were also susceptible to H18N11, highlighting the zoonotic potential of this bat-derived IAV. Our study provides insight into a natural virus-host relationship and thus serves as a fundamental resource for future in-depth characterization of bat immunology.

Abstract Insectivorous Old World horseshoe bats ( Rhinolophus spp.) are the likely source of the ancestral SARS-CoV-2 prior to its spillover into humans and causing the COVID-19 pandemic. Natural coronavirus infections of bats appear to be principally confined to the intestines, suggesting fecal-oral transmission; however, little is known about the biology of SARS-related coronaviruses in bats. Previous experimental challenges of Egyptian fruit bats ( Rousettus aegyptiacus ) resulted in limited infection restricted to the respiratory tract, whereas insectivorous North American big brown bats ( Eptesicus fuscus ) showed no evidence of infection. In the present study, we challenged Jamaican fruit bats ( Artibeus jamaicensis ) with SARS-CoV-2 to determine their susceptibility. Infection was confined to the intestine for only a few days with prominent viral nucleocapsid antigen in epithelial cells, and mononuclear cells of the lamina propria and Peyer’s patches, but with no evidence of infection of other tissues; none of the bats showed visible signs of disease or seroconverted. Expression levels of ACE2 were low in the lungs, which may account for the lack of pulmonary infection. Bats were then intranasally inoculated with a replication-defective adenovirus encoding human ACE2 and 5 days later challenged with SARS-CoV-2. Viral antigen was prominent in lungs for up to 14 days, with loss of pulmonary cellularity during this time; however, the bats did not exhibit weight loss or visible signs of disease. From day 7, bats had low to moderate IgG antibody titers to spike protein by ELISA, and one bat on day 10 had low-titer neutralizing antibodies. CD4 + helper T cells became activated upon ex vivo recall stimulation with SARS-CoV-2 nucleocapsid peptide library and exhibited elevated mRNA expression of the regulatory T cell cytokines interleukin-10 and transforming growth factor-β, which may have limited inflammatory pathology. Collectively, these data show that Jamaican fruit bats are poorly susceptibility to SARS-CoV-2 but that expression of human ACE2 in their lungs leads to robust infection and an adaptive immune response with low-titer antibodies and a regulatory T cell-like response that may explain the lack of prominent inflammation in the lungs. This model will allow for insight of how SARS-CoV-2 infects bats and how bat innate and adaptive immune responses engage the virus without overt clinical disease. Author Summary Bats are reservoir hosts of many viruses that infect humans, yet little is known about how they host these viruses, principally because of a lack of relevant and susceptible bat experimental infection models. Although SARS-CoV-2 originated in bats, no robust infection models of bats have been established. We determined that Jamaican fruit bats are poorly susceptible to SARS-CoV-2; however, their lungs can be transduced with human ACE2, which renders them susceptible to SARS-CoV-2. Despite robust infection of the lungs and diminishment of pulmonary cellularity, the bats showed no overt signs of disease and cleared the infection after two weeks. Despite clearance of infection, only low-titer antibody responses occurred and only a single bat made neutralizing antibody. Assessment of the CD4 + helper T cell response showed that activated cells expressed the regulatory T cell cytokines IL-10 and TGFβ that may have tempered pulmonary inflammation.

Bats are natural reservoir hosts of many important zoonotic viruses but because there are few immunological reagents and breeding colonies available for infectious disease research, little is known about their immune responses to infection. We established a breeding colony Jamaican fruit bats (