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 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 The potential for future coronavirus outbreaks highlights the need to develop strategies and tools to broadly target this group of pathogens. Here, using an epitope-agnostic approach, we identified six monoclonal antibodies that bound to spike proteins from all seven human-infecting coronaviruses. Epitope mapping revealed that all six antibodies target the conserved fusion peptide region adjacent to the S2’ cleavage site. Two antibodies, COV44-62 and COV44-79, broadly neutralize a range of alpha and beta coronaviruses, including SARS-CoV-2 Omicron subvariants BA.1 and BA.2, albeit with lower potency than RBD-specific antibodies. In crystal structures of Fabs COV44-62 and COV44-79 with the SARS-CoV-2 fusion peptide, the fusion peptide epitope adopts a helical structure and includes the arginine at the S2’ cleavage site. Importantly, COV44-79 limited disease caused by SARS-CoV-2 in a Syrian hamster model. These findings identify the fusion peptide as the target of the broadest neutralizing antibodies in an epitope-agnostic screen, highlighting this site as a candidate for next-generation coronavirus vaccine development. One-Sentence Summary Rare monoclonal antibodies from COVID-19 convalescent individuals broadly neutralize coronaviruses by targeting the fusion peptide.

mRNA-1273 vaccine efficacy against SARS-CoV-2 Delta wanes over time; however, there are limited data on the impact of durability of immune responses on protection. We immunized rhesus macaques at weeks 0 and 4 and assessed immune responses over one year in blood, upper and lower airways. Serum neutralizing titers to Delta were 280 and 34 reciprocal ID 50 at weeks 6 (peak) and 48 (challenge), respectively. Antibody binding titers also decreased in bronchoalveolar lavage (BAL). Four days after challenge, virus was unculturable in BAL and subgenomic RNA declined ∼3-log 10 compared to control animals. In nasal swabs, sgRNA declined 1-log 10 and virus remained culturable. Anamnestic antibody responses (590-fold increase) but not T cell responses were detected in BAL by day 4 post-challenge. mRNA-1273-mediated protection in the lungs is durable but delayed and potentially dependent on anamnestic antibody responses. Rapid and sustained protection in upper and lower airways may eventually require a boost.

Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) is the most advanced blood-stage malaria vaccine candidate and is being evaluated for efficacy in endemic regions, emphasizing the need to study the underlying antibody response to RH5 during natural infection, which could augment or counteract responses to vaccination. Here, we found that RH5-reactive B cells were rare, and circulating immunoglobulin G (IgG) responses to RH5 were short-lived in malaria-exposed Malian individuals, despite repeated infections over multiple years. RH5-specific monoclonal antibodies isolated from eight malaria-exposed individuals mostly targeted non-neutralizing epitopes, in contrast to antibodies isolated from five RH5-vaccinated, malaria-naive UK individuals. However, MAD8–151 and MAD8–502, isolated from two malaria-exposed Malian individuals, were among the most potent neutralizers out of 186 antibodies from both cohorts and targeted the same epitopes as the most potent vaccine-induced antibodies. These results suggest that natural malaria infection may boost RH5-vaccine-induced responses and provide a clear strategy for the development of next-generation RH5 vaccines.

Plasmodium falciparum RH5 is the most advanced blood-stage malaria vaccine candidate and is under evaluation for efficacy in endemic regions, emphasizing the need to study the underlying antibody response to RH5 during natural infection. Here, we found that RH5-reactive B cells were rare in malaria-exposed individuals despite repeated infections over multiple years. RH5-specific monoclonal antibodies isolated from these individuals were extensively mutated but mostly targeted non-neutralizing epitopes, in contrast to antibodies from RH5-vaccinated, malaria-naive individuals. However, infection-derived MAD8-151 and MAD8-502 were among the most potent neutralizers out of 186 antibodies isolated from both cohorts and target the same epitopes as the most effective vaccine-induced antibodies. Binding to basigin receptor-proximal epitopes was the primary factor governing the potency of RH5-specific antibodies from both natural infection and vaccination, followed by the strength of binding. These results indicate a clear strategy for the development of next-generation RH5 vaccines for use in malaria-endemic regions.

The most advanced monoclonal antibodies (mAbs) and vaccines against malaria target the central repeat region or closely related sequences within the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (PfCSP). Here, using an antigen-agnostic strategy to investigate human antibody responses to whole sporozoites, we identified a class of mAbs that target a cryptic PfCSP epitope that is only exposed after cleavage and subsequent pyroglutamylation (pGlu) of the newly formed N terminus. This pGlu-CSP epitope is not targeted by current anti-PfCSP mAbs and is not included in the licensed malaria vaccines. MAD21-101, the most potent mAb in this class, confers sterile protection against Pf infection in a human liver–chimeric mouse model. These findings reveal a site of vulnerability on the sporozoite surface that can be targeted by next-generation antimalarial interventions.