Coronavirus in nonhuman primates We urgently need vaccines and drug treatments for coronavirus disease 2019 (COVID-19). Even under these extreme circumstances, we must have animal models for rigorous testing of new strategies. Rockx et al. have undertaken a comparative study of three human coronaviruses in cynomolgus macaques: severe acute respiratory syndrome–coronavirus (SARS-CoV) (2002), Middle East respiratory syndrome (MERS)–CoV (2012), and SARS-CoV-2 (2019), which causes COVID-19 (see the Perspective by Lakdawala and Menachery). The most recent coronavirus has a distinct tropism for the nasal mucosa but is also found in the intestinal tract. Although none of the older macaques showed the severe symptoms that humans do, the lung pathology observed was similar. Like humans, the animals shed virus for prolonged periods from their upper respiratory tracts, and like influenza but unlike the 2002 SARS-CoV, this shedding peaked early in infection. It is this cryptic virus shedding that makes case detection difficult and can jeopardize the effectiveness of isolation. Science , this issue p. 1012 ; see also p. 942

Six extant species of non-human great apes are currently recognized: Sumatran and Bornean orangutans, eastern and western gorillas, and chimpanzees and bonobos [1]. However, large gaps remain in our knowledge of fine-scale variation in hominoid morphology, behavior, and genetics, and aspects of great ape taxonomy remain in flux. This is particularly true for orangutans (genus: Pongo), the only Asian great apes and phylogenetically our most distant relatives among extant hominids [1]. Designation of Bornean and Sumatran orangutans, P. pygmaeus (Linnaeus 1760) and P. abelii (Lesson 1827), as distinct species occurred in 2001 [1, 2]. Here, we show that an isolated population from Batang Toru, at the southernmost range limit of extant Sumatran orangutans south of Lake Toba, is distinct from other northern Sumatran and Bornean populations. By comparing cranio-mandibular and dental characters of an orangutan killed in a human-animal conflict to those of 33 adult male orangutans of a similar developmental stage, we found consistent differences between the Batang Toru individual and other extant Ponginae. Our analyses of 37 orangutan genomes provided a second line of evidence. Model-based approaches revealed that the deepest split in the evolutionary history of extant orangutans occurred ∼3.38 mya between the Batang Toru population and those to the north of Lake Toba, whereas both currently recognized species separated much later, about 674 kya. Our combined analyses support a new classification of orangutans into three extant species. The new species, Pongo tapanuliensis, encompasses the Batang Toru population, of which fewer than 800 individuals survive. VIDEO ABSTRACT.

The Southeast Asian Sunda archipelago harbors a rich biodiversity with a substantial proportion of endemic species. The evolutionary history of these species has been drastically influenced by environmental forces, such as fluctuating sea levels, climatic changes, and severe volcanic activities. Orangutans (genus: Pongo), the only Asian great apes, are well suited to study the relative impact of these forces due to their well-documented behavioral ecology, strict habitat requirements, and exceptionally slow life history. We investigated the phylogeographic patterns and evolutionary history of orangutans in the light of the complex geological and climatic history of the Sunda archipelago. Our study is based on the most extensive genetic sampling to date, covering the entire range of extant orangutan populations. Using data from three mitochondrial DNA (mtDNA) genes from 112 wild orangutans, we show that Sumatran orangutans, Pongo abelii, are paraphyletic with respect to Bornean orangutans (P. pygmaeus), the only other currently recognized species within this genus. The deepest split in the mtDNA phylogeny of orangutans occurs across the Toba caldera in northern Sumatra and, not as expected, between both islands. Until the recent past, the Toba region has experienced extensive volcanic activity, which has shaped the current phylogeographic patterns. Like their Bornean counterparts, Sumatran orangutans exhibit a strong, yet previously undocumented structuring into four geographical clusters. However, with 3.50 Ma, the Sumatran haplotypes have a much older coalescence than their Bornean counterparts (178 kya). In sharp contrast to the mtDNA data, 18 Y-chromosomal polymorphisms show a much more recent coalescence within Sumatra compared with Borneo. Moreover, the deep geographic structure evident in mtDNA is not reflected in the male population history, strongly suggesting male-biased dispersal. We conclude that volcanic activities have played an important role in the evolutionary history of orangutans and potentially of many other forest-dwelling Sundaland species. Furthermore, we demonstrate that a strong sex bias in dispersal can lead to conflicting patterns in uniparentally inherited markers even at a genus-wide scale, highlighting the need for a combined usage of maternally and paternally inherited marker systems in phylogenetic studies.

Abstract SARS-CoV-2 may cause acute respiratory disease, but the infection can also initiate neurological symptoms. Here we show that SARS-CoV-2 infection causes brain inflammation in the macaque model. An increased metabolic activity in the pituitary gland of two macaques was observed by longitudinal positron emission tomography-computed tomography (PET-CT). Post-mortem analysis demonstrated infiltration of T-cells and activated microglia in the brain, and viral RNA was detected in brain tissues from one animal. We observed Lewy bodies in brains of all rhesus macaques. These data emphasize the virus’ capability to induce neuropathology in this nonhuman primate model for SARS-CoV-2 infection. As in humans, Lewy body formation is an indication for the development of Parkinson’s disease, this data represents a warning for potential long-term neurological effects after SARS-CoV-2 infection. Teaser SARS-CoV-2 causes brain inflammation and Lewy bodies, a hallmark for Parkinson, after an asymptomatic infection in macaques.

Abstract Medical imaging as method to assess the longitudinal process of a SARS-CoV-2 infection in non-human primates is commonly used in research settings. Bronchoalveolar lavage (BAL) is also regularly used to determine the local virus production and immune effects of SARS-CoV-2 in the lower respiratory tract. However, the potential interference of those two diagnostic modalities with each other is unknown in non-human primates. The current study investigated the effect and duration of BAL on computed tomography (CT) in both healthy and experimentally SARS-CoV-2-infected female rhesus macaques ( Macaca mulatta ). In addition, the effect of subsequent BALs was reviewed. Thorax CTs and BALs were obtained from four healthy animals and 11 experimentally SARS-CoV-2-infected animals. From all animals, CTs were obtained just before BAL, and 24 hours post-BAL. Additionally, from the healthy animals, CTs immediately after and four hours post-BAL were obtained. Thorax CTs were evaluated for alterations in lung density, measured in Hounsfield units, and a visual semi-quantitative scoring system. An increase in the lung density was observed on the immediately post-BAL CT but resolved within 24 hours in the healthy animals. In the infected animals, a significant difference in both the lung density and CT score was still found 24 hours after BAL. Furthermore, the differences between timepoints in CT score were increased for the second BAL. These results indicate that the effect of BAL on infected lungs is not completed within the first 24 hours. Therefore, it is of importance to acknowledge the interference between BAL and CT in rhesus macaques.

Abstract Safe and effective coronavirus disease (COVID)-19 vaccines are urgently needed to control the ongoing pandemic. While single-dose vaccine regimens would provide multiple advantages, two doses may improve the magnitude and durability of immunity and protective efficacy. We assessed one- and two-dose regimens of the Ad26.COV2.S vaccine candidate in adult and aged non-human primates (NHP). A two-dose Ad26.COV2.S regimen induced higher peak binding and neutralizing antibody responses compared to a single dose. In one-dose regimens neutralizing antibody responses were stable for at least 14 weeks, providing an early indication of durability. Ad26.COV2.S induced humoral immunity and Th1 skewed cellular responses in aged NHP that were comparable to adult animals. Importantly, aged Ad26.COV2.S-vaccinated animals challenged 3 months post -dose 1 with a SARS-CoV-2 spike G614 variant showed near complete lower and substantial upper respiratory tract protection for both regimens. These are the first NHP data showing COVID-19 vaccine protection against the SARS-CoV-2 spike G614 variant and support ongoing clinical Ad26.COV2.S development. Summary COVID-19 vaccines are urgently needed and while single-dose vaccines are preferred, two-dose regimens may improve efficacy. We show improved Ad26.COV2.S immunogenicity in non-human primates after a second vaccine dose, while both regimens protected aged animals against SARS-CoV-2 disease.

Abstract The post-acute phase of SARS-CoV-2 infection was investigated in rhesus macaques ( Macaca mulatta ) and cynomolgus macaques ( Macaca fascicularis ). During the acute phase of infection, SARS-CoV-2 was shed via nose and throat, and viral RNA was occasionally detected in feces. This phase coincided with a transient change in systemic immune activation. Even after the alleged resolution of the infection, as suggested by the absence of viral RNA in nasal and tracheal swabs, computed tomography (CT) and positron emission tomography (PET)-CT were able to reveal pulmonary lesions and activated tracheobronchial lymph nodes in all animals. Post-mortem histological examination of the lung tissue revealed mostly marginal or resolving minimal lesions that were indicative of SARS-CoV-2 infection. Evidence for SARS-CoV-2-induced histopathology was also found in extrapulmonary tissue samples, like conjunctiva, cervical and mesenteric lymph nodes. However, 5-6 weeks after SARS-CoV-2 exposure, upon necropsy, viral RNA was still detectable in a wide range of tissue samples in 50% of the macaques and included amongst others the heart, the respiratory tract and surrounding lymph nodes, salivary gland, and conjunctiva. Subgenomic messenger RNA was detected in the lungs and tracheobronchial lymph nodes, indicative of ongoing virus replication during the post-acute phase. These results could be relevant for understanding the long-term consequences of COVID-19 in humans. Author summary More than a year after the start of the pandemic, the long-term consequences of SARS-CoV-2 infection start to surface. The variety of clinical manifestations associated with post-acute COVID-19 suggests the involvement of multiple biological mechanisms. In this study, we show that rhesus and cynomolgus macaques shed virus from their respiratory tract, generate virus-specific humoral immune responses, and show signs of SARS-CoV-2-induced lung pathology. PET-CT revealed that both species showed ongoing mild to moderate pulmonary disease, even after the virus was no longer detectable in nasal and tracheal swabs. Five to six weeks after infection, necropsy confirmed minimal to mild histopathological manifestations in various tissues, like the lungs, heart, lymph nodes, and conjunctiva. We detected Viral RNA in the heart, respiratory tract, and tracheobronchial lymph nodes, and subgenomic messenger RNA in the lungs and surrounding lymph nodes, indicative of ongoing virus replication. We show widespread tissue dissemination of SARS-CoV-2 in infected macaques and the presence of replicating virus in lungs and surrounding lymph nodes after alleged convalescence of infection. This finding is intriguing in the light of long-COVID disease symptoms seen in humans as it has been hypothesized that persistent infection may contribute to this phenomenon.

A novel coronavirus, SARS-CoV-2, was recently identified in patients with an acute respiratory syndrome, COVID-19. To compare its pathogenesis with that of previously emerging coronaviruses, we inoculated cynomolgus macaques with SARS-CoV-2 or MERS-CoV and compared with historical SARS-CoV infections. In SARS-CoV-2-infected macaques, virus was excreted from nose and throat in absence of clinical signs, and detected in type I and II pneumocytes in foci of diffuse alveolar damage and mucous glands of the nasal cavity. In SARS-CoV-infection, lung lesions were typically more severe, while they were milder in MERS-CoV infection, where virus was detected mainly in type II pneumocytes. These data show that SARS-CoV-2 can cause a COVID-19-like disease, and suggest that the severity of SARS-CoV-2 infection is intermediate between that of SARS-CoV and MERS-CoV.