Abstract In late 2021, the SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant of concern (VoC) was reported with many mutations in the viral spike protein that were predicted to enhance transmissibility and allow viral escape of neutralizing antibodies. Within weeks of the first report of B.1.1.529, this VoC has rapidly spread throughout the world, replacing previously circulating strains of SARS-CoV-2 and leading to a resurgence in COVID-19 cases even in populations with high levels of vaccine- and infection-induced immunity. Initial studies have shown that B.1.1.529 is less sensitive to protective antibody conferred by previous infections and vaccines developed against earlier lineages of SARS-CoV-2. The ability of B.1.1.529 to spread even among vaccinated populations has led to a global public health demand for updated vaccines that can confer protection against B.1.1.529. We report here the rapid development of a replicating RNA vaccine expressing the B.1.1.529 spike and show that this B.1.1.529-targeted vaccine is immunogenic in mice and hamsters. Interestingly, we found that mice previously immunized with A.1-specific vaccines failed to elevate neutralizing antibody titers against B.1.1.529 following B.1.1.529-targeted boosting, suggesting pre-existing immunity may impact the efficacy of B.1.1.529-targeted boosters. Furthermore, we found that our B.1.1.529-targeted vaccine provides superior protection compared to the ancestral A.1-targeted vaccine in hamsters challenged with the B.1.1.529 VoC after a single dose of each vaccine. One Sentence Summary Rapidly developed RNA vaccine protects against SARS-CoV-2 Omicron variant

Severe COVID-19 has been associated with T cell lymphopenia 1,2, but no causal effect of T cell deficiency on disease severity has been established. To investigate the specific role of T cells in recovery from SARS-CoV-2 infections we studied rhesus macaques that were depleted of either CD4+, CD8+ or both T cell subsets prior to infection. Peak virus loads were similar in all groups, but the resolution of virus in the T cell-depleted animals was slightly delayed compared to controls. The T cell-depleted groups developed virus-neutralizing antibody responses and also class-switched to IgG. When re-infected six weeks later, the T cell-depleted animals showed anamnestic immune responses characterized by rapid induction of high-titer virus-neutralizing antibodies, faster control of virus loads and reduced clinical signs. These results indicate that while T cells play a role in the recovery of rhesus macaques from acute SARS-CoV-2 infections, their depletion does not induce severe disease, and T cells do not account for the natural resistance of rhesus macaques to severe COVID-19. Neither primed CD4+ or CD8+ T cells appeared critical for immunoglobulin class switching, the development of immunological memory or protection from a second infection.

SARS-CoV-2 is the causative agent of COVID-19 and a pathogen of immense global public health importance. Development of innovative direct-acting antiviral agents is sorely needed to address this virus. Peptide-conjugated morpholino oligomers (PPMO) are antisense agents composed of a phosphordiamidate morpholino oligomer covalently conjugated to a cell-penetrating peptide. PPMO require no delivery assistance to enter cells and are able to reduce expression of targeted RNA through sequence-specific steric blocking.Five PPMO designed against sequences of genomic RNA in the SARS-CoV-2 5'-untranslated region and a negative control PPMO of random sequence were synthesized. Each PPMO was evaluated for its effect on the viability of uninfected cells and its inhibitory effect on the replication of SARS-CoV-2 in Vero-E6 cell cultures. Cell viability was evaluated with an ATP-based method and viral growth was measured with quantitative RT-PCR and TCID 50 infectivity assays.PPMO designed to base-pair with sequence in the 5'-terminal region or the leader transcription regulatory sequence-region of SARS-CoV-2 genomic RNA were highly efficacious, reducing viral titers by up to 4-6 log10 in cell cultures at 48-72 hours post-infection, in a non-toxic and dose-responsive manner.The data indicate that PPMO have the ability to potently and specifically suppress SARS-CoV-2 growth and are promising candidates for further pre-clinical development.

Macaques are a commonly used model for studying immunity to human viruses, including for studies of SARS-CoV-2 infection and vaccination. However, it is unknown whether macaque antibody responses recapitulate, and thus appropriately model, the response in humans. To answer this question, we employed a phage-based deep mutational scanning approach (Phage-DMS) to compare which linear epitopes are targeted on the SARS-CoV-2 Spike protein in humans and macaques following either vaccination or infection. We also used Phage-DMS to determine antibody escape pathways within each epitope, enabling a granular comparison of antibody binding specificities at the locus level. Overall, we identified some common epitope targets in both macaques and humans, including in the fusion peptide (FP) and stem helix-heptad repeat 2 (SH-H) regions. Differences between groups included a response to epitopes in the N-terminal domain (NTD) and C-terminal domain (CTD) in vaccinated humans but not vaccinated macaques, as well as recognition of a CTD epitope and epitopes flanking the FP in convalescent macaques but not convalescent humans. There was also considerable variability in the escape pathways among individuals within each group. Sera from convalescent macaques showed the least variability in escape overall and converged on a common response with vaccinated humans in the SH-H epitope region, suggesting highly similar antibodies were elicited. Collectively, these findings suggest that the antibody response to SARS-CoV-2 in macaques shares many features with humans, but with substantial differences in the recognition of certain epitopes and considerable individual variability in antibody escape profiles, suggesting a diverse repertoire of antibodies that can respond to major epitopes in both humans and macaques.

The global SARS-CoV-2 pandemic prompted rapid development of COVID-19 vaccines. Although several vaccines have received emergency approval through various public health agencies, the SARS-CoV-2 pandemic continues. Emergent variants of concern, waning immunity in the vaccinated, evidence that vaccines may not prevent transmission and inequity in vaccine distribution have driven continued development of vaccines against SARS-CoV-2 to address these public health needs. In this report, we evaluated a novel self-amplifying replicon RNA vaccine against SARS-CoV-2 in a pigtail macaque model of COVID-19 disease. We found that this vaccine elicited strong binding and neutralizing antibody responses. While binding antibody responses were sustained, neutralizing antibody waned to undetectable levels after six months but were rapidly recalled and conferred protection from disease when the animals were challenged 7 months after vaccination as evident by reduced viral replication and pathology in the lower respiratory tract, reduced viral shedding in the nasal cavity and lower concentrations of pro-inflammatory cytokines in the lung. Cumulatively, our data demonstrate in pigtail macaques that a self-amplifying replicon RNA vaccine can elicit durable and protective immunity to SARS-CoV-2 infection. Furthermore, these data provide evidence that this vaccine can provide durable protective efficacy and reduce viral shedding even after neutralizing antibody responses have waned to undetectable levels.

Abstract Crimean-Congo hemorrhagic fever (CCHF) is a severe tick-borne febrile illness with wide geographic distribution. CCHF is caused by infection with the Crimean-Congo hemorrhagic fever virus (CCHFV) and case fatality rates can be as high as 30%. Despite causing severe disease in humans, our understanding of the host and viral determinants of CCHFV pathogenesis are limited. A major limitation in the investigation of CCHF has been the lack of suitable small animal models. Wild-type mice are resistant to clinical isolates of CCHFV and consequently, mice must be deficient in type I interferon responses to study the more severe aspects of CCHFV. We report here a mouse-adapted variant of CCHFV that recapitulates in adult, immunocompetent mice the severe CCHF observed in humans. This mouse-adapted variant of CCHFV significantly improves our ability to study host and viral determinants of CCHFV-induced disease in a highly tractable mouse model.

Abstract Despite mass public health efforts, the SARS-CoV2 pandemic continues as of late-2021 with resurgent case numbers in many parts of the world. The emergence of SARS-CoV2 variants of concern (VoC) and evidence that existing vaccines that were designed to protect from the original strains of SARS-CoV-2 may have reduced potency for protection from infection against these VoC is driving continued development of second generation vaccines that can protect against multiple VoC. In this report, we evaluated an alphavirus-based replicating RNA vaccine expressing Spike proteins from the original SARS-CoV-2 Alpha strain and recent VoCs delivered in vivo via a lipid inorganic nanoparticle. Vaccination of both mice and Syrian Golden hamsters showed that vaccination induced potent neutralizing titers against each homologous VoC but reduced neutralization against heterologous challenges. Vaccinated hamsters challenged with homologous SARS-CoV2 variants exhibited complete protection from infection. In addition, vaccinated hamsters challenged with heterologous SARS-CoV-2 variants exhibited significantly reduced shedding of infectious virus. Our data demonstrate that this vaccine platform elicits significant protective immunity against SARS-CoV2 variants and supports continued development of this platform.

We previously reported that deletion of a 44-nucleotide element in the 3′ untranslated region (UTR) of the Chikungunya virus (CHIKV) genome enhances the virulence of CHIKV infection in mice. Here, we find that while this 44-nucleotide deletion enhances CHIKV fitness in murine embryonic fibroblasts in a manner independent of the type I interferon response, the same mutation decreases viral fitness in C6/36 mosquito cells. Further, the fitness advantage conferred by the UTR deletion in mammalian cells is maintained in vivo in a mouse model of CHIKV dissemination. Finally, SHAPE-MaP analysis of the CHIKV 3′ UTR revealed this 44-nucleotide element forms a distinctive two-stem-loop structure that is ablated in the mutant 3′ UTR without altering additional 3′ UTR RNA secondary structures.

The recent emergence and rapid response to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 was enabled by prototype pathogen and vaccine platform approaches, driven by the preemptive application of RNA vaccine technology to the related Middle East respiratory syndrome coronavirus. Recently, the National Institutes of Allergy and Infectious Diseases identified nine virus families of concern, eight enveloped virus families and one nonenveloped virus family, for which vaccine generation is a priority. Although RNA vaccines have been described for a variety of enveloped viruses, a roadmap for their use against nonenveloped viruses is lacking. Enterovirus D68 was recently designated a prototype pathogen within the family Picornaviridae of nonenveloped viruses because of its rapid evolution and respiratory route of transmission, coupled with a lack of diverse anti-enterovirus vaccine approaches in development. Here, we describe a proof-of-concept approach using a clinical stage RNA vaccine platform that induced robust enterovirus D68–neutralizing antibody responses in mice and nonhuman primates and prevented upper and lower respiratory tract infections and neurological disease in mice. In addition, we used our platform to rapidly characterize the antigenic diversity within the six genotypes of enterovirus D68, providing the necessary data to inform multivalent vaccine compositions that can elicit optimal breadth of neutralizing responses. These results demonstrate that RNA vaccines can be used as tools in our pandemic-preparedness toolbox for nonenveloped viruses.

We remain largely without effective prophylactic/therapeutic interventions for COVID-19. Although many human clinical trials are ongoing, there remains a deficiency of supportive preclinical drug efficacy studies. Here we assessed the prophylactic/therapeutic efficacy of hydroxychloroquine (HCQ), a drug of interest for COVID-19 management, in two animal models. When used for prophylaxis or treatment neither the standard human malaria dose (6.5 mg/kg) nor a high dose (50 mg/kg) of HCQ had any beneficial effect on clinical disease or SARS-CoV-2 kinetics (replication/shedding) in the Syrian hamster disease model. Similarly, HCQ prophylaxis/treatment (6.5 mg/kg) did not significantly benefit clinical outcome nor reduce SARS-CoV-2 replication/shedding in the upper and lower respiratory tract in the rhesus macaque disease model. In conclusion, our preclinical animal studies do not support the use of HCQ in prophylaxis/treatment of COVID-19. One Sentence Summary Hydroxychloroquine prophylaxis/treatment showed no beneficial effect in SARS-CoV-2 hamster and macaque disease models.