African green monkeys (AGMs) infected with the AGM type of SIV (SIVagm) do not develop chronic immune activation and AIDS, despite viral loads similar to those detected in humans infected with HIV-1 and rhesus macaques (RMs) infected with the RM type of SIV (SIVmac). Because chronic immune activation drives progressive CD4+ T cell depletion and immune cell dysfunctions, factors that characterize disease progression, we sought to understand the molecular basis of this AGM phenotype. To this end, we longitudinally assessed the gene expression profiles of blood- and lymph node-derived CD4+ cells from AGMs and RMs in response to SIVagm and SIVmac infection, respectively, using a genomic microarray platform. The molecular signature of acute infection was characterized, in both species, by strong upregulation of type I IFN-stimulated genes (ISGs). ISG expression returned to basal levels after postinfection day 28 in AGMs but was sustained in RMs, especially in the lymph node-derived cells. We also found that SIVagm induced IFN-alpha production by AGM cells in vitro and that low IFN-alpha levels were sufficient to induce strong ISG responses. In conclusion, SIV infection triggered a rapid and strong IFN-alpha response in vivo in both AGMs and RMs, with this response being efficiently controlled only in AGMs, possibly as a result of active regulatory mechanisms.

Background & Aims

 Direct-acting antiviral agents suppress hepatitis B virus (HBV) load, but they require life-long use. Stimulation of the innate immune system could increase its ability to control the virus and have long-lasting effects after a finite regimen. We investigated the effects of immune activation with GS-9620—a potent and selective orally active small molecule agonist of Toll-like receptor 7—in chimpanzees with chronic HBV infection. 

Methods

 GS-9620 was administered to chimpanzees every other day (3 times each week) for 4 weeks at 1 mg/kg and, after a 1-week rest, for 4 weeks at 2 mg/kg. We measured viral load in plasma and liver samples, the pharmacokinetics of GS-9620, and the following pharmacodynamics parameters: interferon-stimulated gene expression, cytokine and chemokine levels, lymphocyte and natural killer cell activation, and viral antigen expression. Clinical pathology parameters were monitored to determine the safety and tolerability of GS-9620. 

Results

 Short-term oral administration of GS-9620 provided long-term suppression of serum and liver HBV DNA. The mean maximum reduction of viral DNA was 2.2 logs, which occurred within 1 week of the end of GS-9620 administration; reductions of >1 log persisted for months. Serum levels of HBV surface antigen and HBV e antigen, and numbers of HBV antigen–positive hepatocytes, were reduced as hepatocyte apoptosis increased. GS-9620 administration induced production of interferon-α and other cytokines and chemokines, and activated interferon-stimulated genes, natural killer cells, and lymphocyte subsets. 

Conclusions

 The small molecule GS-9620 activates Toll-like receptor 7 signaling in immune cells of chimpanzees to induce clearance of HBV-infected cells. This reagent might be developed for treatment of patients with chronic HBV infection.

Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease would benefit from validated small animal models. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2 transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2 transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 6. K18 hACE2 transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

ABSTRACT Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease currently lacks a validated small animal model. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2-transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2-transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 4. K18 hACE2-transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

Due to the large geographical overlap of populations exposed to Zika virus (ZIKV) and human immunodeficiency virus (HIV), understanding disease pathogenesis in such coinfections is urgently needed. We used chronically infected simian immunodeficiency virus and chimeric simian human immunodeficiency virus (SIV/SHIV) macaques and inoculated with ZIKV. Plasma viral loads of both SIV/SHIV and ZIKV showed no significant changes as compared to ZIKV alone-infected animals. Tissue clearance of ZIKV was observed similarly. Furthermore, minimal changes in cytokines/chemokines were observed. Collectively, these data suggest that coinfection may not alter disease pathogenesis and warrants large HIV-ZIKV epidemiological studies to validate these findings.

The role of Zika virus (ZIKV) immunity on subsequent dengue virus (DENV) infections is relevant to anticipate the dynamics of forthcoming DENV epidemics in areas with previous ZIKV exposure. We study the effect of ZIKV infection with various strains on subsequent DENV immune response after 10 and 2 months of ZIKV infection in rhesus macaques. Our results show that a subsequent DENV infection in animals with early- and middle-convalescent periods to ZIKV do not promote an increase in DENV viremia nor pro-inflammatory status. Previous ZIKV exposure increases the magnitude of the antibody and T cell responses against DENV, and different time intervals between infections alter the magnitude and durability of such responses—more after longer ZIKV pre-exposure. Collectively, we find no evidence of a detrimental effect of ZIKV immunity in a subsequent DENV infection. This supports the implementation of ZIKV vaccines that could also boost immunity against future DENV epidemics.

Summary There are no known cures or vaccines for COVID-19, the defining pandemic of this era. Animal models are essential to fast track new interventions and nonhuman primate (NHP) models of other infectious diseases have proven extremely valuable. Here we compare SARS-CoV-2 infection in three species of experimentally infected NHPs (rhesus macaques, baboons, and marmosets). During the first 3 days, macaques developed clinical signatures of viral infection and systemic inflammation, coupled with early evidence of viral replication and mild-to-moderate interstitial and alveolar pneumonitis, as well as extra-pulmonary pathologies. Cone-beam CT scans showed evidence of moderate pneumonia, which progressed over 3 days. Longitudinal studies showed that while both young and old macaques developed early signs of COVID-19, both groups recovered within a two-week period. Recovery was characterized by low-levels of viral persistence in the lung, suggesting mechanisms by which individuals with compromised immune systems may be susceptible to prolonged and progressive COVID-19. The lung compartment contained a complex early inflammatory milieu with an influx of innate and adaptive immune cells, particularly interstitial macrophages, neutrophils and plasmacytoid dendritic cells, and a prominent Type I-interferon response. While macaques developed moderate disease, baboons exhibited prolonged shedding of virus and extensive pathology following infection; and marmosets demonstrated a milder form of infection. These results showcase in critical detail, the robust early cellular immune responses to SARS-CoV-2 infection, which are not sterilizing and likely impact development of antibody responses. Thus, various NHP genera recapitulate heterogeneous progression of COVID-19. Rhesus macaques and baboons develop different, quantifiable disease attributes making them immediately available essential models to test new vaccines and therapies.

Abstract Rationale Mycobacterium avium complex, is the most common nontuberculous mycobacterial respiratory pathogen in humans. Disease mechanisms are poorly understood due to the absence of a reliable animal model for M. avium complex pulmonary disease. Objective Assess the susceptibility, immunologic and histopathologic responses of the common marmoset ( Callithrix jacchus ) to M. avium complex pulmonary infection. Methods 7 adult female marmosets underwent endobronchial inoculation with 10 8 colony-forming units of M. intracellulare and were monitored for 30 or 60 days. Prior to infection, chest radiograph and serum cytokines were assessed; serum cytokines were also monitored weekly for 30 days. At sacrifice 30 days (3 animals) or 60 days (4 animals) after infection, chest radiograph, serum and bronchoalveolar lavage cytokines, histopathology, and cultures of the bronchoalveolar lavage, lungs, liver, and kidney were analyzed. Measurements and Main Results Five of seven animals (two at 30 days and three at 60 days of infection) had positive lung cultures for M. intracellulare . Extra-pulmonary cultures were positive in three animals. All animals appeared healthy throughout the study. All five animals with positive lung cultures had radiographic changes consistent with pneumonitis. At 30 days, those with M. intracellulare lung infection showed granulomatous inflammation while at 60 days there was less inflammatory change, but bronchiectasis was noted. The cytokine response in the bronchoalveolar lavage fluid was uniformly greater in the animals with positive M. intracellulare cultures than those without a productive infection with greater levels at 30-days compared to 60-days. Similarly, serum cytokines were more elevated in the animals that had positive M. intracellulare cultures compared to those without a productive infection, peaking 14-21 days after inoculation. Conclusion Endobronchial instillation of M. intracellulare resulted in pulmonary mycobacterial infection in marmosets with a differential immune response, radiographic and histopathologic abnormalities, and an indolent course consistent with M. avium complex lung infection in humans.

Human infections by Zika virus (ZIKV), a mosquito-borne flavivirus, are associated with a current widespread outbreak in the Americas, and have been associated with neurological complications and adverse fetal outcomes such as microcephaly in pregnant women. A suitable non-human primate model is urgently needed. To evaluate ZIKV infectivity, pathogenesis, and persistence, we inoculated 4 marmosets with ZIKV and followed them by clinical monitoring and serial sampling of body fluids for up to 11 weeks. We found that marmosets experimentally infected with ZIKV reproduced key features of the human disease, including (1) asymptomatic infection, (2) brief period of detectable virus in serum (<1 week), (3) detection in other body fluids (urine, saliva, semen, and stool) for at least 2 weeks following acute infection, and (4) persistence in lymph nodes, but not other tissues, at 1 month post-infection. ZIKV-positive saliva and serum samples, but not urine, were found to be infectious in cell culture. By day 6 post-inoculation, most marmosets exhibited detectable neutralizing antibody responses concurrent with activation of NK cell and B cell subsets and an increase in circulating cytokines associated with type II interferon signaling, Transcriptome profiling revealed enrichment of immune responses to active viral infection, with up-regulation of both type I and II interferon signaling pathways, and uncovered potential host biomarkers. These results suggest that a New World monkey model of acute ZIKV infection mimics the human disease, and is likely to be useful for testing of drug and vaccine candidates.

Prior exposure to a single serotype of dengue virus (DENV) predisposes individuals to severe disease upon secondary heterologous DENV infection. Here we show that the length of time between DENV/Zika (ZIKV) infections has a qualitative impact on controlling ZIKV replication. We identified limited but significant differences in the magnitude of the early humoral immune response associated with a period of twelve months but not three months of DENV convalescence. However, their role limiting ZIKV replication is not conclusive. There was no evidence of in vivo antibody-dependent amplification of ZIKV by DENV immunity in any group. We are also showing that the significant differences among groups may be linked to a pre-existing polyfunctional CD4+ T cells response (increased IFN-g and Cd107a before ZIKV infection) and to an early and continuous expansion of the CD4+ effector memory cells early on after ZIKV infection. Those significant differences were associated with a period of 12 months after DENV infection that were not observed in a span of 3-months. These results suggest that there is a window of optimal cross-protection between ZIKV and DENV with significant consequences. These results have pivotal implications while interpreting ZIKV pathogenesis in flavivirus-experimented populations, diagnostic results interpretation and vaccine designs among others.Author Summary Since its introduction in the Americas region ZIKV virus has been associated to severe birth defects. One of the questions that remains open is the role of previous dengue or any other flavivirus immunity in the pathogenesis of ZIKV and more important, if the time elapse between DENV and ZIKV play a role enhancing ZIKV pathogenesis as it is the case for subsequent DENV infections. On this work, using NHP as a model we compared the effect of a period of 12 months vs. a period of 3 months of DENV immunity in the outcome of ZIKV infection. We found that previous DENV infection, at any of the tested period of time do not induce ZIKV enhancement. More relevant are showing that when the two infection occurs at least one year apart the preexisting DENV immunity is better at controlling ZIKV replication and that the role of the neutralizing antibodies is very limited. On the contrary our results suggest that early after ZIKV infection the cellular immune response, may plays a predominant role. Our findings have critical relevance to understand the dynamic interaction between these two flavivirus, their pathogenies, diagnosis and vaccine design.