Coronaviruses (CoVs) traffic frequently between species resulting in novel disease outbreaks, most recently exemplified by the newly emerged SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. Here, we show that the ribonucleoside analog β-d-N

All coronaviruses known to have recently emerged as human pathogens probably originated in bats1. Here we use a single experimental platform based on immunodeficient mice implanted with human lung tissue (hereafter, human lung-only mice (LoM)) to demonstrate the efficient in vivo replication of severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV), Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), as well as two endogenous SARS-like bat coronaviruses that show potential for emergence as human pathogens. Virus replication in this model occurs in bona fide human lung tissue and does not require any type of adaptation of the virus or the host. Our results indicate that bats contain endogenous coronaviruses that are capable of direct transmission to humans. Our detailed analysis of in vivo infection with SARS-CoV-2 in human lung tissue from LoM showed a predominant infection of human lung epithelial cells, including type-2 pneumocytes that are present in alveoli and ciliated airway cells. Acute infection with SARS-CoV-2 was highly cytopathic and induced a robust and sustained type-I interferon and inflammatory cytokine and chemokine response. Finally, we evaluated a therapeutic and pre-exposure prophylaxis strategy for SARS-CoV-2 infection. Our results show that therapeutic and prophylactic administration of EIDD-2801—an oral broad-spectrum antiviral agent that is currently in phase II/III clinical trials—markedly inhibited SARS-CoV-2 replication in vivo, and thus has considerable potential for the prevention and treatment of COVID-19. Human and bat coronaviruses replicate efficiently in immunodeficient mice implanted with human lung tissue, and treatment or prophylaxis using EIDD-2801 in this model suggests that this oral antiviral agent may be effective in preventing COVID-19.

Molnupiravir, EIDD-2801/MK-4482, the prodrug of the active antiviral ribonucleoside analog ß-d-N4-hydroxycytidine (NHC; EIDD-1931), has activity against a number of RNA viruses including severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, severe acute respiratory syndrome coronavirus, Middle East respiratory syndrome coronavirus, and seasonal and pandemic influenza viruses.Single and multiple doses of molnupiravir were evaluated in this first-in-human, phase 1, randomized, double-blind, placebo-controlled study in healthy volunteers, which included evaluation of the effect of food on pharmacokinetics.EIDD-1931 appeared rapidly in plasma, with a median time of maximum observed concentration of 1.00 to 1.75 hours, and declined with a geometric half-life of approximately 1 hour, with a slower elimination phase apparent following multiple doses or higher single doses (7.1 hours at the highest dose tested). Mean maximum observed concentration and area under the concentration versus time curve increased in a dose-proportional manner, and there was no accumulation following multiple doses. When administered in a fed state, there was a decrease in the rate of absorption, but no decrease in overall exposure.Molnupiravir was well tolerated. Fewer than half of subjects reported an adverse event, the incidence of adverse events was higher following administration of placebo, and 93.3% of adverse events were mild. One discontinued early due to rash. There were no serious adverse events and there were no clinically significant findings in clinical laboratory, vital signs, or electrocardiography. Plasma exposures exceeded expected efficacious doses based on scaling from animal models; therefore, dose escalations were discontinued before a maximum tolerated dose was reached.

The emergence of coronaviruses (CoVs) into human populations from animal reservoirs has demonstrated their epidemic capability, pandemic potential, and ability to cause severe disease. However, no antivirals have been approved to treat these infections. Here, we demonstrate the potent antiviral activity of a broad-spectrum ribonucleoside analogue, β- d - N 4 -hydroxycytidine (NHC), against two divergent CoVs. Viral proofreading activity does not markedly impact sensitivity to NHC inhibition, suggesting a novel interaction between a nucleoside analogue inhibitor and the CoV replicase. Further, passage in the presence of NHC generates only low-level resistance, likely due to the accumulation of multiple potentially deleterious transition mutations. Together, these data support a mutagenic mechanism of inhibition by NHC and further support the development of NHC for treatment of CoV infections.

A next-generation, broad-spectrum, orally efficacious influenza A and B virus inhibitor is associated with a high genetic resistance barrier.

The COVID-19 pandemic has underscored the critical need for broad-spectrum therapeutics against respiratory viruses. Respiratory syncytial virus (RSV) is a major threat to pediatric patients and the elderly. We describe 4'-fluorouridine (4'-FlU, EIDD-2749), a ribonucleoside analog that inhibits RSV, related RNA viruses, and SARS-CoV-2 with high selectivity index in cells and well-differentiated human airway epithelia. Polymerase inhibition in in vitro RdRP assays established for RSV and SARS-CoV-2 revealed transcriptional pauses at positions i or i +3/4 post-incorporation. Once-daily oral treatment was highly efficacious at 5 mg/kg in RSV-infected mice or 20 mg/kg in ferrets infected with SARS-CoV-2 WA1/2020 or variant-of-concern (VoC) isolate CA/2020, initiated 24 or 12 hours after infection, respectively. These properties define 4'-FlU as a broad-spectrum candidate for the treatment of RSV, SARS-CoV-2 and related RNA virus infections.4'-Fluorouridine is an orally available ribonucleoside analog that efficiently treats RSV and SARS-CoV-2 infections in vivo .

Despite the continued spread of SARS-CoV-2 and emergence of variants of concern (VOC) that are capable of escaping preexisting immunity, therapeutic options are underutilized. In addition to preventing severe disease in high-risk patients, antivirals may contribute to interrupting transmission chains. The FDA has granted emergency use authorizations for two oral drugs, molnupiravir and paxlovid. Initial clinical trials suggested an efficacy advantage of paxlovid, giving it a standard-of-care-like status in the United States. However, recent retrospective clinical studies suggested a more comparable efficacy of both drugs in preventing complicated disease and case-fatalities in older adults. For a direct efficacy comparison under controlled conditions, we assessed potency of both drugs against SARS-CoV-2 in two relevant animal models; the Roborovski dwarf hamster model for severe COVID-19 in high-risk patients and the ferret model of upper respiratory tract disease and transmission. After infection of dwarf hamsters with VOC omicron, paxlovid and molnupiravir were efficacious in mitigating severe disease and preventing death. However, a pharmacokinetics-confirmed human equivalent dose of paxlovid did not significantly reduce shed SARS-CoV-2 titers in ferrets and failed to block virus transmission to untreated direct-contact ferrets, whereas transmission was fully suppressed in a group of animals treated with a human-equivalent dose of molnupiravir. Prophylactic administration of molnupiravir to uninfected ferrets in direct contact with infected animals blocked productive SARS-CoV-2 transmission, whereas all contacts treated with prophylactic paxlovid became infected. These data confirm retrospective reports of similar therapeutic benefit of both drugs for older adults, and reveal that treatment with molnupiravir, but not paxlovid, may be suitable to reduce the risk of SARS-CoV-2 transmission.

Abstract Influenza outbreaks are associated with substantial morbidity, mortality and economic burden. Next generation antivirals are needed to treat seasonal infections and prepare against zoonotic spillover of avian influenza viruses with pandemic potential. Having previously identified oral efficacy of the nucleoside analog 4’-Fluorouridine (4’-FlU, EIDD-2749) against SARS-CoV-2 and respiratory syncytial virus, we explored activity of the compound against seasonal and highly pathogenic influenza (HPAI) viruses in cell culture, human airway epithelium organoids, and/or two animal models, ferrets and mice, that assess IAV transmission and lethal viral pneumonia, respectively. 4’-FlU inhibited a panel of relevant influenza A and B viruses with nanomolar potency in organoids. In vitro polymerase assays revealed immediate chain termination of IAV polymerase after 4’-FlU incorporation, in contrast to delayed chain termination of SARS-CoV-2 and RSV polymerase. Once-daily oral treatment of ferrets with 2 mg/kg 4’-FlU initiated 12 hours after infection rapidly stopped virus shedding and prevented direct-contact transmission to untreated sentinels. Treatment of mice infected with a lethal inoculum of pandemic A/CA/07/2009 (H1N1)pdm09 (Ca09) with 2 mg/kg 4’-FlU alleviated pneumonia. Three doses mediated complete survival when treatment was initiated up to 60 hours after infection, indicating an unusually broad window for effective intervention. Therapeutic oral 4’-FlU ensured survival of animals infected with HPAI A/VN/12/2003 (H5N1) and of immunocompromised mice infected with pandemic Ca09. Recoverees were fully protected against homologous reinfection. This study defines the mechanistic foundation for high sensitivity of influenza viruses to 4’-FlU and supports 4’-FlU as developmental candidate for the treatment of seasonal and pandemic influenza. Author Summary Next-generation antiviral therapeutics are needed to better mitigate seasonal influenza and prepare against zoonotic virus spillover from animal reservoirs. At greatest risk are the immunocompromised and patients infected with highly pathogenic influenza viruses. In this study, we have demonstrated efficacy of a broad-spectrum nucleoside analog, 4’-fluorouridine, against a representative panel of influenza viruses in cell culture, human organoids, and two animal models, ferrets and mice. Acting as an immediate chain terminator of the influenza virus polymerase, once-daily oral treatment protected against lethal infection with seasonal and highly pathogenic avian influenza viruses, prevented direct-contact transmission to untreated sentinels, and mitigated lethal infection of immunocompromised hosts. These results support the developmental potential of 4’-fluorouridine for treatment of vulnerable patient groups and mitigation of pandemic influenza, providing a much-needed additional therapeutic option for improved disease management.

ABSTRACT The unprecedented magnitude of the 2013-2016 Ebola virus (EBOV) epidemic in West Africa resulted in over 11,000 deaths and spurred an international public health emergency. A second outbreak in 2018-2020 in DRC resulted in an additional >3400 cases and nearly 2300 deaths (WHO Disease Outbreak News: Update 26 June, 2020). These large outbreaks across geographically diverse regions highlight the need for the development of effective oral therapeutic agents that can be easily distributed for self-administration to populations with active disease or at risk of infection. Herein, we report the in vivo efficacy of N 4 -hydroxycytidine (EIDD-1931), a broadly active ribonucleoside analog and the active metabolite of the prodrug EIDD-2801 (molnupiravir), in murine models of lethal EBOV infection. Twice daily oral dosing with EIDD-1931 at 200 mg/kg for 7 days, initiated either with a prophylactic dose 2 hours before infection, or as therapeutic treatment starting 6 hours post-infection, resulted in 92-100% survival of mice challenged with lethal doses of EBOV, reduced clinical signs of Ebola virus disease (EVD), reduced serum virus titers, and facilitated weight loss recovery. These results support further investigation of molnupiravir as a potential therapeutic or prophylactic treatment for EVD.

SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) have triggered distinct infection waves in the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, culminating in currently all-time high incidence rates of VOC omicron. Orally available direct-acting antivirals such as molnupiravir promise to improve disease management and limit SARS-CoV-2 spread. However, molnupiravir efficacy against VOC delta was questioned based on clinical trial results and its potency against omicron is unknown. This study evaluates molnupiravir against a panel of relevant VOC in three efficacy models: primary human airway epithelium organoids, the ferret model of upper respiratory disease, and a lethal Roborovski dwarf hamster efficacy model of severe COVID-19-like acute lung injury. All VOC were equally efficiently inhibited by molnupiravir in cultured cells and organoids. Treatment consistently reduced upper respiratory VOC shedding in ferrets and prevented viral transmission. Pathogenicity in the dwarf hamsters was VOC-dependent and highest for gamma, omicron, and delta with fulminant lung histopathology. Oral molnupiravir started 12 hours after infection resulted in complete survival of treated dwarf hamsters independent of challenge VOC. However, reduction in lung virus differed VOC-dependently, ranging from one (delta) to four (gamma) orders of magnitude compared to vehicle-treated animals. Dwarf hamsters infected with VOC omicron showed significant individual variation in response to treatment. Virus load reduction was significant in treated males, but not females. The dwarf hamster model recapitulates mixed efficacy of molnupiravir seen in human trials and alerts that therapeutic benefit of approved antivirals must be continuously reassessed in vivo as new VOC emerge.