Abstract Transmission of SARS-CoV-2 is driven by contact, fomite, and airborne transmission. The relative contribution of different transmission routes remains subject to debate. Here, we show Syrian hamsters are susceptible to SARS-CoV-2 infection through intranasal, aerosol and fomite exposure. Different routes of exposure presented with distinct disease manifestations. Intranasal and aerosol inoculation caused more severe respiratory pathology, higher virus loads and increased weight loss. Fomite exposure led to milder disease manifestation characterized by an anti-inflammatory immune state and delayed shedding pattern. Whereas the overall magnitude of respiratory virus shedding was not linked to disease severity, the onset of shedding was. Early shedding was linked to an increase in disease severity. Airborne transmission was more efficient than fomite transmission and dependent on the direction of the airflow. Carefully characterized of SARS-CoV-2 transmission models will be crucial to assess potential changes in transmission and pathogenic potential in the light of the ongoing SARS-CoV-2 evolution.

Abstract Following emergence in late 2019, SARS-CoV-2 rapidly became pandemic and is presently responsible for millions of infections and hundreds of thousands of deaths worldwide. There is currently no approved vaccine to halt the spread of SARS-CoV-2 and only very few treatment options are available to manage COVID-19 patients. For development of preclinical countermeasures, reliable and well-characterized small animal disease models will be of paramount importance. Here we show that intranasal inoculation of SARS-CoV-2 into Syrian hamsters consistently caused moderate broncho-interstitial pneumonia, with high viral lung loads and extensive virus shedding, but animals only displayed transient mild disease. We determined the infectious dose 50 to be only five infectious particles, making the Syrian hamster a highly susceptible model for SARS-CoV-2 infection. Neither hamster age nor sex had any impact on the severity of disease or course of infection. Finally, prolonged viral persistence in interleukin 2 receptor gamma chain knockout hamsters revealed susceptibility of SARS-CoV-2 to adaptive immune control. In conclusion, the Syrian hamster is highly susceptible to SARS-CoV-2 making it a very suitable infection model for COVID-19 countermeasure development. One Sentence Summary The Syrian hamster is highly susceptible to SARS-CoV-2 making it an ideal infection model for COVID-19 countermeasure development.

Abstract The ongoing pandemic of Coronavirus disease 2019 (COVID-19) continues to exert a significant burden on health care systems worldwide. With limited treatments available, vaccination remains an effective strategy to counter transmission of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Recent discussions concerning vaccination strategies have focused on identifying vaccine platforms, number of doses, route of administration, and time to reach peak immunity against SARS-CoV-2. Here, we generated a single dose, fast-acting vesicular stomatitis virus-based vaccine derived from the licensed Ebola virus (EBOV) vaccine rVSV-ZEBOV, expressing the SARS-CoV-2 spike protein and the EBOV glycoprotein (VSV-SARS2-EBOV). Rhesus macaques vaccinated intramuscularly (IM) with a single dose of VSV-SARS2-EBOV were protected within 10 days and did not show signs of COVID-19 pneumonia. In contrast, intranasal (IN) vaccination resulted in limited immunogenicity and enhanced COVID-19 pneumonia compared to control animals. While IM and IN vaccination both induced neutralizing antibody titers, only IM vaccination resulted in a significant cellular immune response. RNA sequencing data bolstered these results by revealing robust activation of the innate and adaptive immune transcriptional signatures in the lungs of IM-vaccinated animals only. Overall, the data demonstrates that VSV-SARS2-EBOV is a potent single-dose COVID-19 vaccine candidate that offers rapid protection based on the protective efficacy observed in our study. One sentence summary VSV vaccine protects NHPs from COVID-19 in 10 days

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

Abstract The ongoing COVID-19 pandemic has resulted in global effects on human health, economic stability, and social norms. The emergence of viral variants raises concerns about the efficacy of existing vaccines and highlights the continued need the for the development of efficient, fast-acting, and cost-effective vaccines. Here, we demonstrate the immunogenicity and protective efficacy of two vesicular stomatitis virus (VSV)-based vaccines encoding the SARS-CoV-2 spike protein either alone (VSV-SARS2) or in combination with the Ebola virus glycoprotein (VSV-SARS2-EBOV). Intranasally vaccinated hamsters showed an early CD8 + T cell response in the lungs and a greater antigen-specific IgG response, while intramuscularly vaccinated hamsters had an early CD4 + T cell and NK cell response. Intranasal vaccination resulted in protection within 10 days with hamsters not showing clinical signs of pneumonia when challenged with three different SARS-CoV-2 variants. This data demonstrates that VSV-based vaccines are viable single-dose, fast-acting vaccine candidates that are protective from COVID-19.

Abstract Following the discovery of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and its rapid spread throughout the world, new viral variants of concern (VOC) have emerged. There is a critical need to understand the impact of the emerging variants on host response and disease dynamics to facilitate the development of vaccines and therapeutics. Syrian golden hamsters are the leading small animal model that recapitulates key aspects of severe coronavirus disease 2019 (COVID-19). In this study, we show that intranasal inoculation of SARS-CoV-2 into hamsters with the ancestral virus (nCoV-WA1-2020) or VOC first identified in the United Kingdom (B.1.1.7) and South Africa (B.1.351) led to similar gross and histopathologic pulmonary lesions. Although differences in viral genomic copy numbers were noted in the lungs and oral swabs of challenged animals, infectious titers in the lungs were comparable. Antibody neutralization capacities varied, dependent on the original challenge virus and cross-variant protective capacity. Transcriptional profiling indicated significant induction of antiviral pathways in response to all three challenges with a more robust inflammatory signature in response to B.1.1.7. Furthermore, no additional mutations in the spike protein were detected at peak disease. In conclusion, the emerging VOC showed distinct humoral responses and transcriptional profiles in the hamster model compared to the ancestral virus.

Early events in the host response to SARS-CoV-2 are thought to play a major role in determining disease severity. During pulmonary infection, the virus encounters both myeloid and epithelioid lineage cells that can either support or restrict pathogen replication as well as respond with host protective versus detrimental mediators. In addition to providing partial protection against pediatric tuberculosis, vaccination with bacille Calmette-Guérin (BCG) has been reported to confer non-specific resistance to unrelated pulmonary pathogens, a phenomenon attributed to the induction of long-lasting alterations within the myeloid cell compartment. Here we demonstrate that prior intravenous, but not subcutaneous, administration of BCG protects human-ACE2 transgenic mice against lethal challenge with SARS-CoV-2 and results in reduced viral loads in non-transgenic animals infected with an alpha variant. The observed increase in host resistance was associated with reductions in SARS-CoV-2-induced tissue pathology, inflammatory cell recruitment and cytokine production that multivariate analysis revealed to be only partially related to diminished viral load. We propose that this protection stems from BCG-induced alterations in the composition and function of the pulmonary cellular compartment that impact the innate response to the virus and the ensuing immunopathology.

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.

Inflammation in response to severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infection drives severity of coronavirus disease 2019 (COVID-19) and is influenced by host genetics. To understand mechanisms of inflammation, animal models that reflect genetic diversity and clinical outcomes observed in humans are needed. We report a mouse panel comprising the genetically diverse Collaborative Cross (CC) founder strains crossed to human ACE2 transgenic mice (K18-hACE2) that confers susceptibility to SARS-CoV-2. Infection of CC x K18- hACE2 resulted in a spectrum of survival, viral replication kinetics, and immune profiles. Importantly, in contrast to the K18-hACE2 model, early type I interferon (IFN-I) and regulated proinflammatory responses were required for control of SARS-CoV-2 replication in PWK x K18-hACE2 mice that were highly resistant to disease. Thus, virus dynamics and inflammation observed in COVID-19 can be modeled in diverse mouse strains that provide a genetically tractable platform for understanding anti-coronavirus immunity.

Summary Helminth endemic regions report lower COVID-19 morbidity and mortality. Here, we show that lung remodeling from a prior infection with a lung migrating helminth, Nippostrongylus brasiliensis , enhances viral clearance and survival of human-ACE2 transgenic mice challenged with SARS-CoV-2 (SCV2). This protection is associated with a lymphocytic infiltrate including an increased accumulation of pulmonary SCV2-specific CD8+ T cells and anti-CD8 antibody depletion abrogated the N. brasiliensis -mediated reduction in viral loads. Pulmonary macrophages with a type-2 transcriptional signature persist in the lungs of N. brasiliensis exposed mice after clearance of the parasite and establish a primed environment for increased antigen presentation. Accordingly, depletion of macrophages ablated the augmented viral clearance and accumulation of CD8+ T cells driven by prior N. brasiliensis infection. Together, these findings support the concept that lung migrating helminths can limit disease severity during SCV2 infection through macrophage-dependent enhancement of anti-viral CD8+ T cell responses. Abstract Figure