Abstract SARS-CoV-2 induces a wide range of disease severity ranging from asymptomatic infection, to a life-threating illness, particularly in the elderly and persons with comorbid conditions. Among those persons with serious COVID-19 disease, acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a common and often fatal presentation. Animal models of SARS-CoV-2 infection that manifest severe disease are needed to investigate the pathogenesis of COVID-19 induced ARDS and evaluate therapeutic strategies. Here we report ARDS in two aged African green monkeys (AGMs) infected with SARS-CoV-2 that demonstrated pathological lesions and disease similar to severe COVID-19 in humans. We also report a comparatively mild COVID-19 phenotype characterized by minor clinical, radiographic and histopathologic changes in the two surviving, aged AGMs and four rhesus macaques (RMs) infected with SARS-CoV-2. We found dramatic increases in circulating cytokines in three of four infected, aged AGMs but not in infected RMs. All of the AGMs showed increased levels of plasma IL-6 compared to baseline, a predictive marker and presumptive therapeutic target in humans infected with SARS-CoV-2 infection. Together, our results show that both RM and AGM are capable of modeling SARS-CoV-2 infection and suggest that aged AGMs may be useful for modeling severe disease manifestations including ARDS.

Abstract SARS-CoV-2 is a respiratory borne pathogenic beta coronavirus that is the source of a worldwide pandemic and the cause of multiple pathologies in man. The rhesus macaque model of COVID-19 was utilized to test the added benefit of combinatory parenteral administration of two high-affinity anti-SARS-CoV-2 monoclonal antibodies (mAbs; C144-LS and C135-LS) expressly developed to neutralize the virus and modified to extend their pharmacokinetics. After completion of kinetics study of mAbs in the primate, combination treatment was administered prophylactically to mucosal viral challenge. Results showed near complete virus neutralization evidenced by no measurable titer in mucosal tissue swabs, muting of cytokine/chemokine response, and lack of any discernable pathologic sequalae. Blocking infection was a dose-related effect, cohorts receiving lower doses (6, 2 mg/kg) resulted in low grade viral infection in various mucosal sites compared to that of a fully protective dose (20 mg/kg). A subset of animals within this cohort whose infectious challenge was delayed 75 days later after mAb administration were still protected from disease. Results indicate this combination mAb effectively blocks development of COVID-19 in the rhesus disease model and accelerates the prospect of clinical studies with this effective antibody combination.

Abstract The novel coronavirus SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19 disease, has killed over four million people worldwide as of July 2021 with infections rising again due to the emergence of highly transmissible variants. Animal models that faithfully recapitulate human disease are critical for assessing SARS-CoV-2 viral and immune dynamics, for understanding mechanisms of disease, and for testing vaccines and therapeutics. Pigtail macaques (PTM, Macaca nemestrina ) demonstrate a rapid and severe disease course when infected with simian immunodeficiency virus (SIV), including the development of severe cardiovascular symptoms that are pertinent to COVID-19 manifestations in humans. We thus proposed this species may likewise exhibit severe COVID-19 disease upon infection with SARS-CoV-2. Here, we extensively studied a cohort of SARS-CoV-2-infected PTM euthanized either 6- or 21-days after respiratory viral challenge. We show that PTM demonstrate largely mild-to-moderate COVID-19 disease. Pulmonary infiltrates were dominated by T cells, including CD4+ T cells that upregulate CD8 and express cytotoxic molecules, as well as virus-targeting T cells that were predominantly CD4+. We also noted increases in inflammatory and coagulation markers in blood, pulmonary pathologic lesions, and the development of neutralizing antibodies. Together, our data demonstrate that SARS-CoV-2 infection of PTM recapitulates important features of COVID-19 and reveals new immune and viral dynamics and thus may serve as a useful animal model for studying pathogenesis and testing vaccines and therapeutics.

The systemic nature of SARS-CoV-2 infection is highly recognized, but poorly characterized. A non-invasive and unbiased method is needed to clarify whole body spatiotemporal dynamics of SARS-CoV-2 infection after transmission. We recently developed a probe based on the anti-SARS-CoV-2 spike antibody CR3022 to study SARS-CoV-2 pathogenesis in vivo. Herein, we describe its use in immunoPET to investigate SARS-CoV-2 infection of three rhesus macaques. Using PET/CT imaging of macaques at different times post-SARS-CoV-2 inoculation, we track the 64Cu-labelled CR3022-F(ab')2 probe targeting the spike protein of SARS-CoV-2 to study the dynamics of infection within the respiratory tract and uncover novel sites of infection. Using this method, we uncovered differences in lung pathology between infection with the WA1 isolate and the delta variant, which were readily corroborated through computed tomography scans. The 64Cu-CR3022-probe also demonstrated dynamic changes occurring between 1- and 2-weeks post-infection. Remarkably, a robust signal was seen in the male genital tract (MGT) of all three animals studied. Infection of the MGT was validated by immunofluorescence imaging of infected cells in the testicular and penile tissue and severe pathology was observed in the testes of one animal at 2-weeks post-infection. The results presented here underscore the utility of using immunoPET to study the dynamics of SARS-CoV-2 infection to understand its pathogenicity and discover new anatomical sites of viral replication. We provide direct evidence for SARS-CoV-2 infection of the MGT in rhesus macaques revealing the possible pathologic outcomes of viral replication at these sites.

SUMMARY The HIV/SIV envelope glycoprotein (Env) cytoplasmic domain contains a highly conserved Tyr-dependent trafficking signal that mediates both clathrin-dependent endocytosis and polarized sorting of Env. Despite extensive characterization, the role of these functions in viral infection and pathogenesis is unclear. An SIV molecular clone (SIVmac239) in which the Tyr-based signal is inactivated by deletion of Gly-720 and Tyr-721 (SIVmac239ΔGY) replicates to high levels acutely in pigtail macaques (PTM) but is rapidly controlled. We previously reported that rhesus macaques and PTM can progress to AIDS following SIVmac239ΔGY infection in association with novel amino acid changes in the Env cytoplasmic domain. These included an R722G flanking the ΔGY deletion and a nine nucleotide deletion that encodes amino acids 734-736 (ΔQTH) and overlaps with the rev and tat open reading frames. We show that molecular clones containing these mutations reconstitute signals for both endocytosis and polarized sorting. In one PTM, a novel genotype was selected, which generated a new signal for polarized sorting but not endocytosis. This mutation by itself was sufficient to maintain high viral loads for several months when introduced into naïve PTMs. These findings reveal, for the first time, strong selection pressure for Env endocytosis and, in particular, for polarized sorting during pathogenic SIV infection in vivo .

Abstract The novel coronavirus SARS-CoV-2 has caused a worldwide pandemic resulting in widespread efforts in development of animal models that recapitulate human disease for evaluation of medical countermeasures, and to dissect COVID-19 immunopathogenesis. We tested whether route of experimental infection substantially changes COVID-19 disease characteristics in two species ( Macaca mulatta ; rhesus macaques; RM, Chlorocebus atheiops ; African green monkeys; AGM) of nonhuman primates. Species-specific cohorts of RM and AGM Rhesus macaques ( Macaca mulatta , RMs) and African green monkeys ( Chlorocebus aethiops, AGMs) were experimentally infected with homologous SARS-CoV-2 by either direct mucosal instillation or small particle aerosol in route-discrete subcohorts. Both species demonstrated equivalent infection initially by either exposure route although the magnitude and duration of viral loading was greater in AGMs than that of the RM. Clinical onset was nearly immediate (+1dpi) in mucosally-exposed cohorts whereas aerosol-infected animals began to show signs +7dpi. Myeloid cell responses indicative of the development of pulmonary scarring and extended lack of regenerative capacity in the pulmonary compartment was a conserved pathologic response in both species by either exposure modality. This pathological commonality may be useful in future anti-fibrosis therapeutic evaluations and expands our understanding of how SARS-CoV-2 infection leads to ARDS and functional lung damage.

Ricin toxin ranks at the top of the list of potential bioweapons of concern to civilian and military personnel alike due to the high potential for morbidity and mortality after inhalation. In non-human primates, aerosolized ricin triggers a severe acute respiratory distress characterized by perivascular and alveolar edema, neutrophilic infiltration, and severe necrotizing bronchiolitis and alveolitis. Despite heightened public health and military concerns, there are currently no approved countermeasures for ricin. In this report, we demonstrate the therapeutic potential of huPB10, a toxin-neutralizing humanized monoclonal antibody (MAb) against an immunodominant epitope on ricin s enzymatic subunit. Five rhesus macaques that received intravenous huPB10 (10 mg/kg) four hours after lethal dose ricin aerosol exposure all survived the toxin challenge, as compared to control animals, which succumbed to ricin intoxication within 30 h. Antibody treatment at 12 h post-ricin exposure resulted in the survival of only one of five monkeys, signifying that, in the majority of animals, ricin intoxication and local tissue damage had progressed beyond the point where huPB10 intervention was beneficial. Principle coordinate analysis of fold change in pro-inflammatory cytokine/chemokines levels in bronchial alveolar lavage fluids before and after toxin challenge successfully clustered monkeys based on survival, as well as treatment group. IL-6 was the most apparent marker of ricin intoxication. This study represents the first demonstration in nonhuman primates that the lethal effects of inhalational ricin exposure can be negated by a drug candidate and opens up a path forward for product development.

CD8+ lymphocytes are critically important in the control of viral infections, but their roles in acute Zika virus (ZIKV) infection remain incompletely explored in a model sufficiently similar to humans immunologically. Here, we use CD8+ lymphocyte depletion to dissect acute immune responses in adult male rhesus and cynomolgus macaques infected with ZIKV. CD8 depletion delayed serum viremia and dysregulated patterns of innate immune cell homing and monocyte-driven transcriptional responses in the blood. CD8-depleted macaques also showed evidence of compensatory adaptive immune responses, with elevated Th1 activity and persistence of neutralizing antibodies beyond the clearance of serum viremia. The absence of CD8+ lymphocytes increased viral burdens in lymphatic tissues, semen, and cerebrospinal fluid, and neural lesions were also evident in both CD8-depleted rhesus macaques. Together, these data support a role for CD8+ lymphocytes in the control of ZIKV dissemination and in maintaining immune regulation during acute infection of nonhuman primates.

Persistent and uncontrolled SARS-CoV-2 replication in immunocompromised individuals has been observed and may be a contributing source of novel viral variants that continue to drive the pandemic. Importantly, the effects of immunodeficiency associated with chronic HIV infection on COVID-19 disease and viral persistence have not been directly addressed in a controlled setting. Here we conducted a pilot study wherein two pigtail macaques (PTM) chronically infected with SIVmac239 were exposed to SARS-CoV-2 and monitored for six weeks for clinical disease, viral replication, and viral evolution, and compared to our previously published cohort of SIV-naive PTM infected with SARS-CoV-2. At the time of SARS-CoV-2 infection, one PTM had minimal to no detectable CD4+ T cells in gut, blood, or bronchoalveolar lavage (BAL), while the other PTM harbored a small population of CD4+ T cells in all compartments. Clinical signs were not observed in either PTM; however, the more immunocompromised PTM exhibited a progressive increase in pulmonary infiltrating monocytes throughout SARS-CoV-2 infection. Single-cell RNA sequencing (scRNAseq) of the infiltrating monocytes revealed a less activated/inert phenotype. Neither SIV-infected PTM mounted detectable anti-SARS-CoV-2 T cell responses in blood or BAL, nor anti-SARS-CoV-2 neutralizing antibodies. Interestingly, despite the diminished cellular and humoral immune responses, SARS-CoV-2 viral kinetics and evolution were indistinguishable from SIV-naive PTM in all sampled mucosal sites (nasal, oral, and rectal), with clearance of virus by 3-4 weeks post infection. SIV-induced immunodeficiency significantly impacted immune responses to SARS-CoV-2 but did not alter disease progression, viral kinetics or evolution in the PTM model. SIV-induced immunodeficiency alone may not be sufficient to drive the emergence of novel viral variants.

Staphylococcal enterotoxin B (SEB) is a protein exotoxin found on the cell surface of Staphylococcus aureus that is the source for multiple pathologies in man. When purified and concentrated in aerosol form, SEB can cause an acute and often fatal intoxication, and thus is considered a biological threat agent. There are currently no vaccines or treatments approved for human use. Studies in rodent models of SEB intoxication show that antibody therapy may be a promising treatment strategy, however many have used antibodies only prophylactically or well before any clinical signs of intoxication are apparent. We assessed and compared the protective efficacy of two monoclonal antibodies, Ig121 and c19F1, when administered after aerosol exposure in a uniformly lethal nonhuman primate model of SEB intoxication. Rhesus macaques were challenged using small particle aerosols of SEB, and then were infused intravenously with a single dose of either Ig121 or c19F1 (10 mg/kg) at either 0.5, 2 or 4 hours postexposure. Onset of clinical signs, hematological, and cytokine response in untreated controls confirmed the acute onset and potency of the toxin used in the challenge. All animals administered either Ig121 or c19F1 survived SEB challenge, whereas the untreated controls succumbed to SEB intoxication 30-48 hours postexposure. These results represent the successful therapeutic in vivo protection by two investigational drugs against SEB in a severe nonhuman primate disease model and punctuate the therapeutic value of monoclonal antibodies hold when faced with treatment options for SEB-induced toxicity in a postexposure setting.