SARS-CoV-2 is difficult to contain because many transmissions occur during pre-symptomatic infection. Unlike influenza, most SARS-CoV-2-infected people do not transmit while a small percentage infect large numbers of people. We designed mathematical models which link observed viral loads with epidemiologic features of each virus, including distribution of transmissions attributed to each infected person and duration between symptom onset in the transmitter and secondarily infected person. We identify that people infected with SARS-CoV-2 or influenza can be highly contagious for less than 1 day, congruent with peak viral load. SARS-CoV-2 super-spreader events occur when an infected person is shedding at a very high viral load and has a high number of exposed contacts. The higher predisposition of SARS-CoV-2 toward super-spreading events cannot be attributed to additional weeks of shedding relative to influenza. Rather, a person infected with SARS-CoV-2 exposes more people within equivalent physical contact networks, likely due to aerosolization.

SARS-CoV-2 is difficult to contain because many transmissions occur during the pre-symptomatic phase of infection. Moreover, in contrast to influenza, while most SARS-CoV-2 infected people do not transmit the virus to anybody, a small percentage secondarily infect large numbers of people. We designed mathematical models of SARS-CoV-2 and influenza which link observed viral shedding patterns with key epidemiologic features of each virus, including distributions of the number of secondary cases attributed to each infected person (individual R0) and the duration between symptom onset in the transmitter and secondarily infected person (serial interval). We identify that people with SARS-CoV-2 or influenza infections are usually contagious for fewer than one day congruent with peak viral load several days after infection, and that transmission is unlikely below a certain viral load. SARS-CoV-2 super-spreader events with over 10 secondary infections occur when an infected person is briefly shedding at a very high viral load and has a high concurrent number of exposed contacts. The higher predisposition of SARS-CoV-2 towards super-spreading events is not due to its 1-2 additional weeks of viral shedding relative to influenza. Rather, a person infected with SARS-CoV-2 exposes more people within equivalent physical contact networks than a person infected with influenza, likely due to aerosolization of virus. Our results support policies that limit crowd size in indoor spaces and provide viral load benchmarks for infection control and therapeutic interventions intended to prevent secondary transmission.

Abstract Remdesivir was recently demonstrated to decrease recovery time in hospitalized patients with SARS-CoV-2 infection. In rhesus macaques, early initiation of remdesivir therapy prevented pneumonia and lowered viral loads in the lung, but viral loads increased in the nasal passages five days after therapy. We developed mathematical models to explain these results. We identified that 1) drug potency is slightly higher in nasal passages than in lungs, 2) viral load decrease in lungs relative to nasal passages during therapy because of infection-dependent generation of refractory cells in the lung, 3) incomplete drug potency in the lung that decreases viral loads even slightly may allow substantially less lung damage, and 4) increases in nasal viral load may occur due to a slight blunting of peak viral load and subsequent decrease of the intensity of the innate immune response, as well as a lack of refractory cells. We also hypothesize that direct inoculation of the trachea in rhesus macaques may not recapitulate natural infection as lung damage occurs more abruptly in this model than in human infection. We demonstrate with sensitivity analysis that a drug with higher potency could completely suppress viral replication and lower viral loads abruptly in the nasal passages as well as the lung. One Sentence Summary We developed a mathematical model to explain why remdesivir has a greater antiviral effect on SARS CoV-2 in lung versus nasal passages in rhesus macaques.

Background Allogeneic haematopoietic stem-cell transplantation (allo-HSCT) markedly reduces HIV reservoirs, but the mechanisms by which this occurs are only partly understood. In this study, we aimed to describe the dynamics of virological and immunological markers of HIV persistence after allo-HSCT. Methods In this prospective observational cohort study, we analysed the viral reservoir and serological dynamics in IciStem cohort participants with HIV who had undergone allo-HSCT and were receiving antiretroviral therapy, ten of whom had received cells from donors with the CCR5Δ32 mutation. Participants from Belgium, Canada, Germany, Italy, the Netherlands, Spain, Switzerland, and the UK were included in the cohort both prospectively and retrospectively between June 1, 2014 and April 30, 2019. In the first 6 months after allo-HSCT, participants had monthly assessments, with annual assessments thereafter, with the protocol tailored to accommodate for the individual health status of each participant. HIV reservoirs were measured in blood and tissues and HIV-specific antibodies were measured in plasma. We used the Wilcoxon signed-rank test to compare data collected before and after allo-HSCT in participants for whom longitudinal data were available. When the paired test was not possible, we used the Mann-Whitney U test. We developed a mathematical model to study the factors influencing HIV reservoir reduction in people with HIV after allo-HSCT. Findings We included 30 people with HIV with haematological malignancies who received a transplant between Sept 1, 2009 and April 30, 2019 and were enrolled within the IciStem cohort and included in this analysis. HIV reservoirs in peripheral blood were reduced immediately after full donor chimerism was achieved, generally accompanied by undetectable HIV-DNA in bone marrow, ileum, lymph nodes, and cerebrospinal fluid, regardless of donor CCR5 genotype. HIV-specific antibody levels and functionality values declined more slowly than direct HIV reservoir values, decaying significantly only months after full donor chimerism. Mathematical modelling suggests that allogeneic immunity mediated by donor cells is the main viral reservoir depletion mechanism after massive reservoir reduction during conditioning chemotherapy before allo-HSCT (half-life of latently infected replication-competent cells decreased from 44 months to 1·5 months). Interpretation Our work provides, for the first time, data on the effects of allo-HSCT in the context of HIV infection. Additionally, we raise the question of which marker can serve as the last reporter of the residual viraemia, postulating that the absence of T-cell immune responses might be a more reliable marker than antibody decline after allo-HSCT. Funding amfAR (American Foundation for AIDS Research; ARCHE Program), National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, and Dutch Aidsfonds.

Chronic infection with hepatitis B and hepatitis delta viruses (HDV) is considered the most serious form of viral hepatitis due to more severe manifestations of and accelerated progression to liver fibrosis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. There is no FDA-approved treatment for HDV and current interferon-alpha treatment is suboptimal. We characterized early HDV kinetics post inoculation and incorporated mathematical modeling to provide insights into host-HDV dynamics.We analyzed HDV RNA serum viremia in 192 immunocompetent (C57BL/6) and immunodeficient (NRG) mice that did or did not transgenically express the HDV receptor - human sodium taurocholate co-transporting peptide (hNTCP).Kinetic analysis indicates an unanticipated biphasic decline consisting of a sharp first-phase and slower second-phase decline regardless of immunocompetence. HDV decline after re-inoculation again followed a biphasic decline; however, a steeper second-phase HDV decline was observed in NRG-hNTCP mice compared to NRG mice. HDV-entry inhibitor bulevirtide administration and HDV re-inoculation indicated that viral entry and receptor saturation are not major contributors to clearance, respectively. The biphasic kinetics can be mathematically modeled by assuming the existence of a non-specific binding compartment with a constant on/off-rate and the steeper second-phase decline by a loss of bound virus that cannot be returned as free virus to circulation. The model predicts that free HDV is cleared with a half-life of 18 minutes (standard error, SE: 2.4), binds to non-specific cells with a rate of 0.06 hour -1 (SE: 0.03), and returns as free virus with a rate of 0.23 hour -1 (SE: 0.03).Understanding early HDV-host kinetics will inform pre-clinical therapeutic kinetic studies on how the efficacy of anti-HDV therapeutics can be affected by early kinetics of viral decline.The persistence phase of HDV infection has been studied in some animal models, however, the early kinetics of HDV in vivo is incompletely understood. In this study, we characterize an unexpectedly HDV biphasic decline post inoculation in immunocompetent and immunodeficient mouse models and use mathematical modeling to provide insights into HDV-host dynamics. Understanding the kinetics of viral clearance in the blood can aid pre-clinical development and testing models for anti-HDV therapeutics.

Tissue-resident memory CD8 T cells (CD8 TRM) are critical for maintaining barrier immunity. CD8 TRM have been mainly studied in the skin and gut with recent studies suggesting that the signals that control tissue-residence and phenotype are highly tissue-dependent. We examined the T cell compartment in healthy human cervicovaginal tissue (CVT) and found that most CD8 T cells were granzyme B+ and TCF-1-. To address if this phenotype is driven by CVT tissue-residence, we used a mouse model to control for environmental factors. Using localized and systemic infection models, we found that CD8 TRM in the mouse CVT gradually acquired a granzyme B+, TCF-1- phenotype as seen in human CVT. In contrast to CD8 TRM in the gut, these CD8 TRM were not stably maintained regardless of the initial infection route, which led to reductions in local immunity. Our data show that residence in the CVT is sufficient to progressively shape the size and function of its CD8 TRM compartment.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Autologous, CCR5 gene-edited hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) transplantation is a promising strategy for achieving HIV remission. However, only a fraction of HSPCs can be edited ex vivo to provide protection against infection prior to autologous transplantation. The optimal transplantation conditions for achieving viral control in the absence of suppressive antiretroviral therapy (ART) are still unknown. We analyzed data from SHIV-1157ipd3N4-infected juvenile pig-tailed macaques that underwent autologous HSPC transplantation with and without CCR5 gene editing. We developed a mathematical model that recapitulates reconstitution of T cell subset counts and SHIV plasma viral loads in control and transplanted macaques. The model predicts that viral control can be obtained following ART treatment interruption (ATI) when: 1) levels of transplanted HSPCs are at least 10-fold higher than residual endogenous HSPCs after total body irradiation and 2) the fraction of protected HSPCs in the transplant achieves a threshold (73%-90%) sufficient to overcome transplantation-dependent loss of SHIV immunity. Under these conditions, if ATI is withheld until transplanted gene-modified cells engraft and reconstitute to a steady state, then spontaneous viral control is projected to occur immediately. Our results support strategies that 1) increase stem cell dose, 2) enhance potency of conditioning regimen, 3) elevate fraction of gene modified SHIV-resistant cells, 4) extend periods between HSPC transplantation and ATI with tracking of CD4+CCR5- cell recovery and / or 5) augment anti-SHIV immunity to achieve sustained SHIV remission.One Sentence Summary Autologous transplantation of ΔCCR5 HSPCs may induce post-ATI SHIV control when the gene-edited cell dose is sufficient to overcome SHIV immunity loss.