ABSTRACT Camelids are economically and socially important in several parts of the world and might carry pathogens with epizootic or zoonotic potential. However, biological research in these species is limited due to lack of reagents. Here, we developed RT-qPCR assays to quantify a panel of camelid innate and adaptive immune response genes, which can be monitored in a single run. Validation of the assays was performed with PHA, PMA-ionomycin, and Poly I:C-stimulated PBMCs from alpaca, dromedary camel and llama, including normalization by multiple reference genes. Further, comparative gene expression analyses for the different camelid species were performed by a unique microfluidic qPCR assay. Compared to unstimulated samples, PHA and PMA-ionomycin stimulation elicited robust Th1 and Th2 responses in PBMCs from camelid species. Additional activation of type I and type III IFN signalling pathways was described exclusively in PHA-stimulated dromedary lymphocytes, in contrast to those from alpaca and llama. We also found that PolyI:C stimulation induced robust antiviral response genes in alpaca PBMCs. The proposed methodology should be useful for the measurement of immune responses to infection or vaccination in camelid species.

Abstract Reinfections with SARS-CoV-2 have already been documented in humans, although its real incidence is currently unknown. Besides having great impact on public health, this phenomenon raises the question if immunity generated by a single infection is sufficient to provide sterilizing/protective immunity to a subsequent SARS-CoV-2 re-exposure. The Golden Syrian hamster is a manageable animal model to explore immunological mechanisms able to counteract COVID-19, as it recapitulates pathological aspects of mild to moderately affected patients. Here, we report that SARS-CoV-2-inoculated hamsters resolve infection in the upper and lower respiratory tracts within seven days upon inoculation with the Cat01 (G614) SARS-CoV-2 isolate. Three weeks after primary challenge, and despite high titers of neutralizing antibodies, half of the animals were susceptible to reinfection by both identical (Cat01, G614) and variant (WA/1, D614) SARS-CoV-2 isolates. However, upon re-inoculation, only nasal tissues were transiently infected with much lower viral replication than those observed after the first inoculation. These data indicate that a primary SARS-CoV-2 infection is not sufficient to elicit a sterilizing immunity in hamster models but protects against lung disease.

ABSTRACT While MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome Coronavirus) provokes a lethal disease in humans, camelids, the main virus reservoir, are asymptomatic carriers, suggesting a crucial role for innate immune responses in controlling the infection. Experimentally infected camelids clear infectious virus within one week and mount an effective adaptive immune response. Here, transcription of immune response genes was monitored in the respiratory tract of MERS-CoV infected alpacas. Concomitant to the peak of infection, occurring at 2 days post inoculation (dpi), type I and III interferons (IFNs) were maximally transcribed only in the nasal mucosa of alpacas, provoking the induction of interferon stimulated genes (ISGs) along the whole respiratory tract. Simultaneous to mild focal infiltration of leukocytes in nasal mucosa and submucosa, upregulation of the anti-inflammatory cytokine IL10 and dampened transcription of pro-inflammatory genes under NF-κB control were observed. In the lung, early (1 dpi) transcription of chemokines (CCL2 and CCL3) correlated with a transient accumulation of mainly mononuclear leukocytes. A tight regulation of IFNs in lungs with expression of ISGs and controlled inflammatory responses, might contribute to virus clearance without causing tissue damage. Thus, the nasal mucosa, the main target of MERS-CoV in camelids, is central in driving an efficient innate immune response based on triggering ISGs as well as the dual anti-inflammatory effects of type III IFNs and IL10. IMPORTANCE Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is the etiological agent of a respiratory disease causing high mortality in humans. In camelids, the main MERS-CoV reservoir host, viral infection leads to subclinical disease. Our study describes transcriptional regulations of innate immunological pathways underlying asymptomatic clinical manifestations of alpacas in response to MERS-CoV. Concomitant to the peak of infection, these animals elicited a strong transient interferon response and induction of the anti-inflammatory cytokine IL10 in the nasal mucosa. This was associated to a dimmed regulation of pro-inflammatory cytokines and induction of interferon stimulated genes along the whole respiratory mucosa, leading to the rapid clearance of the virus. Thus, innate immune responses occurring in the nasal mucosa appear to be the key in controlling MERS-CoV disease by avoiding a cytokine storm. Understanding on how asymptomatic host reservoirs counteract MERS-CoV infection will aid in the development of antiviral drugs and vaccines.

Abstract While MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome Coronavirus) provokes a lethal disease in humans, camelids, the main virus reservoir, are asymptomatic carriers, suggesting a crucial role for innate immune responses in controlling the infection. Experimentally infected camelids clear infectious virus within one week and mount an effective adaptive immune response. Here, transcription of immune response genes was monitored in the respiratory tract of MERS-CoV infected alpacas. Concomitant to the peak of infection, occurring at 2 days post inoculation (dpi), type I and III interferons (IFNs) were maximally transcribed only in the nasal mucosa of alpacas, provoking the induction of interferon stimulated genes (ISGs) along the whole respiratory tract. Simultaneous to mild focal infiltration of leukocytes in nasal mucosa and submucosa, upregulation of the anti-inflammatory cytokine IL10 and dampened transcription of pro-inflammatory genes under NF-κB control were observed. In the lung, early (1 dpi) transcription of chemokines (CCL2 and CCL3) correlated with a transient accumulation of mainly mononuclear leukocytes. A tight regulation of IFNs in lungs with expression of ISGs and controlled inflammatory responses, might contribute to virus clearance without causing tissue damage. Thus, the nasal mucosa, the main target of MERS-CoV in camelids, is central in driving an efficient innate immune response based on triggering ISGs as well as the dual anti-inflammatory effects of type III IFNs and IL10. Author summary Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is the etiological agent of a respiratory disease causing high mortality in humans. In camelids, the main MERS-CoV reservoir host, viral infection leads to subclinical disease. Our study describes transcriptional regulations of innate immunological pathways underlying asymptomatic clinical manifestations of alpacas in response to MERS-CoV. Concomitant to the peak of infection, these animals elicited a strong transient interferon response and induction of the anti-inflammatory cytokine IL10 in the nasal mucosa. This was associated to a dimmed regulation of pro-inflammatory cytokines and induction of interferon stimulated genes along the whole respiratory mucosa, leading to the rapid clearance of the virus. Thus, innate immune responses occurring in the nasal mucosa appear to be the key in controlling MERS-CoV disease by avoiding a cytokine storm. Understanding on how asymptomatic host reservoirs counteract MERS-CoV infection will aid in the development of antiviral drugs and vaccines.