Antibodies block Ebola virus entry The recent Ebola virus outbreak in West Africa illustrates the need for both an effective vaccine and therapies to treat infected individuals. Corti et al. isolated two monoclonal antibodies from a survivor of the 1995 Kikwit outbreak and demonstrated their therapeutic efficacy in Ebola virus–infected macaques. In fact, one antibody protected macaques when it was given up to 5 days after infection. Misasi et al. solved the crystal structures of fragments of the two antibodies bound to the Ebola virus glycoprotein (GP), which mediates viral cell entry. The two antibodies targeted different regions of GP, but in both cases blocked steps required for viral entry. Science , this issue pp. 1339 & 1343

Abstract Early pathogen exposure detection allows better patient care and faster implementation of public health measures (patient isolation, contact tracing). Existing exposure detection most frequently relies on overt clinical symptoms, namely fever, during the infectious prodromal period. We have developed a robust machine learning based method to better detect asymptomatic states during the incubation period using subtle, sub-clinical physiological markers. Starting with high-resolution physiological waveform data from non-human primate studies of viral (Ebola, Marburg, Lassa, and Nipah viruses) and bacterial ( Y. pestis ) exposure, we processed the data to reduce short-term variability and normalize diurnal variations, then provided these to a supervised random forest classification algorithm and post-classifier declaration logic step to reduce false alarms. In most subjects detection is achieved well before the onset of fever; subject cross-validation across exposure studies (varying viruses, exposure routes, animal species, and target dose) lead to 51h mean early detection (at 0.93 area under the receiver-operating characteristic curve [AUCROC]). Evaluating the algorithm against entirely independent datasets for Lassa, Nipah, and Y. pestis exposures un-used in algorithm training and development yields a mean 51h early warning time (at AUCROC=0.95). We discuss which physiological indicators are most informative for early detection and options for extending this capability to limited datasets such as those available from wearable, non-invasive, ECG-based sensors.

Abstract Infection with Sudan virus (SUDV) is characterized by an aggressive disease course with case fatality rates between 40-100% and no approved vaccines or therapeutics. SUDV causes sporadic outbreaks in sub-Saharan Africa, including a recent outbreak in Uganda which has resulted in over 100 confirmed cases in one month. Prior vaccine and therapeutic efforts have historically prioritized Ebola virus (EBOV), leading to a significant gap in available treatments. Two vaccines, Erbevo ® and Zabdeno ® /Mvabea ® , are licensed for use against EBOV but are ineffective against SUDV. Recombinant adenovirus vector vaccines have been shown to be safe and effective against filoviruses, but efficacy depends on having low seroprevalence to the vector in the target human population. For this reason, and because of an excellent safety and immunogenicity profile, ChAd3 was selected as a superior vaccine vector. Here, a ChAd3 vaccine expressing the SUDV glycoprotein (GP) was evaluated for immunogenicity and efficacy in nonhuman primates. We demonstrate that a single dose of ChAd3-SUDV confers acute and durable protection against lethal SUDV challenge with a strong correlation between the SUDV GP-specific antibody titers and survival outcome. Additionally, we show that a bivalent ChAd3 vaccine encoding the GP from both EBOV and SUDV protects against both parenteral and aerosol lethal SUDV challenge. Our data indicate that the ChAd3-SUDV vaccine is a suitable candidate for a prophylactic vaccination strategy in regions at high risk of filovirus outbreaks. One Sentence Summary: A single-dose of ChAd3 vaccine protected macaques from lethal challenge with Sudan virus (SUDV) by parenteral and aerosol routes of exposure.

ABSTRACT Most alphaviruses are mosquito-borne and can cause severe disease in humans and domesticated animals. In North America, eastern equine encephalitis virus (EEEV) is an important human pathogen with case fatality rates of 30-90%. Currently, there are no therapeutics or vaccines to treat and/or prevent human infection. One critical impediment in countermeasure development is the lack of insight into clinically relevant parameters in a susceptible animal model. This study examined the disease course of EEEV in a cynomolgus macaque model utilizing advanced telemetry technology to continuously and simultaneously measure temperature, respiration, activity, heart rate, blood pressure, electrocardiogram (ECG), and electroencephalography (EEG) following an aerosol challenge at 7.0 log 10 PFU. Following challenge, all parameters were rapidly and substantially altered with peak alterations from baseline ranged as follows: temperature (+3.0-4.2 °C), respiration rate (+56-128%), activity (+15-76% daytime and +5-22% nighttime), heart rate (+67-190%), systolic (+44-67%) and diastolic blood pressure (+45-80%). Cardiac abnormalities comprised of alterations in QRS and PR duration, QTc Bazett, T wave morphology, amplitude of the QRS complex, and sinoatrial arrest. An unexpected finding of the study was the first documented evidence of a critical cardiac event as an immediate cause of euthanasia in one NHP. All brain waves were rapidly (12-24 hpi) and profoundly altered with increases of up to 6,800% and severe diffuse slowing of all waves with decreases of ∼99%. Lastly, all NHPs exhibited disruption of the circadian rhythm, sleep, and food/fluid intake. Accordingly, all NHPs met the euthanasia criteria by ∼106-140 hpi. This is the first of its kind study utilizing state of the art telemetry to investigate multiple clinical parameters relevant to human EEEV infection in a susceptible cynomolgus macaque model. The study provides critical insights into EEEV pathogenesis and the parameters identified will improve animal model development to facilitate rapid evaluation of vaccines and therapeutics. Author Summary In North America, EEEV causes the most severe mosquito-borne disease in humans highlighted by fatal encephalitis and permeant debilitating neurological sequelae in survivors. The first confirmed human cases were reported more than 80 years ago and since then multiple sporadic outbreaks have occurred including one of the largest in 2019. Unfortunately, most human infections are diagnosed at the on-set of severe neurological symptoms and consequently a detailed disease course in humans is lacking. This gap in knowledge is a significant obstacle in the development of appropriate animal models to evaluate countermeasures. Here, we performed a cutting-edge study by utilizing a new telemetry technology to understand the course of EEEV infection in a susceptible macaque model by measuring multiple physiological parameters relevant to human disease. Our study demonstrates that the infection rapidly produces considerable alterations in many critical parameters including the electrical activity of the heart and the brain leading to severe disease. The study also highlights the extraordinary potential of new telemetry technology to develop the next generation of animal models in order to comprehensively investigate pathogenesis as well as evaluate countermeasures to treat and/or prevent EEEV disease.

ABSTRACT Eastern equine encephalitis virus (EEEV) is mosquito-borne virus that produces fatal encephalitis in humans. We recently conducted a first of its kind study to investigate EEEV clinical disease course following aerosol challenge in a cynomolgus macaque model utilizing the state of the art telemetry to measure critical physiological parameters. Following challenge, all parameters were rapidly and profoundly altered, and all nonhuman primates (NHPs) met the euthanasia criteria. In this study, we performed the first comprehensive pathology investigation of tissues collected at euthanasia to gain insights into EEEV pathogenesis. Viral RNA and proteins as well as microscopic lesions were absent in the visceral organs. In contrast, viral RNA and proteins were readily detected throughout the brain including autonomic nervous system (ANS) control centers and spinal cord. However, despite presence of viral RNA and proteins, majority of the brain and spinal cord tissues exhibited minimal or no microscopic lesions. The virus tropism was restricted primarily to neurons, and virus particles (~61-68 nm) were present within axons of neurons and throughout the extracellular spaces. However, active virus replication was absent or minimal in majority of the brain and was limited to regions proximal to the olfactory tract. These data suggest that EEEV initially replicates in/near the olfactory bulb following aerosol challenge and is rapidly transported to distal regions of the brain by exploiting the neuronal axonal transport system to facilitate neuron-to-neuron spread. Once within the brain, the virus gains access to the ANS control centers likely leading to disruption and/or dysregulation of critical physiological parameters to produce severe disease. Moreover, the absence of microscopic lesions strongly suggests that the underlying mechanism of EEEV pathogenesis is due to neuronal dysfunction rather than neuronal death. This study is the first comprehensive investigation of EEEV clinical disease course and pathogenesis in a NHP model and will provide significant insights into the evaluation of countermeasure. Author Summary EEEV is an arbovirus endemic in parts of North America and is able to produce fatal encephalitis in humans and domesticated animals. Despite multiple human outbreaks during the last 80 years, there are still no therapeutic or vaccines to treat or prevent human disease. One critical obstacle in the development of effective countermeasure is the lack of insights into EEEV pathogenesis in a susceptible animal host. We recently conducted a study in cynomolgus macaques to investigate the disease course by measuring clinical parameters relevant to humans. Following infection, these parameters were rapidly and profoundly altered leading to severe disease. In this study, we examined the potential mechanisms that underlie pathogenesis to cause severe disease. The virus was present in many parts of the brain and spinal cord, however, little or no pathological lesions as well as active virus replication were observed. Additionally, neurons were the predominant target of EEEV and virus transport was facilitated by axonal transport system to spread neuron-to-neuron throughout the brain and spinal cord. These data show that EEEV likely hijacks host cell transport system to rapidly spread in the brain and local/global neuronal dysfunction rather than death is the principal cause of severe disease.