Abstract In 2011, an unidentified disease in cattle was reported in Germany and the Netherlands. Clinical signs included fever, decreased milk production, and diarrhea. Metagenomic analysis identified a novel orthobunyavirus, which subsequently was isolated from blood of affected animals. Surveillance was initiated to test malformed newborn animals in the affected region.

BackgroundIn December, 2019, a novel zoonotic severe acute respiratory syndrome-related coronavirus emerged in China. The novel severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) became pandemic within weeks and the number of human infections and severe cases is increasing. We aimed to investigate the susceptibilty of potential animal hosts and the risk of anthropozoonotic spill-over infections.MethodsWe intranasally inoculated nine fruit bats (Rousettus aegyptiacus), ferrets (Mustela putorius), pigs (Sus scrofa domesticus), and 17 chickens (Gallus gallus domesticus) with 105 TCID50 of a SARS-CoV-2 isolate per animal. Direct contact animals (n=3) were included 24 h after inoculation to test viral transmission. Animals were monitored for clinical signs and for virus shedding by nucleic acid extraction from nasal washes and rectal swabs (ferrets), oral swabs and pooled faeces samples (fruit bats), nasal and rectal swabs (pigs), or oropharyngeal and cloacal swabs (chickens) on days 2, 4, 8, 12, 16, and 21 after infection by quantitative RT-PCR (RT-qPCR). On days 4, 8, and 12, two inoculated animals (or three in the case of chickens) of each species were euthanised, and all remaining animals, including the contacts, were euthanised at day 21. All animals were subjected to autopsy and various tissues were collected for virus detection by RT-qPCR, histopathology immunohistochemistry, and in situ hybridisation. Presence of SARS-CoV-2 reactive antibodies was tested by indirect immunofluorescence assay and virus neutralisation test in samples collected before inoculation and at autopsy.FindingsPigs and chickens were not susceptible to SARS-CoV-2. All swabs, organ samples, and contact animals were negative for viral RNA, and none of the pigs or chickens seroconverted. Seven (78%) of nine fruit bats had a transient infection, with virus detectable by RT-qPCR, immunohistochemistry, and in situ hybridisation in the nasal cavity, associated with rhinitis. Viral RNA was also identified in the trachea, lung, and lung-associated lymphatic tissue in two animals euthanised at day 4. One of three contact bats became infected. More efficient virus replication but no clinical signs were observed in ferrets, with transmission to all three direct contact animals. Mild rhinitis was associated with viral antigen detection in the respiratory and olfactory epithelium. Prominent viral RNA loads of 0–104 viral genome copies per mL were detected in the upper respiratory tract of fruit bats and ferrets, and both species developed SARS-CoV-2-reactive antibodies reaching neutralising titres of up to 1/1024 after 21 days.InterpretationPigs and chickens could not be infected intranasally by SARS-CoV-2, whereas fruit bats showed characteristics of a reservoir host. Virus replication in ferrets resembled a subclinical human infection with efficient spread. Ferrets might serve as a useful model for further studies—eg, testing vaccines or antivirals.FundingGerman Federal Ministry of Food and Agriculture.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in China at the end of 2019, and became pandemic. The zoonotic virus most likely originated from bats, but definite intermediate hosts have not yet been identified. Raccoon dogs ( Nyctereutes procyonoides ) are kept for fur production, in particular in China, and were suspected as potential intermediate host for both SARS-CoV6 and SARS-CoV2. Here we demonstrate susceptibility of raccoon dogs for SARS-CoV-2 infection after intranasal inoculation and transmission to direct contact animals. Rapid, high level virus shedding, in combination with minor clinical signs and pathohistological changes, seroconversion and absence of viral adaptation highlight the role of raccoon dogs as a potential intermediate host. The results are highly relevant for control strategies and emphasize the risk that raccoon dogs may represent a potential SARS-CoV-2 reservoir. Our results support the establishment of adequate surveillance and risk mitigation strategies for kept and wild raccoon dogs. Article Summary Line Raccoon dogs are susceptible to and efficiently transmit SARS-CoV2 and may serve as intermediate host

Abstract Emerging variants of concern (VOCs) drive the SARS-CoV-2 pandemic. We assessed VOC B.1.1.7, now prevalent in several countries, and VOC B.1.351, representing the greatest threat to populations with immunity to the early SARS-CoV-2 progenitors. B.1.1.7 showed a clear fitness advantage over the progenitor variant (wt-S 614G ) in ferrets and two mouse models, where the substitutions in the spike glycoprotein were major drivers for fitness advantage. In the “superspreader” hamster model, B.1.1.7 and wt-S 614G had comparable fitness, whereas B.1.351 was outcompeted. The VOCs had similar replication kinetics as compared to wt-S 614G in human airway epithelial cultures. Our study highlights the importance of using multiple models for complete fitness characterization of VOCs and demonstrates adaptation of B.1.1.7 towards increased upper respiratory tract replication and enhanced transmission in vivo. Summary sentence B.1.1.7 VOC outcompetes progenitor SARS-CoV-2 in upper respiratory tract replication competition in vivo.

Abstract The visualization of viral pathogens in infected tissues is an invaluable tool to understand spatial virus distribution, localization, and cell tropism in vivo . Commonly, virus-infected tissues are analyzed using conventional immunohistochemistry in paraffin-embedded thin sections. Here, we demonstrate the utility of volumetric three-dimensional (3D) immunofluorescence imaging using tissue optical clearing and light sheet microscopy to investigate host-pathogen interactions of pandemic SARS-CoV-2 in ferrets at a mesoscopic scale. The superior spatial context of large, intact samples (> 150 mm 3 ) allowed detailed quantification of interrelated parameters like focus-to-focus distance or SARS-CoV-2-infected area, facilitating an in-depth description of SARS-CoV-2 infection foci. Accordingly, we could confirm a preferential infection of the ferret upper respiratory tract by SARS-CoV-2 and emphasize a distinct focal infection pattern in nasal turbinates. Conclusively, we present a proof-of-concept study for investigating critically important respiratory pathogens in their spatial tissue morphology and demonstrate the first specific 3D visualization of SARS-CoV-2 infection.

Abstract Variant of concern (VOC) Omicron-BA1 has achieved global predominance in early 2022. Therefore, surveillance and comprehensive characterization of Omicron-BA.1 in advanced primary cell culture systems and multiple animal models is urgently needed. Here, we characterized Omicron-BA.1 and recombinant Omicron-BA.1 spike gene mutants in comparison with VOC Delta in well-differentiated primary human nasal and bronchial epithelial cells in vitro, followed by in vivo fitness characterization in naïve hamsters, ferrets and hACE2-expressing mice, and in immunized hACE2-mice. We demonstrate a spike-mediated enhancement of early replication of Omicron-BA.1 in nasal epithelial cultures, but limited replication in bronchial epithelial cultures. In Syrian hamsters, Delta showed dominance over Omicron-BA.1 and in ferrets, Omicron-BA.1 infection was abortive. In mice expressing the authentic hACE2-receptor, Delta and a Delta spike clone also showed dominance over Omicron-BA.1 and an Omicron-BA.1 spike clone, respectively. Interestingly, in naïve K18-hACE2 mice, we observed Delta spike-mediated increased replication and pathogenicity and Omicron-BA.1 spike-mediated reduced replication and pathogenicity, suggesting that the spike gene is a major determinant of both Delta and Omicron-BA.1 replication and pathogenicity. Finally, the Omicron-BA.1 spike clone was less well controlled by mRNA-vaccination in K18-hACE2-mice and became more competitive compared to the progenitor and Delta spike clones, suggesting that spike gene-mediated immune evasion is another important factor that led to Omicron-BA.1 dominance.

Abstract The ongoing severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) pandemic necessitates the fast development of vaccines as the primary control option. Recently, viral mutants termed “variants of concern” (VOC) have emerged with the potential to escape host immunity. VOC B.1.351 was first discovered in South Africa in late 2020, and causes global concern due to poor neutralization with propensity to evade preexisting immunity from ancestral strains. We tested the efficacy of a spike encoding mRNA vaccine (CVnCoV) against the ancestral strain BavPat1 and the novel VOC B.1.351 in a K18-hACE2 transgenic mouse model. Naive mice and mice immunized with formalin-inactivated SARS-CoV-2 preparation were used as controls. mRNA-immunized mice developed elevated SARS-CoV-2 RBD-specific antibody as well as neutralization titers against the ancestral strain BavPat1. Neutralization titers against VOC B.1.351 were readily detectable but significantly reduced compared to BavPat1. VOC B.1.351-infected control animals experienced a delayed course of disease, yet nearly all SARS-CoV-2 challenged naïve mice succumbed with virus dissemination and high viral loads. CVnCoV vaccine completely protected the animals from disease and mortality caused by either viral strain. Moreover, SARS-CoV-2 was not detected in oral swabs, lung, or brain in these groups. Only partial protection was observed in mice receiving the formalin-inactivated virus preparation. Despite lower neutralizing antibody titers compared to the ancestral strain BavPat1, CVnCoV shows complete disease protection against the novel VOC B.1.351 in our studies.

Abstract In 2020, African swine fever (ASF) was first notified in German wild boar, reaching a case number of about 4200 to date. Upon experimental infection, pathology is well-documented, however, data on field infections are very scarce in domestic pigs and not available from wild boar, respectively. Although ASF viral genome is considered exceptionally stable, a total of five lineages with 10 distinct virus variants of genotype II have emerged in Eastern Germany. To investigate the pathology in naturally infected wild boar and to evaluate virus variants II, III and IV for their virulence, wild boar carcasses were obtained from three different outbreak areas. The cadavers underwent virological and pathomorphological investigation. Regardless of the virus variant all wild boar revealed characteristic lesions of highest severity indicative for ASF. However, wild boar infected with variant IV from Spree-Neiße (SN) district showed lower viral genome loads and a lower total viral antigen score, but simultaneously revealed more chronic lesions. Our findings indicate a protracted course of the disease at least after infection with variant IV, but need confirmation under standardized experimental conditions. There is a strong need to monitor differences in the virulence among variants to identify potential attenuation that might complicate diagnosis.

Abstract SARS-CoV-2 is a highly contagious respiratory virus and the causative agent for COVID-19. The severity of disease varies from mildly symptomatic to lethal and shows an extraordinary correlation with increasing age, which represents the major risk factor for severe COVID-19 1 . However, the precise pathomechanisms leading to aggravated disease in the elderly are currently unknown. Delayed and insufficient antiviral immune responses early after infection as well as dysregulated and overshooting immunopathological processes late during disease were suggested as possible mechanisms. Here we show that the age-dependent increase of COVID-19 severity is caused by the disruption of a timely and well-coordinated innate and adaptive immune response due to impaired interferon (IFN) responses. To overcome the limitations of mechanistic studies in humans, we generated a mouse model for severe COVID-19 and compared the kinetics of the immune responses in adult and aged mice at different time points after infection. Aggravated disease in aged mice was characterized by a diminished IFN-γ response and excessive virus replication. Accordingly, adult IFN-γ receptor-deficient mice phenocopied the age-related disease severity and supplementation of IFN-γ reversed the increased disease susceptibility of aged mice. Mimicking impaired type I IFN immunity in adult and aged mice, a second major risk factor for severe COVID-19 2–4 , we found that therapeutic treatment with IFN-λ in adult and a combinatorial treatment with IFN-γ and IFN-λ in aged Ifnar1 -/- mice was highly efficient in protecting against severe disease. Our findings provide an explanation for the age-dependent disease severity of COVID-19 and clarify the nonredundant antiviral functions of type I, II and III IFNs during SARS-CoV-2 infection in an age-dependent manner. Based on our data, we suggest that highly vulnerable individuals combining both risk factors, advanced age and an impaired type I IFN immunity, may greatly benefit from immunotherapy combining IFN-γ and IFN-λ.

Abstract We identified a rustrela virus variant in a wild mountain lion (Puma concolor) in Colorado, USA. The animal had clinical signs and histologic lesions compatible with staggering disease. Considering its wide host range in Europe, rustrela virus should be considered as a cause for neurologic diseases among mammal species in North America.