Abstract Infection with Asian-lineage Zika virus (ZIKV) has been associated with Guillain–Barré syndrome and fetal abnormalities, but the underlying mechanisms remain poorly understood. Animal models of infection are thus urgently needed. Here we show that rhesus macaques are susceptible to infection by an Asian-lineage ZIKV closely related to strains currently circulating in the Americas. Following subcutaneous inoculation, ZIKV RNA is detected in plasma 1 day post infection (d.p.i.) in all animals ( N =8, including 2 pregnant animals), and is also present in saliva, urine and cerebrospinal fluid. Non-pregnant and pregnant animals remain viremic for 21 days and for up to at least 57 days, respectively. Neutralizing antibodies are detected by 21 d.p.i. Rechallenge 10 weeks after the initial challenge results in no detectable virus replication, indicating protective immunity against homologous strains. Therefore, Asian-lineage ZIKV infection of rhesus macaques provides a relevant animal model for studying pathogenesis and evaluating potential interventions against human infection, including during pregnancy.

After its emergence in Wuhan, China, in late November or early December 2019, the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) virus rapidly spread globally. Genome sequencing of SARS-CoV-2 allows the reconstruction of its transmission history, although this is contingent on sampling. We analyzed 453 SARS-CoV-2 genomes collected between 20 February and 15 March 2020 from infected patients in Washington state in the United States. We find that most SARS-CoV-2 infections sampled during this time derive from a single introduction in late January or early February 2020, which subsequently spread locally before active community surveillance was implemented.

Seasonal influenza vaccines offer little protection against pandemic influenza virus strains. It is difficult to create effective prepandemic vaccines because it is uncertain which influenza virus subtype will cause the next pandemic. In this work, we developed a nucleoside-modified messenger RNA (mRNA)–lipid nanoparticle vaccine encoding hemagglutinin antigens from all 20 known influenza A virus subtypes and influenza B virus lineages. This multivalent vaccine elicited high levels of cross-reactive and subtype-specific antibodies in mice and ferrets that reacted to all 20 encoded antigens. Vaccination protected mice and ferrets challenged with matched and mismatched viral strains, and this protection was at least partially dependent on antibodies. Our studies indicate that mRNA vaccines can provide protection against antigenically variable viruses by simultaneously inducing antibodies against multiple antigens.

Abstract The recent emergence of divergent SARS-CoV-2 lineages has raised concerns about the role of selection within individual hosts in propagating novel variants. Of particular concern are variants associated with immune escape and/or enhanced transmissibility. Though growing evidence suggests that novel variants can arise during prolonged infections, most infections are acute. Understanding the extent to which variants emerge and transmit among acutely infected hosts is therefore critical for predicting the pace at which variants resistant to vaccines or conferring increased transmissibility might emerge in the majority of SARS-CoV-2 infections. To characterize how within-host diversity is generated and propagated, we combine extensive laboratory and bioinformatic controls with metrics of within- and between-host diversity to 133 SARS-CoV-2 genomes from acutely infected individuals. We find that within-host diversity during acute infection is low and transmission bottlenecks are narrow, with very few viruses founding most infections. Within-host variants are rarely transmitted, even among individuals within the same household. Accordingly, we also find that within-host variants are rarely detected along phylogenetically linked infections in the broader community. Together, these findings suggest that efficient selection and transmission of novel SARS-CoV-2 variants is unlikely during typical, acute infection. One Sentence Summary Patterns of SARS-CoV-2 within hosts suggest efficient selection and transmission of novel variants is unlikely during typical, acute infection.

Infection with Asian lineage Zika virus has been associated with Guillain-Barré syndrome and fetal abnormalities 1–4 , but the mechanisms and risk factors for these outcomes remain unknown. Here we show that rhesus macaques are susceptible to infection by an Asian-lineage virus closely related to strains currently circulating in the Americas. Following subcutaneous inoculation, Zika virus RNA was detected in plasma one day post-infection (dpi) in all animals (N = 8, including 2 animals infected during the first trimester of pregnancy). Plasma viral loads peaked above 1 × 10 5 viral RNA copies/mL in seven of eight animals. Viral RNA was also present in saliva, urine, and cerebrospinal fluid (CSF), consistent with case reports from infected humans. Viral RNA was cleared from plasma and urine by 21 dpi in non-pregnant animals. In contrast, both pregnant animals remained viremic longer, up to 57 days. In all animals, infection was associated with transient increases in proliferating natural killer cells, CD8+ T cells, CD4+ T cells, and plasmablasts. Neutralizing antibodies were detected in all animals by 21 dpi. Rechallenge of three non-pregnant animals with the Asian-lineage Zika virus 10 weeks after the initial challenge resulted in no detectable virus replication, suggesting that primary Zika virus infection elicits protective immunity against homologous virus strains. These data establish that Asian-lineage Zika virus infection of rhesus macaques provides a relevant animal model for studying pathogenesis in pregnant and non-pregnant individuals and evaluating potential interventions against human infection, including during pregnancy.

H5 influenza is a potential pandemic threat. Previous studies have identified molecular phenotypes of the viral hemagglutinin (HA) protein that contribute to pandemic risk, including cell entry, receptor preference, HA stability, and reduced neutralization by polyclonal sera. Here we use pseudovirus deep mutational scanning to measure how all mutations to a clade 2.3.4.4b H5 HA affect each phenotype. We identify mutations that allow HA to better bind a2-6-linked sialic acids, and show that some viruses already carry mutations that stabilize HA. We also identify recent viral strains with reduced neutralization to sera elicited by candidate vaccine virus. Overall, the systematic nature of deep mutational scanning combined with the safety of pseudoviruses enables comprehensive characterization of mutations to inform surveillance of H5 influenza.

Abstract Avian influenza viruses (AIVs) periodically cross species barriers and infect humans. The likelihood that an AIV will evolve mammalian transmissibility depends on acquiring and selecting mutations during spillover, but data from natural infection is limited. We analyze deep sequencing data from infected humans and domestic ducks in Cambodia to examine how H5N1 viruses evolve during spillover. Overall, viral populations in both species are predominated by low-frequency (<10%) variation shaped by purifying selection and genetic drift, and half of the variants detected within-host are never detected on the H5N1 virus phylogeny. However, we do detect a subset of mutations linked to human receptor binding and replication (PB2 E627K, HA A150V, and HA Q238L) that arose in multiple, independent humans. PB2 E627K and HA A150V were also enriched along phylogenetic branches leading to human infections, suggesting that they are likely human-adaptive. Our data show that H5N1 viruses generate putative human-adapting mutations during natural spillover infection, many of which are detected at >5% frequency within-host. However, short infection times, genetic drift, and purifying selection likely restrict their ability to evolve extensively during a single infection. Applying evolutionary methods to sequence data, we reveal a detailed view of H5N1 virus adaptive potential, and develop a foundation for studying host-adaptation in other zoonotic viruses. Author summary H5N1 avian influenza viruses can cross species barriers and cause severe disease in humans. H5N1 viruses currently cannot replicate and transmit efficiently among humans, but animal infection studies and modeling experiments have suggested that human adaptation may require only a few mutations. However, data from natural spillover infection has been limited, posing a challenge for risk assessment. Here, we analyze a unique dataset of deep sequence data from H5N1 virus-infected humans and domestic ducks in Cambodia. We find that well-known markers of human receptor binding and replication arise in multiple, independent humans. We also find that 3 mutations detected within-host are enriched along phylogenetic branches leading to human infections, suggesting that they are likely human-adapting. However, we also show that within-host evolution in both humans and ducks are shaped heavily by purifying selection and genetic drift, and that a large fraction of within-host variation is never detected on the H5N1 phylogeny. Taken together, our data show that H5N1 viruses do generate human-adapting mutations during natural infection. However, short infection times, purifying selection, and genetic drift may severely limit how much H5N1 viruses can evolve during the course of a single infection.

ABSTRACT The H3N2 canine influenza virus (CIV) emerged from an avian reservoir in Asia around 2004. As the virus has now been circulating entirely among dogs for 20 years, we here update our understanding of the evolution of virus in its new host. As a host-switched virus, H3N2 CIV will also reveal any host-adaptive changes arising during thousands of infections within its new host, and our analysis showed that the virus has evolved at a constant rate. CIV was first introduced into North America in 2015 from Korea, and we specifically examined the epidemiology of the virus among dogs in North America since then, including local outbreaks, regional die-outs, and repeated reintroduction from Asia. The H3N2 CIV now appears endemic only in China after dying out in South Korea around 2017. Virus lineages circulating in China appear to have seeded the most recent US outbreaks – with 2 or 3 introductions into North America during the past 3 years. Combining clinical reports, diagnostic testing data, and analysis of viral genomes we show that the virus spreads rapidly among dogs in kennels and shelters in different regions – likely dying out locally after all those animals become infected and immune. The overall epidemic therefore requires longer-distance dispersal of virus to initiate outbreaks in new locations. Patterns of spread in the USA may select viruses most adapted to those dense populations, which may lack the properties required for efficient long-distance transfers to other dog populations that would keep the virus in prolonged circulation. IMPORTANCE Viruses occasionally jump into new hosts to cause epidemics and may spread widely due to movement of humans or animals, or their viruses, with profound consequences for global health. The emergence and epidemiology of new epidemic viruses in companion animals provides a model for understanding disease dynamics and evolution. The H3N2 canine influenza virus arose from an avian virus, and infected dogs provide many opportunities for human exposure. H3N2 CIV transmission is dominated by fast-moving outbreaks within dense populations in animal shelters or kennels, while sustaining the epidemic likely requires movement of virus to more distant dog populations. Viral spread within North Americahas only been sustained for a few years at a time after which the virus dies out. The epidemiological and evolutionary dynamics of this virus in this structured host population shows how an acute respiratory pathogen can emerge and spread in a new host and population.

Viruses like influenza are infamous for their ability to adapt to new hosts. Retrospective studies of natural zoonoses and passaging in the lab have identified a modest number of host-adaptive mutations. However, it is unclear if these mutations represent all ways that influenza can adapt to a new host. Here we take a prospective approach to this question by completely mapping amino-acid mutations to the avian influenza virus polymerase protein PB2 that enhance growth in human cells. We identify numerous previously uncharacterized human-adaptive mutations. These mutations cluster on PB2's surface, highlighting potential interfaces with host factors. Some previously uncharacterized adaptive mutations occur in avian-to-human transmission of H7N9 influenza, showing their importance for natural virus evolution. But other adaptive mutations do not occur in nature because they are inaccessible via single-nucleotide mutations. Overall, our work shows how selection at key molecular surfaces combines with evolutionary accessibility to shape viral host adaptation.

Background Colombia was the second most affected country during the American Zika virus (ZIKV) epidemic, with over 109,000 reported cases. Despite the scale of the outbreak, limited genomic sequence data were available from Colombia. We sought to sequence additional samples and use genomic epidemiology to describe ZIKV dynamics in Colombia.Methods We sequenced ZIKV genomes directly from clinical diagnostic specimens and infected Aedes ae-gypti samples selected to cover the temporal and geographic breadth of the Colombian outbreak. We performed phylogeographic analysis of these genomes, along with other publicly-available ZIKV genomes from the Americas, to estimate the frequency and timing of ZIKV introductions to Colombia.Results We attempted PCR amplification on 184 samples; 19 samples amplified sufficiently to perform sequencing. Of these, 8 samples yielded sequences with at least 50% coverage. Our phylogeo-graphic reconstruction indicates two separate introductions of ZIKV to Colombia, one of which was previously unrecognized. We find that ZIKV was first introduced to Colombia in February 2015 (95%CI: Jan 2015 - Apr 2015), corresponding to 5 to 8 months of cryptic ZIKV transmission prior to confirmation in September 2015. Despite the presence of multiple introductions, we find that the majority of Colombian ZIKV diversity descends from a single introduction. We find evidence for movement of ZIKV from Colombia into bordering countries, including Peru, Ecuador, Panama, and Venezuela.Conclusions Similarly to genomic epidemiologic studies of ZIKV dynamics in other countries, we find that ZIKV circulated cryptically in Colombia. This more accurate dating of when ZIKV was circulating refines our definition of the population at risk. Additionally, our finding that the majority of ZIKV transmission within Colombia was attributable to transmission between individuals, rather than repeated travel-related importations, indicates that improved detection and control might have succeeded in limiting the scale of the outbreak within Colombia.* ZIKV : Zika virus rRT-PCR : real time reverse-transcription polymerase chain reaction Ct value : Cycle threshold value