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 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 Background The detection of pathogens in clinical and environmental samples using high-throughput sequencing (HTS) is often hampered by large amounts of background information, which is especially true for viruses with small genomes. Enormous sequencing depth can be necessary to compile sufficient information for identification of a certain pathogen. Generic HTS combining with in-solution capture enrichment can markedly increase the sensitivity for virus detection in complex diagnostic samples. Methods A virus panel based on the principle of biotinylated RNA-baits was developed for specific capture enrichment of epizootic and zoonotic viruses (VirBaits). The VirBaits set was supplemented by a SARS-CoV-2 predesigned bait set for testing recent SARS-CoV-2 positive samples. Libraries generated from complex samples were sequenced via generic HTS and afterwards enriched with the VirBaits set. For validation, an internal proficiency test for emerging epizootic and zoonotic viruses (African swine fever virus, Ebolavirus, Marburgvirus, Nipah henipavirus, Rift Valley fever virus) was conducted. Results The VirBaits set consists of 177,471 RNA-baits (80-mer) based on about 18,800 complete viral genomes targeting 35 epizootic and zoonotic viruses. In all tested samples, viruses with both DNA and RNA genomes were clearly enriched ranging from about 10-fold to 10,000-fold for viruses including distantly related viruses with at least 72% overall identity to viruses represented in the bait set. Viruses showing a lower overall identity (38% and 46%) to them were not enriched but could nonetheless be detected based on capturing conserved genome regions. The internal proficiency test supports the improved virus detection using the combination of HTS plus targeted enrichment but also point to the risk of carryover between samples. Conclusions The VirBaits approach showed a high diagnostic performance, also for distantly related viruses. The bait set is modular and expandable according to the favored diagnostics, health sector or research question. The risk of carryover needs to be taken into consideration. The application of the RNA-baits principle turned out to be user-friendly, and even non-experts (without sophisticated bioinformatics skills) can easily use the VirBait workflow. The rapid extension of the established VirBaits set adapted to actual outbreak events is possible without any problems as shown for SARS-CoV-2.

Approved vaccines are effective against severe COVID-19, but broader immunity is needed against new variants and transmission. Therefore, we developed genome-modified live-attenuated vaccines (LAV) by recoding the SARS-CoV-2 genome, including 'one-to-stop' (OTS) codons, disabling Nsp1 translational repression and removing ORF6, 7ab and 8 to boost host immune responses, as well as the spike polybasic cleavage site to optimize the safety profile. The resulting OTS-modified SARS-CoV-2 LAVs, designated as OTS-206 and OTS-228, are genetically stable and can be intranasally administered, while being adjustable and sustainable regarding the level of attenuation. OTS-228 exhibits an optimal safety profile in preclinical animal models, with no side effects or detectable transmission. A single-dose vaccination induces a sterilizing immunity in vivo against homologous WT SARS-CoV-2 challenge infection and a broad protection against Omicron BA.2, BA.5 and XBB.1.5, with reduced transmission. Finally, this promising LAV approach could be applicable to other emerging viruses.

Abstract Vaccines have been central in ending the COVID-19 pandemic, but newly emerging SARS-CoV-2 variants increasingly escape first-generation vaccine protection. To fill this gap, live particle-based vaccines mimicking natural infection aim at protecting against a broader spectrum of virus variants. We designed “single-cycle SARS-CoV-2 viruses” (SCVs) that lack essential viral genes, possess superior immune-modulatory features and provide an excellent safety profile in the Syrian hamster model. Full protection of all intranasally vaccinated animals was achieved against an autologous challenge with SARS-CoV-2 virus using an Envelope-gene-deleted vaccine candidate. By deleting key immune-downregulating genes, sterilizing immunity was achieved with an advanced candidate without virus spread to contact animals. Hence, SCVs have the potential to induce a broad and durable protection against COVID-19 superior to a natural infection.

Abstract Rustrela virus (RusV, species Rubivirus strelense ) is a recently discovered relative of rubella virus (RuV) that has been detected in cases of encephalitis across a wide spectrum of mammals, including placental and marsupial animals. Here we diagnosed two additional cases of fatal RusV-associated meningoencephalitis in a South American coati ( Nasua nasua ) and a Eurasian otter ( Lutra lutra ) that were detected in a zoological garden with history of prior RusV infections. Both animals showed abnormal movement or unusual behaviour and their brains tested positive for RusV using specific RT-qPCR and RNA in situ hybridization. As previous sequencing of RusV proved to be very challenging, we employed a sophisticated target-specific capture enrichment with specifically designed RNA baits to generate complete RusV genome sequences from both detected encephalitic animals and apparently healthy wild yellow-necked field mice ( Apodemus flavicollis ). Furthermore, the technique was used to revise three previously published RusV genomes from two encephalitic animals and a wild yellow-necked field mouse. Virus-to-host sequence ratio and thereby sequence coverage improved markedly using the enrichment method as compared to standard procedures. When comparing the newly generated RusV sequences to the previously published RusV genomes, we identified a previously undetected stretch of 309 nucleotides predicted to represent the intergenic region and the sequence encoding the N-terminus of the capsid protein. This indicated that the original RusV sequence was likely incomplete due to misassembly of the genome at a region with an exceptionally high G+C content of >80 mol%, which could not be resolved even by enormous sequencing efforts with standard methods. The updated capsid protein amino acid sequence now resembles those of RuV and ruhugu virus in size and harbours a predicted RNA binding domain that was not encoded in the original RusV genome version. The new sequence data indicate that RusV has the largest overall genome (9,631 nucleotides), intergenic region (290 nucleotides) and capsid protein-encoding sequence (331 codons) within the genus Rubivirus .

Abstract Golden Syrian hamsters ( Mesocricetus auratus ) are used as a research model for severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2 (SARS-CoV-2). Millions of Golden Syrian hamsters are also kept as pets in close contact to humans. To determine the minimum infective dose (MID) for assessing the zoonotic transmission risk, and to define the optimal infection dose for experimental studies, we orotracheally inoculated hamsters with SARS-CoV-2 doses from 1*10 5 to 1*10 −4 tissue culture infectious dose 50 (TCID 50 ). Body weight and virus shedding were monitored daily. 1*10 −3 TCID 50 was defined as the MID, and this was still sufficient to induce virus shedding at levels up to 10 2.75 TCID 50 /ml, equaling the estimated MID for humans. Virological and histological data revealed 1*10 2 TCID 50 as the optimal dose for experimental infections. This compellingly high susceptibility resulting in productive infections in Golden Syrian hamsters needs to be considered also as a source of SARS-CoV-2 infections in humans.