Abstract We previously reported that a single immunization with an adenovirus serotype 26 (Ad26) vector-based vaccine expressing an optimized SARS-CoV-2 spike (Ad26.COV2.S) protected rhesus macaques against SARS-CoV-2 challenge. In this study, we evaluated the immunogenicity and protective efficacy of reduced doses of Ad26.COV2.S. 30 rhesus macaques were immunized once with 1×10 11 , 5×10 10 , 1.125×10 10 , or 2×10 9 vp Ad26.COV2.S or sham and were challenged with SARS-CoV-2 by the intranasal and intratracheal routes. Vaccine doses as low as 2×10 9 vp provided robust protection in bronchoalveolar lavage, whereas doses of 1.125×10 10 vp were required for protection in nasal swabs. Activated memory B cells as well as binding and neutralizing antibody titers following vaccination correlated with protective efficacy. At suboptimal vaccine doses, viral breakthrough was observed but did not show evidence of virologic, immunologic, histopathologic, or clinical enhancement of disease compared with sham controls. These data demonstrate that a single immunization with a relatively low dose of Ad26.COV2.S effectively protected against SARS-CoV-2 challenge in rhesus macaques. Moreover, our findings show that a higher vaccine dose may be required for protection in the upper respiratory tract compared with the lower respiratory tract.

Abstract Development of effective preventative interventions against SARS-CoV-2, the etiologic agent of COVID-19 is urgently needed. The viral surface spike (S) protein of SARS-CoV-2 is a key target for prophylactic measures as it is critical for the viral replication cycle and the primary target of neutralizing antibodies. We evaluated design elements previously shown for other coronavirus S protein-based vaccines to be successful, e.g. prefusion-stabilizing substitutions and heterologous signal peptides, for selection of a S-based SARS-CoV-2 vaccine candidate. In vitro characterization demonstrated that the introduction of stabilizing substitutions (i.e., furin cleavage site mutations and two consecutive prolines in the hinge region of S1) increased the ratio of neutralizing versus non-neutralizing antibody binding, suggestive for a prefusion conformation of the S protein. Furthermore, the wild type signal peptide was best suited for the correct cleavage needed for a natively-folded protein. These observations translated into superior immunogenicity in mice where the Ad26 vector encoding for a membrane-bound stabilized S protein with a wild type signal peptide elicited potent neutralizing humoral immunity and cellular immunity that was polarized towards Th1 IFN-γ. This optimized Ad26 vector-based vaccine for SARS-CoV-2, termed Ad26.COV2.S, is currently being evaluated in a phase I clinical trial (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04436276 ).

The first COVID-19 vaccines have recently gained authorization for emergency use. 1,2 At this moment, limited knowledge on duration of immunity and efficacy of these vaccines is available. Data on other coronaviruses after natural infection suggest that immunity to SARS-CoV-2 might be short lived, 3,4 and preliminary evidence indicates waning antibody titers following SARS-CoV-2 infection. 5 Here we model the relationship between immunogenicity and protective efficacy of a series of Ad26 vectors encoding stabilized variants of the SARS-CoV-2 Spike (S) protein in rhesus macaques 6,7,8 and validate the analyses by challenging macaques 6 months after immunization with the Ad26.COV2.S vaccine candidate that has been selected for clinical development. We find that Ad26.COV2.S confers durable protection against replication of SARS-CoV-2 in the lungs that is predicted by the levels of S-binding and neutralizing antibodies. These results suggest that Ad26.COV2.S could confer durable protection in humans and that immunological correlates of protection may enable the prediction of durability of protection.

Abstract Safe and effective coronavirus disease (COVID)-19 vaccines are urgently needed to control the ongoing pandemic. While single-dose vaccine regimens would provide multiple advantages, two doses may improve the magnitude and durability of immunity and protective efficacy. We assessed one- and two-dose regimens of the Ad26.COV2.S vaccine candidate in adult and aged non-human primates (NHP). A two-dose Ad26.COV2.S regimen induced higher peak binding and neutralizing antibody responses compared to a single dose. In one-dose regimens neutralizing antibody responses were stable for at least 14 weeks, providing an early indication of durability. Ad26.COV2.S induced humoral immunity and Th1 skewed cellular responses in aged NHP that were comparable to adult animals. Importantly, aged Ad26.COV2.S-vaccinated animals challenged 3 months post -dose 1 with a SARS-CoV-2 spike G614 variant showed near complete lower and substantial upper respiratory tract protection for both regimens. These are the first NHP data showing COVID-19 vaccine protection against the SARS-CoV-2 spike G614 variant and support ongoing clinical Ad26.COV2.S development. Summary COVID-19 vaccines are urgently needed and while single-dose vaccines are preferred, two-dose regimens may improve efficacy. We show improved Ad26.COV2.S immunogenicity in non-human primates after a second vaccine dose, while both regimens protected aged animals against SARS-CoV-2 disease.

ABSTRACT Previously we have shown that a single dose of recombinant adenovirus serotype 26 (Ad26) vaccine expressing a prefusion stabilized SARS-CoV-2 spike antigen (Ad26.COV2.S) is immunogenic and provides protection in Syrian hamster and non-human primate SARS-CoV-2 infection models. Here, we investigated the immunogenicity, protective efficacy and potential for vaccine-associated enhanced respiratory disease (VAERD) mediated by Ad26.COV2.S in a moderate disease Syrian hamster challenge model, using the currently most prevalent G614 spike SARS-CoV-2 variant. Vaccine doses of 1×10 9 vp and 1×10 10 vp elicited substantial neutralizing antibodies titers and completely protected over 80% of SARS-CoV-2 inoculated Syrian hamsters from lung infection and pneumonia but not upper respiratory tract infection. A second vaccine dose further increased neutralizing antibody titers which was associated with decreased infectious viral load in the upper respiratory tract after SARS-CoV-2 challenge. Suboptimal non-protective immune responses elicited by low-dose A26.COV2.S vaccination did not exacerbate respiratory disease in SARS-CoV-2-inoculated Syrian hamsters with breakthrough infection. In addition, dosing down the vaccine allowed to establish that binding and neutralizing antibody titers correlate with lower respiratory tract protection probability. Overall, these pre-clinical data confirm efficacy of a 1-dose vaccine regimen with Ad26.COV2.S in this G614 spike SARS-CoV-2 virus variant Syrian hamster model, show the added benefit of a second vaccine dose, and demonstrate that there are no signs of VAERD under conditions of suboptimal immunity.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Omicron variant sparked concern due to its fast spread and the unprecedented number of mutations in the spike protein that enables it to partially evade spike-based COVID-19 vaccine-induced humoral immunity. In anticipation of a potential need for an Omicron spike-based vaccine, we generated an Ad26 vector encoding an Omicron (BA.1) spike protein (Ad26.COV2.S.529). Ad26.COV2.S.529 encodes for a prefusion stabilized spike protein, similar to the current COVID-19 vaccine Ad26.COV2.S encoding the Wuhan-Hu-1 spike protein. We verified that spike expression by Ad26.COV2.S.529 was comparable to Ad26.COV2.S. Immunogenicity of Ad26.COV2.S.529 was then evaluated in naïve mice and SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 spike pre-immunized hamsters. In naïve mice, Ad26.COV2.S.529 elicited robust neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 Omicron (BA.1) but not to SARS-CoV-2 Delta (B.1.617.2), while the opposite was observed for Ad26.COV2.S. In pre-immune hamsters, Ad26.COV2.S.529 vaccination resulted in robust increases in neutralizing antibody titers against both SARS-CoV-2 Omicron (BA.1) and Delta (B.1.617.2), while Ad26.COV2.S vaccination only increased neutralizing antibody titers against the Delta variant. Our data imply that Ad26.COV2.S.529 can both expand and boost a Wuhan-Hu-1 spike-primed humoral immune response to protect against distant SARS-CoV-2 variants.

Abstract Respiratory syncytial virus (RSV) is a leading cause of severe respiratory disease for which no licensed vaccine is available. We have previously shown that a prefusion (preF) conformation– stabilized RSV F protein antigen and an adenoviral vector encoding RSV preF protein (Ad26.RSV.preF) are immunogenic and protective in animals when administered as single components. Here, we evaluated a combination of the 2 components. Strong induction of both humoral and cellular responses was shown in RSV-naïve and pre-exposed mice and pre-exposed African green monkeys (AGMs). Both components of the combination vaccine contributed to humoral immune responses, while the Ad26.RSV.preF component was the main contributor to cellular immune responses in both mice and AGMs. Immunization with the combination elicited superior protection against RSV A2 challenge in cotton rats. These results demonstrate the advantage of a combination vaccine and support further clinical development.