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.

Simian immunodeficiency viruses of sooty mangabeys (SIVsm) are the source of multiple, successful cross-species transmissions, having given rise to HIV-2 in humans, SIVmac in rhesus macaques, and SIVstm in stump-tailed macaques. Cellular assays and phylogenetic comparisons indirectly support a role for TRIM5α, the product of the TRIM5 gene, in suppressing interspecies transmission and emergence of retroviruses in nature. Here, we investigate the in vivo role of TRIM5 directly, focusing on transmission of primate immunodeficiency viruses between outbred primate hosts. Specifically, we retrospectively analyzed experimental cross-species transmission of SIVsm in two cohorts of rhesus macaques and found a significant effect of TRIM5 genotype on viral replication levels. The effect was especially pronounced in a cohort of animals infected with SIVsmE543-3, where TRIM5 genotype correlated with approximately 100-fold to 1,000-fold differences in viral replication levels. Surprisingly, transmission occurred even in individuals bearing restrictive TRIM5 genotypes, resulting in attenuation of replication rather than an outright block to infection. In cell-culture assays, the same TRIM5 alleles associated with viral suppression in vivo blocked infectivity of two SIVsm strains, but not the macaque-adapted strain SIVmac239. Adaptations appeared in the viral capsid in animals with restrictive TRIM5 genotypes, and similar adaptations coincide with emergence of SIVmac in captive macaques in the 1970s. Thus, host TRIM5 can suppress viral replication in vivo, exerting selective pressure during the initial stages of cross-species transmission.

Infection with Zika virus (ZIKV) is associated with human congenital fetal anomalies. To model fetal outcomes in nonhuman primates, we administered Asian-lineage ZIKV subcutaneously to four pregnant rhesus macaques. While non-pregnant animals in a previous study contemporary with the current report clear viremia within 10–12 days, maternal viremia was prolonged in 3 of 4 pregnancies. Fetal head growth velocity in the last month of gestation determined by ultrasound assessment of head circumference was decreased in comparison with biparietal diameter and femur length within each fetus, both within normal range. ZIKV RNA was detected in tissues from all four fetuses at term cesarean section. In all pregnancies, neutrophilic infiltration was present at the maternal-fetal interface (decidua, placenta, fetal membranes), in various fetal tissues, and in fetal retina, choroid, and optic nerve (first trimester infection only). Consistent vertical transmission in this primate model may provide a platform to assess risk factors and test therapeutic interventions for interruption of fetal infection. The results may also suggest that maternal-fetal ZIKV transmission in human pregnancy may be more frequent than currently appreciated.

Abstract Tuberculosis, caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), is the most common cause of death in people living with human immunodeficiency virus (HIV). Intra-dermal Bacille Calmette–Guérin (BCG) delivery is the only licensed vaccine against tuberculosis; however, it offers little protection from pulmonary tuberculosis in adults and is contraindicated in people living with HIV. Intravenous BCG confers protection against Mtb infection in rhesus macaques; we hypothesized that it might prevent tuberculosis in simian immunodeficiency virus (SIV)-infected macaques, a model for HIV infection. Here intravenous BCG-elicited robust airway T cell influx and elevated plasma and airway antibody titres in both SIV-infected and naive animals. Following Mtb challenge, all 7 vaccinated SIV-naive and 9 out of 12 vaccinated SIV-infected animals were protected, without any culturable bacteria detected from tissues. Peripheral blood mononuclear cell responses post-challenge indicated early clearance of Mtb in vaccinated animals, regardless of SIV infection. These data support that intravenous BCG is immunogenic and efficacious in SIV-infected animals.

Tuberculosis (TB) is the most common cause of death in people living with HIV. BCG delivered intradermally (ID) is the only licensed vaccine to prevent TB. However, it offers little protection from pulmonary TB in adults. Intravenous (IV) BCG, but not ID BCG, confers striking protection against Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection and disease in rhesus macaques. We investigated whether IV BCG could protect against TB in macaques with a pre-existing SIV infection. There was a robust influx of airway T cells following IV BCG in both SIV-infected and SIV-naïve animals, with elevated antibody titers in plasma and airways. Following Mtb challenge, all 7 SIV-naïve and 9 out of 12 SIV-infected vaccinated animals were completely protected, without any culturable bacilli in their tissues. PBMC responses post-challenge indicated early clearance of Mtb in vaccinated animals regardless of SIV infection. These data support that IV BCG is immunogenic and efficacious in SIV-infected animals.

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.

Abstract The IL-15 superagonist N-803 has been shown to enhance the function of CD8 T cells and NK cells. We previously found that in a subset of vaccinated, ART-naïve, SIV+ rhesus macaques, N-803 treatment led to a rapid but transient decline in plasma viremia that positively correlated with an increase in the frequency of CD8 T cells. Here we tested the hypothesis that prophylactic vaccination was required for N-803 mediated suppression of SIV plasma viremia. We vaccinated rhesus macaques with a DNA prime/Ad5 boost regimen using vectors expressing SIVmac239 gag, with or without a plasmid expressing IL-12, or left them unvaccinated. Animals were then intravenously infected with SIVmac239M. Six months after infection, animals were treated with N-803. We found no differences in control of plasma viremia during N-803 treatment between vaccinated and unvaccinated macaques. Furthermore, the SIV-specific CD8 T cells displayed no differences in frequency or ability to traffic to the lymph nodes. Interestingly, when we divided the SIV+ animals based on plasma viral load set-point prior to N-803 treatment, N-803 increased the frequency of SIV-specific T cells expressing ki-67+ and granzyme B+ in animals with low plasma viremia (<10 4 copies/mL; SIV controllers) compared to animals with high plasma viremia (>10 4 copies/mL;SIV non-controllers). In addition, Gag-specific CD8 T cells from the SIV+ controllers had a greater increase in CD107a+CD8+ T cells when compared to SIV+ non-controllers. Overall, our results indicate that N-803 is most effective in SIV+ animals with a pre-existing immunological ability to control SIV replication.

Abstract Individuals infected with both HIV and Mycobacterium tuberculosis (Mtb) are more likely to develop severe Tuberculosis (TB) disease than HIV-naïve individuals. To understand how a chronic pre-existing Simian immunodeficiency virus (SIV) infection impairs the early immune response to Mtb, we used the Mauritian cynomolgus macaque (MCM) model of SIV/Mtb co-infection. We examined the relationship between peripheral viral control and Mtb burden, Mtb dissemination, and immunological function between SIV+ spontaneous controllers, SIV+ non-controllers, and SIV-naïve MCM who were challenged with a barcoded Mtb Erdman strain and necropsied six weeks post infection. Mycobacterial burden was highest in the SIV+ non-controllers in all assessed tissues. In lung granulomas, we found the frequency of CD4+ T cells producing TNFα was reduced in all SIV+ MCM, but CD4+ T cells producing IFNγ were only lower in the SIV+ non-controllers. Further, while all SIV+ MCM had more PD1+ and TIGIT+ T cells in the lung granulomas relative to SIV-naïve MCM, SIV+ controllers exhibited the highest frequency of cells expressing these markers. To measure the effect of SIV infection on within-host bacterial dissemination, we sequenced the molecular barcodes of Mtb present in each tissue and characterized the complexity of the Mtb populations. While Mtb population complexity was not associated with infection group, lymph nodes had increased complexity when compared to lung granulomas across all groups. These results provide evidence SIV+ animals, independent of viral control, exhibit dysregulated immune responses and enhanced dissemination of Mtb, likely contributing to the poor TB disease course across all SIV/Mtb co-infected animals. Importance HIV and TB remain significant global health issues, despite the availability of treatments. Individuals with HIV, including those who are virally suppressed, are at an increased risk to develop and succumb to severe TB disease when compared to HIV-naïve individuals. Our study aims to understand the relationship between SIV replication, mycobacterial growth, and immunological function in the tissues of co-infected Mauritian cynomolgus macaques during the early phase of Mtb infection. Here we demonstrate that increased viral replication is associated with increased bacterial burden in the tissues and impaired immunologic responses, and that the damage attributed to virus infection is not fully eliminated when animals spontaneously control virus replication.

ABSTRACT Despite the extensive research on CD4 T cells within the context of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection, few studies have focused on identifying and investigating the profile of Mtb-specific T cells within lung granulomas. To facilitate identification of Mtb-specific CD4 T cells, we identified immunodominant epitopes for two Mtb proteins, Rv1196 and Rv0125, using a Mauritian cynomolgus macaque model of Mtb infection, providing data for the synthesis of MHC Class II tetramers. Using tetramers, we identified Mtb-specific cells within different immune compartments post-infection. We found that granulomas were enriched sites for Mtb-specific cells and that tetramer + cells had increased frequencies of the activation marker CD69, and transcription factors T-bet and RORγT, compared to tetramer negative cells within the same sample. Our data revealed that while the frequency of Rv1196 tetramer + cells was positively correlated with granuloma bacterial burden, the frequency of RORγT or T-bet within tetramer + cells was inversely correlated with granuloma bacterial burden highlighting the importance of having activated, functional Mtb-specific cells for control of Mtb in lung granulomas.

Abstract Congenital Zika virus (ZIKV) infection impacts fetal development and pregnancy outcomes. We infected a pregnant rhesus macaque with a Puerto Rican ZIKV isolate in the first trimester. The pregnancy was complicated by preterm premature rupture of membranes (PPROM) and fetal demise 49 days post infection (gestational day 95). Significant pathology at the maternal-fetal interface included acute chorioamnionitis, placental infarcts, and leukocytoclastic vasculitis of the myometrial radial arteries. ZIKV RNA was disseminated throughout the fetus tissues and maternal immune system at necropsy, as assessed by quantitative RT-PCR for viral RNA. Replicating ZIKV was identified in fetal tissues, maternal lymph node, and maternal spleen by fluorescent in situ hybridization for viral replication intermediates. Fetal ocular pathology included a choroidal coloboma, suspected anterior segment dysgenesis, and a dysplastic retina. This is the first report of ocular pathology and prolonged viral replication in both maternal and fetal tissues following congenital ZIKV infection in rhesus macaques. PPROM followed by fetal demise and severe pathology of the visual system have not been described in macaque congenital infection previously; further nonhuman primate studies are needed to determine if an increased risk for PPROM is associated with congenital Zika virus infection. Author summary A ZIKV infection during pregnancy is associated with malformations in fetal development including, but not limited to, ocular and brain anomalies, such as microcephaly, and stillbirth. The development of an accurate pregnancy model to study the effects of ZIKV will provide insight into vertical transmission, ZIKV tissue distribution, and fetal injury and malformations. Non-human primates closely resemble human in terms of the reproductive system, immunity, placentation and pregnancy. Our study demonstrates that the rhesus macaque is a compelling model in which to study ZIKV during pregnancy due to similar outcomes between the human and rhesus macaque. These similarities include prolonged viremia, vertical transmission, adverse pregnancy outcomes and fetal pathology, including defects in the visual system.