ABSTRACT Nonhuman primates were used to develop an animal model that closely mimics human Mycobacterium tuberculosis infection. Cynomolgus macaques were infected with low doses of virulent M. tuberculosis via bronchoscopic instillation into the lung. All monkeys were successfully infected, based on tuberculin skin test conversion and peripheral immune responses to M. tuberculosis antigens. Progression of infection in the 17 monkeys studied was variable. Active-chronic infection, observed in 50 to 60% of monkeys, was characterized by clear signs of infection or disease on serial thoracic radiographs and in other tests and was typified by eventual progression to advanced disease. Approximately 40% of monkeys did not progress to disease in the 15 to 20 months of study, although they were clearly infected initially. These monkeys had clinical characteristics of latent tuberculosis in humans. Low-dose infection of cynomolgus macaques appears to represent the full spectrum of human M. tuberculosis infection and will be an excellent model for the study of pathogenesis and immunology of this infection. In addition, this model will provide an opportunity to study the latent M. tuberculosis infection observed in ∼90% of all infected humans.

ABSTRACT We previously described that low-dose Mycobacterium tuberculosis infection in cynomolgus macaques results in a spectrum of disease similar to that of human infection: primary disease, latent infection, and reactivation tuberculosis (S. V. Capuano III, D. A. Croix, S. Pawar, A. Zinovik, A. Myers, P. L. Lin, S. Bissel, C. Fuhrman, E. Klein, and J. L. Flynn, Infect. Immun. 71: 5831-5844, 2003). This is the only established model of latent infection, and it provides a unique opportunity to understand host and pathogen differences across of range of disease states. Here, we provide a more extensive and detailed characterization of the gross pathology, microscopic histopathology, and immunologic characteristics of monkeys in each clinical disease category. The data underscore the similarities between human and nonhuman primate M. tuberculosis infection. Furthermore, we describe novel methods of quantifying gross pathology and bacterial burden that distinguish between active disease and latent infection, and we extend the usefulness of this model for comparative studies. Early in infection, an abnormal chest X ray, M. tuberculosis growth by gastric aspirate, and increased mycobacterium-specific gamma interferon (IFN-γ) in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and bronchoalveolar lavage (BAL) cells were associated with the development of active disease. At necropsy, disease was quantified with respect to pathology and bacterial numbers. Microscopically, a spectrum of granuloma types are seen and differ with disease type. At necropsy, monkeys with active disease had more lung T cells and more IFN-γ from PBMC, BAL, and mediastinal lymph nodes than monkeys with latent infection. Finally, we have observed a spectrum of disease not only in monkeys with active disease but also in those with latent infection that provides insight into human latent tuberculosis.

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.

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 Zika virus (ZIKV) and dengue virus (DENV) are genetically and antigenically related flaviviruses that now co-circulate in much of the tropical and subtropical world. The rapid emergence of ZIKV in the Americas in 2015 and 2016, and its recent associations with Guillain-Barré syndrome, birth defects, and fetal loss have led to the hypothesis that DENV infection induces cross-reactive antibodies that influence the severity of secondary ZIKV infections. It has also been proposed that pre-existing ZIKV immunity could affect DENV pathogenesis. We examined outcomes of secondary ZIKV infections in three rhesus and fifteen cynomolgus macaques, as well as secondary DENV-2 infections in three additional rhesus macaques up to a year post-primary ZIKV infection. Although cross-binding antibodies were detected prior to secondary infection for all animals and cross-neutralizing antibodies were detected for some animals, previous DENV or ZIKV infection had no apparent effect on the clinical course of heterotypic secondary infections in these animals. All animals had asymptomatic infections and, when compared to controls, did not have significantly perturbed hematological parameters. Rhesus macaques infected with DENV-2 approximately one year after primary ZIKV infection had higher vRNA loads in plasma when compared with serum vRNA loads from ZIKV-naive animals infected with DENV-2, but a differential effect of sample type could not be ruled out. In cynomolgus macaques, the serotype of primary DENV infection did not affect the outcome of secondary ZIKV infection. Author summary Pre-existing immunity to one of the four DENV serotypes is known to increase the risk of severe disease upon secondary infection with a different serotype. Due to the antigenic similarities between ZIKV and DENV, it has been proposed that these viruses could interact in a similar fashion. Data from in vitro experiments and murine models suggests that pre-existing immunity to one virus could either enhance or protect against infection with the other. These somewhat contradictory findings highlight the need for immune competent animal models for understanding the role of cross-reactive antibodies in flavivirus pathogenesis. We examined secondary ZIKV or DENV infections in rhesus and cynomolgus macaques that had previously been infected with the other virus. We assessed the outcomes of secondary ZIKV or DENV infections by quantifying vRNA loads, clinical and laboratory parameters, body temperature, and weight for each cohort of animals and compared them with control animals. These comparisons demonstrated that within a year of primary infection, secondary infections with either ZIKV or DENV were similar to primary infections and were not associated with enhancement or reduction in severity of disease based on the outcomes that we assessed.

Abstract Infection with clade I Mpox virus (MPXV) results in adverse pregnancy outcomes, yet the potential for vertical transmission resulting in fetal harm with clade IIb MPXV, the clade that is currently circulating in the Western Hemisphere, remains unknown. We established a rhesus macaque model of vertical MPXV transmission with early gestation inoculation. Three pregnant rhesus macaques were inoculated intradermally with 1.5 × 10^5 plaque forming units (PFU) of clade IIb MPXV near gestational day (GD) 30 and animals were monitored for viremia and maternal and fetal well-being. Animals were euthanized to collect tissues at 5, 14, or 25 days post-inoculation (dpi). Tissues were evaluated for viral DNA (vDNA) loads, infectious virus titers, histopathology, MPXV mRNA and protein localization, as well as MPXV protein co-localization with placental cells including, Hofbauer cells, mesenchymal stromal cells, endothelial cells, and trophoblasts. vDNA was detected in maternal blood and skin lesions by 5 dpi. Lack of fetal heartbeat was observed at 14 or 25 dpi for two dams indicating fetal demise; the third dam developed significant vaginal bleeding at 5 dpi and was deemed an impending miscarriage. vDNA was detected in placental and fetal tissue in both fetal demise cases. MPXV localized to placental villi by ISH and IHC. Clade IIb MPXV infection in pregnant rhesus macaques results in vertical transmission to the fetus and adverse pregnancy outcomes, like clade I MPXV. Further studies are needed to determine whether antiviral therapy with tecovirimat will prevent vertical transmission and improve pregnancy outcomes. One Sentence Summary Clade IIb Mpox virus infection of pregnant rhesus macaques results in vertical transmission from mother to fetus and adverse pregnancy outcomes.

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.

Fc-mediated antibody effector functions, such as antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC), can contribute to the containment HIV-1 replication but whether such activities are sufficient for protection is unclear. We previously identified an antibody to the variable 2 (V2) apex of the HIV-1 Env trimer (PGT145) that potently directs the lysis of SIV-infected cells by NK cells but poorly neutralizes SIV infectivity. To determine if ADCC is sufficient for protection, separate groups of six rhesus macaques were treated with PGT145 or a control antibody (DEN3) by intravenous infusion followed five days later by intrarectal challenge with SIVmac239. Despite high concentrations of PGT145 and potent ADCC activity in plasma on the day of challenge, all animals became infected and viral loads did not differ between the PGT145- and DEN3-treated animals. To determine if PGT145 can protect against a neutralization-sensitive virus, two additional groups of six macaques were treated with PGT145 and DEN3 and challenged with an SIVmac239 variant with a single amino acid change in Env (K180S) that increases PGT145 binding and renders the virus susceptible to neutralization by this antibody. Although there was no difference in virus acquisition, peak and chronic phase viral loads were significantly lower and time to peak viremia was significantly delayed in the PGT145-treated animals compared to the DEN3-treated control animals. Env changes were also selected in the PGT145-treated animals that confer resistance to both neutralization and ADCC. These results show that ADCC is not sufficient for protection by this V2-specific antibody. However, protection may be achieved by increasing the affinity of antibody binding to Env above the threshold required for detectable viral neutralization.

Zika virus (ZIKV) isolates are genetically diverse, but belong to two recognized lineages, termed "African" and "Asian." Asian ZIKV infection during pregnancy causes fetal abnormalities including microcephaly. Developing an effective preventative Zika virus vaccine that protects pregnant women is essential for minimizing fetal abnor- malities; at least 18 groups are developing ZIKV vaccines (Hayden, 2016). The genetic and antigenic variability of many RNA viruses limits the effectiveness of vaccines, and the degree to which immunity against one ZIKV strain could provide protection against another is unknown. Here we show that rhesus macaques infected with East African ZIKV strain MR766 are completely protected from subsequent infection with heterologous Asian ZIKV. MR766 is more genetically divergent from all known Asian ZIKV strains than Asian ZIKV strains are from one another. Therefore, ZIKV strain selection is unlikely to compromise vaccine effectiveness.

Abstract An alternative to lifelong antiretroviral therapy (ART) is needed to achieve durable control of HIV-1. Here we show that adeno-associated virus (AAV)-delivery of two rhesus macaque antibodies to the SIV envelope glycoprotein (Env) with potent neutralization and antibody-dependent cellular cytotoxicity can prevent viral rebound in macaques infected with barcoded SIV mac 239M after discontinuing suppressive ART. Following AAV administration, sustained antibody expression with minimal anti-drug antibody responses was achieved in all but one animal. After ART withdrawal, SIV replication rebounded within two weeks in all of the control animals but remained below the threshold of detection in plasma (<15 copies/mL) for more than a year in four of the eight animals that received AAV vectors encoding Env-specific antibodies. Viral sequences from animals with delayed rebound exhibited restricted barcode diversity and antibody escape. Thus, sustained expression of antibodies with potent antiviral activity can afford durable, ART-free containment of pathogenic SIV infection.