Immunity from reinfection One of the many open questions about severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is whether an individual who has cleared the virus can be infected a second time and get sick. Chandrashekar et al. and Deng et al. generated rhesus macaque models of SARS-CoV-2 infection and tested whether natural SARS-CoV-2 infection could result in immunity to viral rechallenge. They found that animals indeed developed immune responses that protected against a second infection. Although there are differences between SARS-CoV-2 infection in macaques and in humans, these findings have key implications for public health and economic initiatives if validated in human studies. Science , this issue p. 812 , p. 818

The authors test several candidate vaccines for Zika virus in mouse models and show that single-shot DNA vaccines and inactivated virus vaccines provide complete protection against Zika virus isolates from Brazil and Puerto Rico. Dan Barouch and colleagues explore candidate vaccines for Zika virus in mouse models and show that single-shot DNA vaccines and inactivated virus vaccine provide complete protection against Zika virus isolates from Brazil and Puerto Rico. Protection correlates with Env-specific antibody titres and can be passively transferred. Zika virus (ZIKV) is a flavivirus that is responsible for the current epidemic in Brazil and the Americas1,2. ZIKV has been causally associated with fetal microcephaly, intrauterine growth restriction, and other birth defects in both humans3,4,5,6,7,8 and mice9,10,11. The rapid development of a safe and effective ZIKV vaccine is a global health priority1,2, but very little is currently known about ZIKV immunology and mechanisms of immune protection. Here we show that a single immunization with a plasmid DNA vaccine or a purified inactivated virus vaccine provides complete protection in susceptible mice against challenge with a strain of ZIKV involved in the outbreak in northeast Brazil. This ZIKV strain has recently been shown to cross the placenta and to induce fetal microcephaly and other congenital malformations in mice11. We produced DNA vaccines expressing ZIKV pre-membrane and envelope (prM-Env), as well as a series of deletion mutants. The prM-Env DNA vaccine, but not the deletion mutants, afforded complete protection against ZIKV, as measured by absence of detectable viraemia following challenge, and protective efficacy correlated with Env-specific antibody titers. Adoptive transfer of purified IgG from vaccinated mice conferred passive protection, and depletion of CD4 and CD8 T lymphocytes in vaccinated mice did not abrogate this protection. These data demonstrate that protection against ZIKV challenge can be achieved by single-shot subunit and inactivated virus vaccines in mice and that Env-specific antibody titers represent key immunologic correlates of protection. Our findings suggest that the development of a ZIKV vaccine for humans is likely to be achievable.

Zika virus (ZIKV) is responsible for a major ongoing epidemic in the Americas and has been causally associated with fetal microcephaly. The development of a safe and effective ZIKV vaccine is therefore an urgent global health priority. Here we demonstrate that three different vaccine platforms protect against ZIKV challenge in rhesus monkeys. A purified inactivated virus vaccine induced ZIKV-specific neutralizing antibodies and completely protected monkeys against ZIKV strains from both Brazil and Puerto Rico. Purified immunoglobulin from vaccinated monkeys also conferred passive protection in adoptive transfer studies. A plasmid DNA vaccine and a single-shot recombinant rhesus adenovirus serotype 52 vector vaccine, both expressing ZIKV premembrane and envelope, also elicited neutralizing antibodies and completely protected monkeys against ZIKV challenge. These data support the rapid clinical development of ZIKV vaccines for humans.

ABSTRACT Recombinant adenovirus serotype 5 (rAd5) vector-based vaccines are currently being developed for both human immunodeficiency virus type 1 and other pathogens. The potential limitations associated with rAd5 vectors, however, have led to the construction of novel rAd vectors derived from rare Ad serotypes. Several rare serotype rAd vectors have already been described, but a detailed comparison of multiple rAd vectors from subgroups B and D has not previously been reported. Such a comparison is critical for selecting optimal rAd vectors for advancement into clinical trials. Here we describe the construction of three novel rAd vector systems from Ad26, Ad48, and Ad50. We report comparative seroprevalence and immunogenicity studies involving rAd11, rAd35, and rAd50 vectors from subgroup B; rAd26, rAd48, and rAd49 vectors from subgroup D; and rAd5 vectors from subgroup C. All six rAd vectors from subgroups B and D exhibited low seroprevalence in a cohort of 200 individuals from sub-Saharan Africa, and they elicited Gag-specific cellular immune responses in mice both with and without preexisting anti-Ad5 immunity. The rAd vectors from subgroup D were also evaluated using rhesus monkeys and were shown to be immunogenic after a single injection. The rAd26 vectors proved the most immunogenic among the rare serotype rAd vectors studied, although all rare serotype rAd vectors were still less potent than rAd5 vectors in the absence of anti-Ad5 immunity. These studies substantially expand the portfolio of rare serotype rAd vectors that may prove useful as vaccine vectors for the developing world.

A recombinant adenovirus serotype 5 (rAd5) vector-based vaccine for HIV-1 has recently failed in a phase 2b efficacy study in humans. Consistent with these results, preclinical studies have demonstrated that rAd5 vectors expressing simian immunodeficiency virus (SIV) Gag failed to reduce peak or setpoint viral loads after SIV challenge of rhesus monkeys (Macaca mulatta) that lacked the protective MHC class I allele Mamu-A*01 (ref. 3). Here we show that an improved T-cell-based vaccine regimen using two serologically distinct adenovirus vectors afforded substantially improved protective efficacy in this challenge model. In particular, a heterologous rAd26 prime/rAd5 boost vaccine regimen expressing SIV Gag elicited cellular immune responses with augmented magnitude, breadth and polyfunctionality as compared with the homologous rAd5 regimen. After SIV(MAC251) challenge, monkeys vaccinated with the rAd26/rAd5 regimen showed a 1.4 log reduction of peak and a 2.4 log reduction of setpoint viral loads as well as decreased AIDS-related mortality as compared with control animals. These data demonstrate that durable partial immune control of a pathogenic SIV challenge for more than 500 days can be achieved by a T-cell-based vaccine in Mamu-A*01-negative rhesus monkeys in the absence of a homologous Env antigen. These findings have important implications for the development of next-generation T-cell-based vaccine candidates for HIV-1.

Protective efficacy of novel vaccine candidates in rhesus monkeys opens new paths for the development of an HIV-1 vaccine. Despite the recent demonstration of partial HIV-1 vaccine efficacy in humans, the immune responses required to protect against acquisition of infection remain unclear. Here, Barouch et al. demonstrate vaccine protection against acquisition of a stringent strain of simian immunodeficiency virus (SIV) in rhesus monkeys. Two candidate vaccines expressing the Gag, Pol and Env viral antigens were tested. They observe a delay in acquisition of SIV in vaccinated monkeys following repeated challenges with SIVMAC251. Protection against acquisition is correlated with Env-specific antibody responses, which the authors postulate may be critical for delaying infection, although whether the antibodies are surrogates for protection or causal correlates is not yet clear. Preclinical studies of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) vaccine candidates have typically shown post-infection virological control, but protection against acquisition of infection has previously only been reported against neutralization-sensitive virus challenges1,2,3. Here we demonstrate vaccine protection against acquisition of fully heterologous, neutralization-resistant simian immunodeficiency virus (SIV) challenges in rhesus monkeys. Adenovirus/poxvirus and adenovirus/adenovirus-vector-based vaccines expressing SIVSME543 Gag, Pol and Env antigens resulted in an 80% or greater reduction in the per-exposure probability of infection4,5 against repetitive, intrarectal SIVMAC251 challenges in rhesus monkeys. Protection against acquisition of infection showed distinct immunological correlates compared with post-infection virological control and required the inclusion of Env in the vaccine regimen. These data demonstrate the proof-of-concept that optimized HIV-1 vaccine candidates can block acquisition of stringent, heterologous, neutralization-resistant virus challenges in rhesus monkeys.

Vaccine design is challenging when the infectious agent is genetically diverse. Polyvalent 'mosaic' antigens might be used to address this challenge, and these two studies show promising results in monkeys infected with HIV-1 ( pages 268–270 and 324–328 ). The worldwide diversity of HIV-1 presents an unprecedented challenge for vaccine development1,2. Antigens derived from natural HIV-1 sequences have elicited only a limited breadth of cellular immune responses in nonhuman primate studies and clinical trials to date. Polyvalent 'mosaic' antigens, in contrast, are designed to optimize cellular immunologic coverage of global HIV-1 sequence diversity3. Here we show that mosaic HIV-1 Gag, Pol and Env antigens expressed by recombinant, replication-incompetent adenovirus serotype 26 vectors markedly augmented both the breadth and depth without compromising the magnitude of antigen-specific T lymphocyte responses as compared with consensus or natural sequence HIV-1 antigens in rhesus monkeys. Polyvalent mosaic antigens therefore represent a promising strategy to expand cellular immunologic vaccine coverage for genetically diverse pathogens such as HIV-1.

A DNA vaccine candidate for Zika The ongoing Zika epidemic in the Americas and the Caribbean urgently needs a protective vaccine. Two DNA vaccines composed of the genes that encode the structural premembrane and envelope proteins of Zika virus have been tested in monkeys. Dowd et al. show that two doses of vaccine given intramuscularly completely protected 17 of 18 animals against Zika virus challenge. A single low dose of vaccine was not protective but did reduce viral loads. Protection correlated with serum antibody neutralizing activity. Phase I clinical trials testing these vaccines are already ongoing. Science , this issue p. 237

The global diversity of HIV-1 represents a critical challenge facing HIV-1 vaccine development. HIV-1 mosaic antigens are bioinformatically optimized immunogens designed for improved coverage of HIV-1 diversity. However, the protective efficacy of such global HIV-1 vaccine antigens has not previously been evaluated. Here, we demonstrate the capacity of bivalent HIV-1 mosaic antigens to protect rhesus monkeys against acquisition of infection following heterologous challenges with the difficult-to-neutralize simian-human immunodeficiency virus SHIV-SF162P3. Adenovirus/poxvirus and adenovirus/adenovirus vector-based vaccines expressing HIV-1 mosaic Env, Gag, and Pol afforded a significant reduction in the per-exposure acquisition risk following repetitive, intrarectal SHIV-SF162P3 challenges. Protection against acquisition of infection correlated with vaccine-elicited binding, neutralizing, and functional nonneutralizing antibodies, suggesting that the coordinated activity of multiple antibody functions may contribute to protection against difficult-to-neutralize viruses. These data demonstrate the protective efficacy of HIV-1 mosaic antigens and suggest a potential strategy for the development of a global HIV-1 vaccine.PaperClip/cms/asset/3ca085d7-6160-482a-8fe4-8ba0b9bb51d3/mmc6.mp3Loading ...(mp3, 3.39 MB) Download audio