Chikungunya virus (CHIKV) is an emerging infectious agent that can cause severe disease in humans and against which there is presently no vaccine. Akahata et al. now describe their development of a virus-like particle (VLP) vaccine that elicits neutralizing antibodies against CHIKV and can protect nonhuman primates from infection. Their VLP-based approach may facilitate development of a CHIKV vaccine for human use. Chikungunya virus (CHIKV) has infected millions of people in Africa, Europe and Asia1,2 since this alphavirus reemerged from Kenya in 2004. The severity of the disease and the spread of this epidemic virus present a serious public health threat in the absence of vaccines or antiviral therapies. Here, we describe a new vaccine that protects against CHIKV infection of nonhuman primates. We show that selective expression of viral structural proteins gives rise to virus-like particles (VLPs) in vitro that resemble replication-competent alphaviruses. Immunization with these VLPs elicited neutralizing antibodies against envelope proteins from alternative CHIKV strains. Monkeys immunized with VLPs produced high-titer neutralizing antibodies that protected against viremia after high-dose challenge. We transferred these antibodies into immunodeficient mice, where they protected against subsequent lethal CHIKV challenge, indicating a humoral mechanism of protection. Immunization with alphavirus VLP vaccines represents a strategy to contain the spread of CHIKV and related pathogenic viruses in humans.

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

SARS-CoV-2 variants of interest and concern will continue to emerge for the duration of the COVID-19 pandemic. To map mutations in the receptor-binding domain (RBD) of the spike protein that affect binding to angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), the receptor for SARS-CoV-2, we applied in vitro evolution to affinity-mature the RBD. Multiple rounds of random mutagenic libraries of the RBD were sorted against decreasing concentrations of ACE2, resulting in the selection of higher affinity RBD binders. We found that mutations present in more transmissible viruses (S477N, E484K and N501Y) were preferentially selected in our high-throughput screen. Evolved RBD mutants include prominently the amino acid substitutions found in the RBDs of B.1.620, B.1.1.7 (Alpha), B1.351 (Beta) and P.1 (Gamma) variants. Moreover, the incidence of RBD mutations in the population as presented in the GISAID database (April 2021) is positively correlated with increased binding affinity to ACE2. Further in vitro evolution increased binding by 1,000-fold and identified mutations that may be more infectious if they evolve in the circulating viral population, for example, Q498R is epistatic to N501Y. We show that our high-affinity variant RBD-62 can be used as a drug to inhibit infection with SARS-CoV-2 and variants Alpha, Beta and Gamma in vitro. In a model of SARS-CoV-2 challenge in hamster, RBD-62 significantly reduced clinical disease when administered before or after infection. A 2.9 Å cryo-electron microscopy structure of the high-affinity complex of RBD-62 and ACE2, including all rapidly spreading mutations, provides a structural basis for future drug and vaccine development and for in silico evaluation of known antibodies. Evolution of the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding domain in vitro recapitulates SARS-CoV-2 variant emergence and produces an effective antiviral spike receptor-binding domain variant.

Toward a General Flu Vaccination Current seasonal influenza virus vaccines are targeted against specific viral strains and do not provide broad, durable protection. Seasonal influenza vaccines induce protective antibody responses against regions of viral hemagglutinin (HA) that rapidly mutate so that very soon, the virus becomes resistant to vaccination. Conserved regions of HA also exist, and a major goal of influenza vaccine development is to design a vaccine that elicits antibodies against the conserved regions so that protection against a wide range of viral strains is achieved. Wei et al. (p. 1060 , published online 15 July; see the Perspective by Doms ) show that a combined HA DNA prime, followed by boosting with a seasonal vaccine, elicits broadly cross-reactive neutralizing antibody responses in mice, ferrets, and nonhuman primates, which were protective in mice and ferrets against heterologous influenza challenge. The neutralizing antibodies were directed against the conserved HA stem region, which indicates the possibility that a more broadly protective vaccine against influenza could be developed.

SARS-CoV-2 infection has emerged as a serious global pandemic. Because of the high transmissibility of the virus and the high rate of morbidity and mortality associated with COVID-19, developing effective and safe vaccines is a top research priority. Here, we provide a detailed evaluation of the immunogenicity of lipid nanoparticle-encapsulated, nucleoside-modified mRNA (mRNA-LNP) vaccines encoding the full-length SARS-CoV-2 spike protein or the spike receptor binding domain in mice. We demonstrate that a single dose of these vaccines induces strong type 1 CD4+ and CD8+ T cell responses, as well as long-lived plasma and memory B cell responses. Additionally, we detect robust and sustained neutralizing antibody responses and the antibodies elicited by nucleoside-modified mRNA vaccines do not show antibody-dependent enhancement of infection in vitro. Our findings suggest that the nucleoside-modified mRNA-LNP vaccine platform can induce robust immune responses and is a promising candidate to combat COVID-19.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) in humans is often a clinically mild illness, but some individuals develop severe pneumonia, respiratory failure and death 1–4 . Studies of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection in hamsters 5–7 and nonhuman primates 8–10 have generally reported mild clinical disease, and preclinical SARS-CoV-2 vaccine studies have demonstrated reduction of viral replication in the upper and lower respiratory tracts in nonhuman primates 11–13 . Here we show that high-dose intranasal SARS-CoV-2 infection in hamsters results in severe clinical disease, including high levels of virus replication in tissues, extensive pneumonia, weight loss and mortality in a subset of animals. A single immunization with an adenovirus serotype 26 vector-based vaccine expressing a stabilized SARS-CoV-2 spike protein elicited binding and neutralizing antibody responses and protected against SARS-CoV-2-induced weight loss, pneumonia and mortality. These data demonstrate vaccine protection against SARS-CoV-2 clinical disease. This model should prove useful for preclinical studies of SARS-CoV-2 vaccines, therapeutics and pathogenesis.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. Here, nonhuman primates (NHPs) received either no vaccine or doses ranging from 0.3 to 100 μg of the mRNA-1273 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccine. mRNA-1273 vaccination elicited circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs after SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and most strongly correlated with levels of anti–S antibody and neutralizing activity. Lower antibody levels were needed for reduction of viral replication in the lower airway than in the upper airway. Passive transfer of mRNA-1273–induced immunoglobulin G to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Thus, mRNA-1273 vaccine–induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 in NHPs.