The outbreak of a novel coronavirus (2019-nCoV) represents a pandemic threat that has been declared a public health emergency of international concern. The CoV spike (S) glycoprotein is a key target for vaccines, therapeutic antibodies, and diagnostics. To facilitate medical countermeasure development, we determined a 3.5-angstrom-resolution cryo–electron microscopy structure of the 2019-nCoV S trimer in the prefusion conformation. The predominant state of the trimer has one of the three receptor-binding domains (RBDs) rotated up in a receptor-accessible conformation. We also provide biophysical and structural evidence that the 2019-nCoV S protein binds angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) with higher affinity than does severe acute respiratory syndrome (SARS)-CoV S. Additionally, we tested several published SARS-CoV RBD-specific monoclonal antibodies and found that they do not have appreciable binding to 2019-nCoV S, suggesting that antibody cross-reactivity may be limited between the two RBDs. The structure of 2019-nCoV S should enable the rapid development and evaluation of medical countermeasures to address the ongoing public health crisis.

A vaccine for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is needed to control the coronavirus disease 2019 (COVID-19) global pandemic. Structural studies have led to the development of mutations that stabilize Betacoronavirus spike proteins in the prefusion state, improving their expression and increasing immunogenicity1. This principle has been applied to design mRNA-1273, an mRNA vaccine that encodes a SARS-CoV-2 spike protein that is stabilized in the prefusion conformation. Here we show that mRNA-1273 induces potent neutralizing antibody responses to both wild-type (D614) and D614G mutant2 SARS-CoV-2 as well as CD8+ T cell responses, and protects against SARS-CoV-2 infection in the lungs and noses of mice without evidence of immunopathology. mRNA-1273 is currently in a phase III trial to evaluate its efficacy. mRNA-1273, an mRNA vaccine that encodes a stabilized prefusion-state severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein, elicits robust immune responses and protects mice against replication of SARS-CoV-2 in the upper and lower airways.

Vaccines to prevent coronavirus disease 2019 (Covid-19) are urgently needed. The effect of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines on viral replication in both upper and lower airways is important to evaluate in nonhuman primates.Nonhuman primates received 10 or 100 μg of mRNA-1273, a vaccine encoding the prefusion-stabilized spike protein of SARS-CoV-2, or no vaccine. Antibody and T-cell responses were assessed before upper- and lower-airway challenge with SARS-CoV-2. Active viral replication and viral genomes in bronchoalveolar-lavage (BAL) fluid and nasal swab specimens were assessed by polymerase chain reaction, and histopathological analysis and viral quantification were performed on lung-tissue specimens.The mRNA-1273 vaccine candidate induced antibody levels exceeding those in human convalescent-phase serum, with live-virus reciprocal 50% inhibitory dilution (ID50) geometric mean titers of 501 in the 10-μg dose group and 3481 in the 100-μg dose group. Vaccination induced type 1 helper T-cell (Th1)-biased CD4 T-cell responses and low or undetectable Th2 or CD8 T-cell responses. Viral replication was not detectable in BAL fluid by day 2 after challenge in seven of eight animals in both vaccinated groups. No viral replication was detectable in the nose of any of the eight animals in the 100-μg dose group by day 2 after challenge, and limited inflammation or detectable viral genome or antigen was noted in lungs of animals in either vaccine group.Vaccination of nonhuman primates with mRNA-1273 induced robust SARS-CoV-2 neutralizing activity, rapid protection in the upper and lower airways, and no pathologic changes in the lung. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

LY-CoV555, a SARS-CoV-2 spike protein–specific antibody, neutralizes SARS-CoV-2 and protects the airways of nonhuman primates against infection.

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.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. The nonhuman primate (NHP) model of SARS-CoV-2 infection replicates key features of human infection and may be used to define immune correlates of protection following vaccination. Here, NHP received either no vaccine or doses ranging from 0.3 - 100 μg of mRNA-1273, a mRNA vaccine encoding the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S-2P) protein encapsulated in a lipid nanoparticle. mRNA-1273 vaccination elicited robust circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs following SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and was most strongly correlated with levels of anti-S antibody binding and neutralizing activity. Consistent with antibodies being a correlate of protection, passive transfer of vaccine-induced IgG to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Taken together, these data show that mRNA-1273 vaccine-induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.mRNA-1273 vaccine-induced antibody responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.

The emergence of highly transmissible SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) that are resistant to therapeutic antibodies highlights the need for continuing discovery of broadly reactive antibodies. We identify four receptor-binding domain targeting antibodies from three early-outbreak convalescent donors with potent neutralizing activity against 12 variants including the B.1.1.7 and B.1.351 VOCs. Two of them are ultrapotent, with sub-nanomolar neutralization titers (IC50 <0.0006 to 0.0102 μ g/mL; IC80 < 0.0006 to 0.0251 μ g/mL). We define the structural and functional determinants of binding for all four VOC-targeting antibodies, and show that combinations of two antibodies decrease the in vitro generation of escape mutants, suggesting potential means to mitigate resistance development. These results define the basis of therapeutic cocktails against VOCs and suggest that targeted boosting of existing immunity may increase vaccine breadth against VOCs.

Antigens displayed on self-assembling nanoparticles can stimulate strong immune responses and have been playing an increasingly prominent role in structure-based vaccines. However, the development of such immunogens is often complicated by inefficiencies in their production. To alleviate this issue, we developed a plug-and-play platform using the spontaneous isopeptide-bond formation of the SpyTag:SpyCatcher system to display trimeric antigens on self-assembling nanoparticles, including the 60-subunit

Abstract Early life SARS-CoV-2 vaccination has the potential to provide lifelong protection and achieve herd immunity. To evaluate SARS-CoV-2 infant vaccination, we immunized two groups of 8 infant rhesus macaques (RMs) at weeks 0 and 4 with stabilized prefusion SARS-CoV-2 S-2P spike (S) protein, either encoded by mRNA encapsulated in lipid nanoparticles (mRNA-LNP) or mixed with 3M-052-SE, a TLR7/8 agonist in a squalene emulsion (Protein+3M-052-SE). Neither vaccine induced adverse effects. High magnitude S-binding IgG and neutralizing infectious dose 50 (ID 50 ) >10 3 were elicited by both vaccines. S-specific T cell responses were dominated by IL-17, IFN- γ , or TNF- α . Antibody and cellular responses were stable through week 22. The S-2P mRNA-LNP and Protein-3M-052-SE vaccines are promising pediatric SARS-CoV-2 vaccine candidates to achieve durable protective immunity. One-Sentence Summary SARS-CoV-2 vaccines are well-tolerated and highly immunogenic in infant rhesus macaques

Since emergence of SARS-CoV-2 in late 2019, there has been a critical need to understand transmission patterns, to calculate the burden of disease and case fatality rates. Molecular diagnostics, the gold standard for identifying viremic cases, are not ideal for determining true case counts and rates of asymptomatic infection. Serological detection of SARS-CoV-2 specific antibodies can contribute to filling these knowledge gaps. In this study, we describe optimization and validation of a SARS-CoV-2-specific-enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) using the prefusion-stabilized form of the spike protein. We performed receiver operator characteristic (ROC) analyses to define the specificities and sensitivities of the optimized assay and examined cross reactivity with immune sera from persons confirmed to have had infections with other coronaviruses. These assays will be used to study chains of transmission and to conduct large-scale, cross sectional surveillance to define disease burden in the population.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.