Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in December 20191,2 and is responsible for the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic3. Vaccines are an essential countermeasure and are urgently needed to control the pandemic4. Here we show that the adenovirus-vector-based vaccine ChAdOx1 nCoV-19, which encodes the spike protein of SARS-CoV-2, is immunogenic in mice and elicites a robust humoral and cell-mediated response. This response was predominantly mediated by type-1 T helper cells, as demonstrated by the profiling of the IgG subclass and the expression of cytokines. Vaccination with ChAdOx1 nCoV-19 (using either a prime-only or a prime-boost regimen) induced a balanced humoral and cellular immune response of type-1 and type-2 T helper cells in rhesus macaques. We observed a significantly reduced viral load in the bronchoalveolar lavage fluid and lower respiratory tract tissue of vaccinated rhesus macaques that were challenged with SARS-CoV-2 compared with control animals, and no pneumonia was observed in vaccinated SARS-CoV-2-infected animals. However, there was no difference in nasal shedding between vaccinated and control SARS-CoV-2-infected macaques. Notably, we found no evidence of immune-enhanced disease after viral challenge in vaccinated SARS-CoV-2-infected animals. The safety, immunogenicity and efficacy profiles of ChAdOx1 nCoV-19 against symptomatic PCR-positive COVID-19 disease will now be assessed in randomized controlled clinical trials in humans.

An outbreak of coronavirus disease 2019 (COVID-19), which is caused by a novel coronavirus (named SARS-CoV-2) and has a case fatality rate of approximately 2%, started in Wuhan (China) in December 20191,2. Following an unprecedented global spread3, the World Health Organization declared COVID-19 a pandemic on 11 March 2020. Although data on COVID-19 in humans are emerging at a steady pace, some aspects of the pathogenesis of SARS-CoV-2 can be studied in detail only in animal models, in which repeated sampling and tissue collection is possible. Here we show that SARS-CoV-2 causes a respiratory disease in rhesus macaques that lasts between 8 and 16 days. Pulmonary infiltrates, which are a hallmark of COVID-19 in humans, were visible in lung radiographs. We detected high viral loads in swabs from the nose and throat of all of the macaques, as well as in bronchoalveolar lavages; in one macaque, we observed prolonged rectal shedding. Together, the rhesus macaque recapitulates the moderate disease that has been observed in the majority of human cases of COVID-19. The establishment of the rhesus macaque as a model of COVID-19 will increase our understanding of the pathogenesis of this disease, and aid in the development and testing of medical countermeasures.

Effective therapies to treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) are urgently needed. While many investigational, approved, and repurposed drugs have been suggested as potential treatments, preclinical data from animal models can guide the search for effective treatments by ruling out those that lack efficacy in vivo. Remdesivir (GS-5734) is a nucleotide analogue prodrug with broad antiviral activity1,2 that is currently being investigated in COVID-19 clinical trials and recently received Emergency Use Authorization from the US Food and Drug Administration3,4. In animal models, remdesivir was effective against infection with Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV)2,5,6. In vitro, remdesivir inhibited replication of SARS-CoV-27,8. Here we investigate the efficacy of remdesivir in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection9. Unlike vehicle-treated animals, macaques treated with remdesivir did not show signs of respiratory disease; they also showed reduced pulmonary infiltrates on radiographs and reduced virus titres in bronchoalveolar lavages twelve hours after the first dose. Virus shedding from the upper respiratory tract was not reduced by remdesivir treatment. At necropsy, remdesivir-treated animals had lower lung viral loads and reduced lung damage. Thus, treatment with remdesivir initiated early during infection had a clinical benefit in rhesus macaques infected with SARS-CoV-2. Although the rhesus macaque model does not represent the severe disease observed in some patients with COVID-19, our data support the early initiation of remdesivir treatment in patients with COVID-19 to prevent progression to pneumonia. The nucleotide analogue prodrug remdesivir reduces viral load and lung disease in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection.

In prion and Alzheimer's diseases, the roles played by amyloid versus nonamyloid deposits in brain damage remain unresolved. In scrapie-infected transgenic mice expressing prion protein (PrP) lacking the glycosylphosphatidylinositol (GPI) membrane anchor, abnormal protease-resistant PrPres was deposited as amyloid plaques, rather than the usual nonamyloid form of PrPres. Although PrPres amyloid plaques induced brain damage reminiscent of Alzheimer's disease, clinical manifestations were minimal. In contrast, combined expression of anchorless and wild-type PrP produced accelerated clinical scrapie. Thus, the PrP GPI anchor may play a role in the pathogenesis of prion diseases.

A major problem for the effective diagnosis and management of prion diseases is the lack of rapid high-throughput assays to measure low levels of prions. Such measurements have typically required prolonged bioassays in animals. Highly sensitive, but generally non-quantitative, prion detection methods have been developed based on prions' ability to seed the conversion of normally soluble protease-sensitive forms of prion protein to protease-resistant and/or amyloid fibrillar forms. Here we describe an approach for estimating the relative amount of prions using a new prion seeding assay called real-time quaking induced conversion assay (RT-QuIC). The underlying reaction blends aspects of the previously described quaking-induced conversion (QuIC) and amyloid seeding assay (ASA) methods and involves prion-seeded conversion of the alpha helix-rich form of bacterially expressed recombinant PrPC to a beta sheet-rich amyloid fibrillar form. The RT-QuIC is as sensitive as the animal bioassay, but can be accomplished in 2 days or less. Analogous to end-point dilution animal bioassays, this approach involves testing of serial dilutions of samples and statistically estimating the seeding dose (SD) giving positive responses in 50% of replicate reactions (SD50). Brain tissue from 263K scrapie-affected hamsters gave SD50 values of 1011-1012/g, making the RT-QuIC similar in sensitivity to end-point dilution bioassays. Analysis of bioassay-positive nasal lavages from hamsters affected with transmissible mink encephalopathy gave SD50 values of 103.5–105.7/ml, showing that nasal cavities release substantial prion infectivity that can be rapidly detected. Cerebral spinal fluid from 263K scrapie-affected hamsters contained prion SD50 values of 102.0–102.9/ml. RT-QuIC assay also discriminated deer chronic wasting disease and sheep scrapie brain samples from normal control samples. In principle, end-point dilution quantitation can be applied to many types of prion and amyloid seeding assays. End point dilution RT-QuIC provides a sensitive, rapid, quantitative, and high throughput assay of prion seeding activity.

SUMMARY The deployment of a vaccine that limits transmission and disease likely will be required to end the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic. We recently described the protective activity of an intranasally-administered chimpanzee adenovirus-vectored vaccine encoding a pre-fusion stabilized spike (S) protein (ChAd-SARS-CoV-2-S) in the upper and lower respiratory tract of mice expressing the human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Here, we show the immunogenicity and protective efficacy of this vaccine in non-human primates. Rhesus macaques were immunized with ChAd-Control or ChAd-SARS-CoV-2-S and challenged one month later by combined intranasal and intrabronchial routes with SARS-CoV-2. A single intranasal dose of ChAd-SARS-CoV-2-S induced neutralizing antibodies and T cell responses and limited or prevented infection in the upper and lower respiratory tract after SARS-CoV-2 challenge. As this single intranasal dose vaccine confers protection against SARS-CoV-2 in non-human primates, it is a promising candidate for limiting SARS-CoV-2 infection and transmission in humans.

Abstract Following emergence in late 2019, SARS-CoV-2 rapidly became pandemic and is presently responsible for millions of infections and hundreds of thousands of deaths worldwide. There is currently no approved vaccine to halt the spread of SARS-CoV-2 and only very few treatment options are available to manage COVID-19 patients. For development of preclinical countermeasures, reliable and well-characterized small animal disease models will be of paramount importance. Here we show that intranasal inoculation of SARS-CoV-2 into Syrian hamsters consistently caused moderate broncho-interstitial pneumonia, with high viral lung loads and extensive virus shedding, but animals only displayed transient mild disease. We determined the infectious dose 50 to be only five infectious particles, making the Syrian hamster a highly susceptible model for SARS-CoV-2 infection. Neither hamster age nor sex had any impact on the severity of disease or course of infection. Finally, prolonged viral persistence in interleukin 2 receptor gamma chain knockout hamsters revealed susceptibility of SARS-CoV-2 to adaptive immune control. In conclusion, the Syrian hamster is highly susceptible to SARS-CoV-2 making it a very suitable infection model for COVID-19 countermeasure development. One Sentence Summary The Syrian hamster is highly susceptible to SARS-CoV-2 making it an ideal infection model for COVID-19 countermeasure development.

Abstract Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) continues to infect humans via the dromedary camel reservoir and can transmit between humans, most commonly via nosocomial transmission. Currently, no licensed vaccine is available. Previously we showed that vaccination of transgenic mice with ChAdOx1 MERS, encoding the MERS S protein, prevented disease upon lethal challenge. In the current study we show that rhesus macaques seroconverted rapidly after a single intramuscular vaccination with ChAdOx1 MERS. Upon MERS-CoV challenge vaccinated animals were protected against respiratory injury and pneumonia and had a reduction in viral load in lung tissue of several logs. Furthermore, we did not detect MERS-CoV replication in type I and II pneumocytes of ChAdOx1 MERS vaccinated animals. A prime-boost regimen of ChAdOx1 MERS boosted antibody titers, and viral replication was completely absent from the respiratory tract tissue of these rhesus macaques. Finally, we investigated the ability of ChAdOx1 MERS to protect against six different MERS-CoV strains, isolated between 2012 to 2018, from dromedary camels and humans in the Middle East and Africa. Antibodies elicited by ChAdOx1 MERS in rhesus macaques were able to neutralize all MERS-CoV strains. Vaccination of transgenic hDPP4 mice with ChAdOx1 MERS completely protected the animals against disease and lethality for all different MERS-CoV strains. The data support further clinical development of ChAdOx1 MERS supported by CEPI. One Sentence Summary Prime-only vaccination with ChAdOx1 MERS provides protective immunity against HCoV-EMC/2012 replication in rhesus macaques, and a wide variety of MERS-CoV strains in mice.

Abstract In late 2021, the SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant of concern (VoC) was reported with many mutations in the viral spike protein that were predicted to enhance transmissibility and allow viral escape of neutralizing antibodies. Within weeks of the first report of B.1.1.529, this VoC has rapidly spread throughout the world, replacing previously circulating strains of SARS-CoV-2 and leading to a resurgence in COVID-19 cases even in populations with high levels of vaccine- and infection-induced immunity. Initial studies have shown that B.1.1.529 is less sensitive to protective antibody conferred by previous infections and vaccines developed against earlier lineages of SARS-CoV-2. The ability of B.1.1.529 to spread even among vaccinated populations has led to a global public health demand for updated vaccines that can confer protection against B.1.1.529. We report here the rapid development of a replicating RNA vaccine expressing the B.1.1.529 spike and show that this B.1.1.529-targeted vaccine is immunogenic in mice and hamsters. Interestingly, we found that mice previously immunized with A.1-specific vaccines failed to elevate neutralizing antibody titers against B.1.1.529 following B.1.1.529-targeted boosting, suggesting pre-existing immunity may impact the efficacy of B.1.1.529-targeted boosters. Furthermore, we found that our B.1.1.529-targeted vaccine provides superior protection compared to the ancestral A.1-targeted vaccine in hamsters challenged with the B.1.1.529 VoC after a single dose of each vaccine. One Sentence Summary Rapidly developed RNA vaccine protects against SARS-CoV-2 Omicron variant

Abstract The continuing emergence of SARS-CoV-2 variants calls for regular assessment to identify differences in viral replication, shedding and associated disease. In this study, African green monkeys were infected intranasally with either a contemporary D614G or the UK B.1.1.7 variant. Both variants caused mild respiratory disease with no significant differences in clinical presentation. Significantly higher levels of viral RNA and infectious virus were found in upper and lower respiratory tract samples and tissues from B.1.1.7 infected animals. Interestingly, D614G infected animals showed significantly higher levels of viral RNA and infectious virus in rectal swabs and gastrointestinal tract tissues. Our results indicate that B.1.1.7 infection in African green monkeys is associated with increased respiratory replication and shedding but no disease enhancement similar to human B.1.1.7 cases. One-Sentence Summary UK B.1.1.7 infection of African green monkeys exhibits increased respiratory replication and shedding but no disease enhancement