We engineered three SARS-CoV-2 viruses containing key spike mutations from the newly emerged United Kingdom (UK) and South African (SA) variants: N501Y from UK and SA; 69/70-deletion+N501Y+D614G from UK; and E484K+N501Y+D614G from SA. Neutralization geometric mean titers (GMTs) of twenty BTN162b2 vaccine-elicited human sera against the three mutant viruses were 0.81- to 1.46-fold of the GMTs against parental virus, indicating small effects of these mutations on neutralization by sera elicited by two BNT162b2 doses.

Abstract A high-throughput platform would greatly facilitate COVID-19 serological testing and antiviral screening. Here we report a nanoluciferase SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2-Nluc) that is genetically stable and replicates similarly to the wild-type virus in cell culture. We demonstrate that the optimized reporter virus assay in Vero E6 cells can be used to measure neutralizing antibody activity in patient sera and produces results in concordance with a plaque reduction neutralization test (PRNT). Compared with the low-throughput PRNT (3 days), the SARS-CoV-2-Nluc assay has substantially shorter turnaround time (5 hours) with a high-throughput testing capacity. Thus, the assay can be readily deployed for large-scale vaccine evaluation and neutralizing antibody testing in humans. Additionally, we developed a high-throughput antiviral assay using SARS-CoV-2-Nluc infection of A549 cells expressing human ACE2 receptor (A549-hACE2). When tested against this reporter virus, remdesivir exhibited substantially more potent activity in A549-hACE2 cells compared to Vero E6 cells (EC 50 0.115 vs 1.28 μM), while this difference was not observed for chloroquine (EC 50 1.32 vs 3.52 μM), underscoring the importance of selecting appropriate cells for antiviral testing. Using the optimized SARS-CoV-2-Nluc assay, we evaluated a collection of approved and investigational antivirals and other anti-infective drugs. Nelfinavir, rupintrivir, and cobicistat were identified as the most selective inhibitors of SARS-CoV-2-Nluc (EC 50 0.77 to 2.74 μM). In contrast, most of the clinically approved antivirals, including tenofovir alafenamide, emtricitabine, sofosbuvir, ledipasvir, and velpatasvir were inactive at concentrations up to 10 μM. Collectively, this high-throughput platform represents a reliable tool for rapid neutralization testing and antiviral screening for SARS-CoV-2.

Abstract To contain the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, a safe and effective vaccine against the new severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is urgently needed in quantities sufficient to immunise large populations. In this study, we report the design, preclinical development, immunogenicity and anti-viral protective effect in rhesus macaques of the BNT162b2 vaccine candidate. BNT162b2 contains an LNP-formulated nucleoside-modified mRNA that encodes the spike glycoprotein captured in its prefusion conformation. After expression of the BNT162b2 coding sequence in cells, approximately 20% of the spike molecules are in the one-RBD ‘up’, two-RBD ‘down’ state. Immunisation of mice with a single dose of BNT162b2 induced dose level-dependent increases in pseudovirus neutralisation titers. Prime-boost vaccination of rhesus macaques elicited authentic SARS-CoV-2 neutralising geometric mean titers 10.2 to 18.0 times that of a SARS-CoV-2 convalescent human serum panel. BNT162b2 generated strong T H 1 type CD4 + and IFNγ + CD8 + T-cell responses in mice and rhesus macaques. The BNT162b2 vaccine candidate fully protected the lungs of immunised rhesus macaques from infectious SARS-CoV-2 challenge. BNT162b2 is currently being evaluated in a global, pivotal Phase 2/3 trial ( NCT04368728 ).

Abstract A spike protein mutation D614G became dominant in SARS-CoV-2 during the COVID-19 pandemic. However, the mutational impact on viral spread and vaccine efficacy remains to be defined. Here we engineer the D614G mutation in the SARS-CoV-2 USA-WA1/2020 strain and characterize its effect on viral replication, pathogenesis, and antibody neutralization. The D614G mutation significantly enhances SARS-CoV-2 replication on human lung epithelial cells and primary human airway tissues, through an improved infectivity of virions with the spike receptor-binding domain in an “up” conformation for binding to ACE2 receptor. Hamsters infected with D614 or G614 variants developed similar levels of weight loss. However, the G614 virus produced higher infectious titers in the nasal washes and trachea, but not lungs, than the D614 virus. The hamster results confirm clinical evidence that the D614G mutation enhances viral loads in the upper respiratory tract of COVID-19 patients and may increases transmission. For antibody neutralization, sera from D614 virus-infected hamsters consistently exhibit higher neutralization titers against G614 virus than those against D614 virus, indicating that (i) the mutation may not reduce the ability of vaccines in clinical trials to protect against COVID-19 and (ii) therapeutic antibodies should be tested against the circulating G614 virus before clinical development. Importance Understanding the evolution of SARS-CoV-2 during the COVID-19 pandemic is essential for disease control and prevention. A spike protein mutation D614G emerged and became dominant soon after the pandemic started. By engineering the D614G mutation into an authentic wild-type SARS-CoV-2 strain, we demonstrate the importance of this mutation to (i) enhanced viral replication on human lung epithelial cells and primary human airway tissues, (ii) improved viral fitness in the upper airway of infected hamsters, and (iii) increased susceptibility to neutralization. Together with clinical findings, our work underscores the importance of this mutation in viral spread, vaccine efficacy, and antibody therapy.

Abstract Rapidly spreading variants of SARS-CoV-2 that have arisen in the United Kingdom and South Africa share the spike N501Y substitution, which is of particular concern because it is located in the viral receptor binding site for cell entry and increases binding to the receptor (angiotensin converting enzyme 2). We generated isogenic N501 and Y501 SARS-CoV-2. Sera of 20 participants in a previously reported trial of the mRNA-based COVID-19 vaccine BNT162b2 had equivalent neutralizing titers to the N501 and Y501 viruses.

Abstract Virus neutralization remains the gold standard for determining antibody efficacy. Therefore, a high-throughput assay to measure SARS-CoV-2 neutralizing antibodies is urgently needed for COVID-19 serodiagnosis, convalescent plasma therapy, and vaccine development. Here we report on a fluorescence-based SARS-CoV-2 neutralization assay that detects SARS-CoV-2 neutralizing antibodies in COVID-19 patient specimens and yields comparable results to plaque reduction neutralizing assay, the gold standard of serological testing. Our approach offers a rapid platform that can be scaled to screen people for antibody protection from COVID-19, a key parameter necessary to safely reopen local communities.

Abstract A safe and effective vaccine against COVID-19 is urgently needed in quantities sufficient to immunise large populations. We report the preclinical development of two BNT162b vaccine candidates, which contain lipid-nanoparticle (LNP) formulated nucleoside-modified mRNA encoding SARS-CoV-2 spike glycoprotein-derived immunogens. BNT162b1 encodes a soluble, secreted, trimerised receptor-binding domain (RBD-foldon). BNT162b2 encodes the full-length transmembrane spike glycoprotein, locked in its prefusion conformation (P2 S). The flexibly tethered RBDs of the RBD-foldon bind ACE2 with high avidity. Approximately 20% of the P 2S trimers are in the two-RBD ‘down,’ one-RBD ‘up’ state. In mice, one intramuscular dose of either candidate elicits a dose-dependent antibody response with high virus-entry inhibition titres and strong TH1 CD4 + and IFNγ + CD8 + T-cell responses. Prime/boost vaccination of rhesus macaques with BNT162b candidates elicits SARS-CoV-2 neutralising geometric mean titres 8.2 to 18.2 times that of a SARS-CoV-2 convalescent human serum panel. The vaccine candidates protect macaques from SARS-CoV-2 challenge, with BNT162b2 protecting the lower respiratory tract from the presence of viral RNA and with no evidence of disease enhancement. Both candidates are being evaluated in phase 1 trials in Germany and the United States. BNT162b2 is being evaluated in an ongoing global, pivotal Phase 2/3 trial ( NCT04380701 , NCT04368728 ).