集団免疫
ある病気に対して感染や予防接種で免疫を獲得した個人は、病気の伝播における障壁として働き、他の人への病気の感染を遅らせたり防いだりする。
基本再生産数(R0)は、感染症にかかった1人が何人の感受性者(感染や予防接種による免疫がなく、感染症にかかる可能性のある人)に感染させて免疫の獲得もしくは死亡させるかの平均人数を示すものであり、R0<1なら減少、R0>1なら増加する。実効再生産数(R)は、感染や予防接種による免疫が拡がっている状況での感染性の指標であり、R0と同じくR<1なら感染は終息していく。集団免疫閾値 (HIT) は、ある集団で、どれくらいの割合の人が抗体を持てば感染が広がらないのかを示すものであり、「集団免疫閾値=1-1/R0(%)」の式で算出できる。例えば麻疹の基本再生産数(R0)は12-18と極めて高く、1人から12-18人に感染するので、1-1/18=0.94で集団免疫閾値 (HIT)は94%であり、流行を防ぐには、高い予防接種率(95%)が必要となる。なお、この考え方はあくまでも理論的なものであり、実際の応用にはさらに複雑な理論が用いられる。
集団免疫の理論的根拠は、一般に、ワクチンが強固な免疫を誘導すること、集団がランダムに混合すること、病原体が免疫反応を回避するような進化しないこと、病気に対するヒト以外の媒介者が存在しないことを前提としている。
集団免疫はそれ自身が特定のウイルスに対する選択圧(英語版)として働き、ウイルスの進化に影響を与える。このケースでは、エスケープ変異株(escape mutant)と呼ばれる、集団免疫を回避してより容易に拡大できる新たな株の出現が促進される。分子レベルでは、ウイルスの表面抗原(一般的にはウイルスのカプシドタンパク質)をコードするウイルスゲノム領域に変異が蓄積してエピトープが変化する、抗原ドリフトと呼ばれる変化が生じる。その他にも、別々のウイルスゲノム断片の再集合による変化が生じて新たな血清型が生み出されることもあり、抗原シフトと呼ばれる。こちらは複数の株が出回っているときに起こりやすくなる。このような変化が生じるとメモリーT細胞はもはやウイルスを認識できず、そのため人々は優勢株に対して免疫がない状態となる。インフルエンザとノロウイルスのいずれの場合も、流行することで新たな優勢株が出現するまで一時的に集団免疫が誘導されるため、流行は連続的な波となる。このウイルスの進化は集団免疫に対する課題となっており、特定の血清型に対する効果にとどまらない、広域中和抗体(broadly neutralizing antibody)や「ユニバーサルワクチン」(universal vaccine、万能ワクチン)の開発が現在行われている。