This is an HTML version of an attachment to the Freedom of Information request 'Immunity covid-19'.





The future of COVID-19: evolutionary and 
immunological lessons from other viruses
Department of Infectious Disease Epidemiology
London School of Hygiene & Tropical Medicine
NITAG meeting
March 2021
cmmid.github.io/topics/covid19


Motivation
• Childhood immunisation programmes have led to elimination of 
viruses with little antigenic variation – such as measles and rubel a –
in many countries.
• But viruses such as influenza undergo frequent antigenic turnover, 
necessitating regular vaccine updates and re-vaccination.
• What might the future of COVID-19 look like?


Effectiveness of available vaccines
Pathogen
Vaccine effectiveness 
Basic reproduction 
Herd immunity threshold 
(%, mean, 95% CI)
number, R  0
(%)
Measles
96 (72–99)
12.0 (6.0–18.0)
92 (83-94)
Mumps
86 (65–92)
4.2 (3.6–4.5)
76 (72-78)
Rubel a
89 (58–97)
4.7 (3.4–7.8)
79 (71-87)
Varicel a
95 (92–97)
6.5 (3.3–16.9)
85 (70-94)
SARS-CoV-2 (pre-B.1.1.7)
86 (76–97)*
2.7 (1.5–3.8)
63 (35-74)
SARS-CoV-2 (B.1.1.7)
86 (76–97)*
4.5 (2.5–6.4)
78 (61-84)
Influenza A/H1N1 (post-
61 (57–65)
1.4 (1.2–2.0)
2009)
29 (17-50)
Influenza A/H3N2
33 (22–43)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
Influenza B
54 (46–61)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
*two dose BNT162b2 effectiveness against infection, with single dose at 72% (58-86%) [Hal  et al, SSRN]
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021


Are vaccines sufficiently effective to reach herd 
HIT = 1 – 1/R0
immunity in theory?
Pathogen
Vaccine effectiveness 
Basic reproduction 
Herd immunity threshold 
(%, mean, 95% CI)
number, R  0
(%)
Measles
96 (72–99)
12.0 (6.0–18.0)
92 (83-94)
Mumps
86 (65–92)
4.2 (3.6–4.5)
76 (72-78)
Rubel a
89 (58–97)
4.7 (3.4–7.8)
79 (71-87)
Varicel a
95 (92–97)
6.5 (3.3–16.9)
85 (70-94)
SARS-CoV-2 (pre-B.1.1.7)
86 (76–97)*
2.7 (1.5–3.8)
63 (35-74)
SARS-CoV-2 (B.1.1.7)
86 (76–97)*
4.5 (2.5–6.4)
78 (61-84)
Influenza A/H1N1 (post-
61 (57–65)
1.4 (1.2–2.0)
2009)
29 (17-50)
Influenza A/H3N2
33 (22–43)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
Influenza B
54 (46–61)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
*two dose BNT162b2 effectiveness against infection, with single dose at 72% (58-86%) [Hal  et al, SSRN]
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021


Are vaccines sufficiently effective to reach herd 
HIT = 1 – 1/R0
immunity in theory?
Pathogen
Vaccine effectiveness 
Basic reproduction 
Herd immunity threshold 
(%, mean, 95% CI)
number, R  0
(%)
Measles
96 (72–99)
12.0 (6.0–18.0)
92 (83-94)
Mumps
86 (65–92)
4.2 (3.6–4.5)
76 (72-78)
Rubel a
89 (58–97)
4.7 (3.4–7.8)
79 (71-87)
Varicel a
95 (92–97)
6.5 (3.3–16.9)
85 (70-94)
SARS-CoV-2 (pre-B.1.1.7)
86 (76–97)*
2.7 (1.5–3.8)
63 (35-74)
SARS-CoV-2 (B.1.1.7)
86 (76–97)*
4.5 (2.5–6.4)
78 (61-84)
Influenza A/H1N1 (post-
61 (57–65)
1.4 (1.2–2.0)
2009)
29 (17-50)
Influenza A/H3N2
33 (22–43)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
Influenza B
54 (46–61)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
*two dose BNT162b2 effectiveness against infection, with single dose at 72% (58-86%) [Hal  et al, SSRN]
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021


Are vaccines sufficiently effective to reach herd 
HIT = 1 – 1/R0
immunity in theory?
Pathogen
Vaccine effectiveness 
Basic reproduction 
Herd immunity threshold 
(%, mean, 95% CI)
number, R  0
(%)
Measles
96 (72–99)
12.0 (6.0–18.0)
92 (83-94)
Mumps
86 (65–92)
4.2 (3.6–4.5)
76 (72-78)
Rubel a
89 (58–97)
4.7 (3.4–7.8)
79 (71-87)
Varicel a
95 (92–97)
6.5 (3.3–16.9)
85 (70-94)
SARS-CoV-2 (pre-B.1.1.7)
86 (76–97)*
2.7 (1.5–3.8)
63 (35-74)
SARS-CoV-2 (B.1.1.7)
86 (76–97)*
4.5 (2.5–6.4)
78 (61-84)
Influenza A/H1N1 (post-
61 (57–65)
1.4 (1.2–2.0)
2009)
29 (17-50)
Influenza A/H3N2
33 (22–43)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
Influenza B
54 (46–61)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
*two dose BNT162b2 effectiveness against infection, with single dose at 72% (58-86%) [Hal  et al, SSRN]
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021


Are vaccines sufficiently effective to reach herd 
HIT = 1 – 1/R0
immunity in theory?
Pathogen
Vaccine effectiveness 
Basic reproduction 
Herd immunity threshold 
(%, mean, 95% CI)
number, R  0
(%)
Measles
96 (72–99)
12.0 (6.0–18.0)
92 (83-94)
Mumps
86 (65–92)
4.2 (3.6–4.5)
76 (72-78)
Rubel a
89 (58–97)
4.7 (3.4–7.8)
79 (71-87)
Varicel a
95 (92–97)
6.5 (3.3–16.9)
85 (70-94)
SARS-CoV-2 (pre-B.1.1.7)
86 (76–97)*
2.7 (1.5–3.8)
63 (35-74)
SARS-CoV-2 (B.1.1.7)
86 (76–97)*
4.5 (2.5–6.4)
78 (61-84)
Influenza A/H1N1 (post-
61 (57–65)
1.4 (1.2–2.0)
2009)
29 (17-50)
Influenza A/H3N2
33 (22–43)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
Influenza B
54 (46–61)
2.1 (1.6–2.5)
51 (38-60)
*two dose BNT162b2 effectiveness against infection, with single dose at 72% (58-86%) [Hal  et al, SSRN]
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021




What about additional immunity from natural infections?
Effectiveness:
Plausible based 
on early two dose 
BNT162b2 data
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021




What about additional immunity from natural infections?
Effectiveness:
Plausible based 
on early two dose 
Vaccinate 
BNT162b2 data
~95% of adults
Hodgson et al. CMMID working paper, 2021



The Economist




Seasonal coronaviruses undergo antigenic evolution like influenza
Human coronavirus 229E:
Influenza A/H3N2 (2005–17):
Eguia et al. MedRxiv, 2021
nextflu.org




Seasonal coronaviruses undergo antigenic evolution like influenza
Human coronavirus 229E:
Influenza A/H3N2 (2005–17):
Vaccine updates
Eguia et al. MedRxiv, 2021
nextflu.org



HCoV-229E antibody responses reduced to subsequent viruses
Time of sample 
Lower titers to more 
collection
recent viruses
Eguia et al. MedRxiv, 2021



Adaptation rate in receptor-binding domain similar to influenza B
Kistler et al, eLife, 2021



Immune escape depends both on prevalence and selection pressure
Grenfel  et al, Science, 2004
Saad-Roy et al, Science, 2021



Immune escape depends both on prevalence and selection pressure
Early COVID-19 
epidemics in 2020
Grenfel  et al, Science, 2004
Saad-Roy et al, Science, 2021



Immune escape depends both on prevalence and selection pressure
COVID-19 as 
immunity builds
Grenfel  et al, Science, 2004
Saad-Roy et al, Science, 2021



Immune escape depends both on prevalence and selection pressure
Epidemic controlled 
by immunity
Grenfel  et al, Science, 2004
Saad-Roy et al, Science, 2021




Also need to consider combinations of mutations
Locations of mutations that escape common 
monoclonal antibodies:
Greaney et al, MedRxiv, 2021



Standardised genomic, immunological and epidemiological data 
could provide insights into future multi-variant dynamics
Kucharski et al, PLOS Path, 2017


Summary
• Influenza B and seasonal coronaviruses could be useful conceptual model for 
future SARS-CoV-2 evolutionary dynamics
• Vaccination-induced herd immunity against B.1.1.7 unlikely with current 
vaccines unless: i) children also vaccinated or i ) substantial natural immunity also 
accumulated.
• Potential for SARS-CoV-2 immune escape largest in areas of high prevalence 
and accumulating immunity
• Standardisation and sharing of multiple data sources wil  be important for 
tracking evolutionary dynamics
cmmid.github.io/topics/covid19