JPH0646957B2 - インタ−ロイキン−2の製造方法 - Google Patents

インタ−ロイキン−2の製造方法

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JPH0646957B2
JPH0646957B2 JP60048698A JP4869885A JPH0646957B2 JP H0646957 B2 JPH0646957 B2 JP H0646957B2 JP 60048698 A JP60048698 A JP 60048698A JP 4869885 A JP4869885 A JP 4869885A JP H0646957 B2 JPH0646957 B2 JP H0646957B2
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    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
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    • C07K14/54Interleukins [IL]
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はインターロイキン−2の製造方法に関する。
従来の技術 インターロイキン−2〔以下IL−2と略称する。なお
IL−2は、T細胞増殖因子(TCGF)とも呼ばれる。〕
は、レクチンやアロ抗原等で刺激されたT細胞によって
産生されるリンホカインである〔サイエンス,第193
巻,1007頁(1976);〕 IL−2を利用して、これまでにキラーT細胞やヘルパ
ーT細胞、さらにはナチュラルキラー細胞などのクロー
ンが多数得られている〔たとえば、ネイチャー,第26
8巻,154頁(1977)〕:このようなT細胞やナ
チュラルキラー細胞のクローン化という直接的用途のほ
かに、IL−2を用いてある特殊な抗原、たとえば腫瘍
抗原を認識し破壊する抗原特異的なキラーT細胞をイン
ビトロで選択的に増殖させることができる。このように
して増殖させた腫瘍特異的キラーT細胞を動物に移入し
て腫瘍の増殖を抑制阻止することが可能である〔ザ・ジ
ャーナル・オブ・イムノロジー,第125巻,1904
頁(1980)〕。
これらの実験事実はIL−2が抗腫瘍剤として用いられ
る可能性を示すものである。IL−2はまた、胸腺機能
を欠如しているヌードマウスのヘルパーT細胞機能を回
復させること(ヨーロピアン・ジャーナル・オブ・イム
ノロジー,第10巻,719頁(1980)〕や、同種
細胞に対するキラーT細胞の誘導を回復させること〔ネ
イチャー,第284巻,278頁(1980)〕が知ら
れており、免疫機能低下疾患への応用も期待できる。
ヒトIL−2をヒトT細胞から得ることができるが、極
めて限られた量である。しかし近年遺伝子組換え技術の
進歩によって、ヒトIL−2遺伝子を組入れた発現ベク
ターを持つ大腸菌などの培養物から生物学的に活性な蛋
白質として取得できる途が開けた〔ネイチャー,第30
2巻,305頁(1983);ヌクレイツク・アシッズ
・リサーチ,第11巻,4307頁(1983)〕。
発明が解決しようとする問題点 これまでに報告された遺伝子組換え技術によるヒトIL
−2の生産性は低く、工業的なヒトIL−2蛋白質の製
造法としては、必ずしも十分なものとはいえない。
この様な状況に鑑み、本発明者らは、IL−2生産能を
有する大腸菌の培養法について、種々検討を重ねた結
果、従来大腸菌は中性乃至微アルカリ性を好むとされ、
大腸菌を使用する酵素はpH6.5〜7.5付近の中性域
で行われて来た〔遺伝子組換え実用化技術第4巻151
〜164頁(1983)〕が、意外にもpH 4,8〜6
の酸性条件下で培養することによって、IL−2の生産
量が著しく向上することを見出し、これに基づいてさら
に研究した結果、本発明を完成した。
問題点を解決するための手段 本発明はインターロイキン−2遺伝子およびその上流に
トリプトファンプロモーターを有する発現プラスミドを
保持する大腸菌の培養によりインターロイキン−2を製
造する方法において、当該大腸菌をpH 4.8〜6.0
に調整した培地に接種し、当該pHを維持しつつ生育させ
ることを特徴とするインターロイキン−2の製造方法を
提供するものである。
IL−2遺伝子としては哺乳動物由来のものが挙げら
れ、とりわけ第1図においてNo.1〜133のアミノ酸
配列で示されるヒトIL−2をコードする遺伝子が好ま
しい。一例としては、例えば第2図のコドンNo.1〜1
33で示される塩基配列が挙げられる。
上記遺伝子(DNA)およびプロモーターは、通常ベク
ターに組込まれ発現プラスミドとして使用されるが、該
ベクターとしてのプラスミドとして、例えばColE1由
来のpBR322〔ジーン,第2巻,95頁(197
7)〕が最もよく利用されるが、その他のプラスミドで
あっても、大腸菌内で複製保持されるものであれば、い
ずれも用いることができる。その例としては、pBR31
3〔ジーン,第2巻,75頁(1977)〕,pBR324,
pBR325〔ジーン,第4巻,121頁(197
8)〕,pBR327,pBR328〔ジーン,第9巻,28
7頁(1980)〕,pKY2289〔ジーン,第3巻,
1頁(1978)〕,pKY2700〔生化学,第52
巻,770頁(1980)〕,pACYC177およびpACYC
184〔ジャーナル・オブ・バクテリオロジー,第13
4巻,1141頁(1978)〕,pRK248,pRK64
6,pDF41〔メソッズ・イン・エンジーモロジー,第
68巻,268頁(1979)〕などが挙げられる。
また、バクテリオファージ、たとえばλファージを使用
したλgt系のλgt・λC〔プロシージング オブ ナシ
ヨナル アカデミー オブ サイエンスUSA,第71
巻,4579頁(1974)〕。λgt・λB〔同誌第7
2巻,3416頁(1975)〕,λDam〔ジーン,第
1巻,255頁(1977)〕やシヤロンベクター〔サ
イエンス,第196巻,161頁(1977);ジャー
ナル・オブ・ビーロロジー,第29巻,555頁(19
79)〕,繊維状ファージを使用したベクターなども発
現ベクターとして使用可能である。
上記発現プラスミドの構築は、公知の方法に従って行な
えばよい〔ネイチャー,第302巻,305頁(198
3),ヌクレイツク・アシッズ・リサーチ,第11巻4
307頁(1983)〕。
ヒトIL−2遺伝子を組入れた発現プラスミドを導入す
る宿主菌としては、大腸菌(Escherichiacoli=E.col
i)が用いられるが、なかでも大腸菌K−12株由来の
ものが、取扱い、安全性の面から特に好ましい。該大腸
菌K−12株由来のものとしては、たとえば、大腸菌P
R13株,C−4株,294株,DH1株,W3110
株,C600株などが有利に用いられる。
大腸菌C−4株はK−12株由来の、大腸菌PR13株
〔ジャーナル オブ バクテリオロジー,第97巻,1
522頁(1969)〕を親株として単離された株で以
下の菌学的性質を有する。
C−4株の菌学的性質 a)顕微鏡的観察 1)形態;通常の大腸菌K−12株と同様で、0.5〜
1.0×2〜5μの桿菌で、単独又は2連で存在し、多
形性は認められない。
2)運動性;有り 3)鞭毛;周毛 4)グラム染色;陰性 5)胞子;形成せず 6)抗酸性;非抗酸性 b)各種培地における生育状態 1)肉汁寒天平板培養 集落は小さく平坦で円形。半透明で光沢有り。
2)肉汁寒天斜面培養 生育は中程度で平坦、半透明でやや光沢有り。
3)肉汁液体培養 生育は中程度で、全体に懸濁して生育。
4)肉汁ゼラチン穿刺培養 全体に拡散して生育し、ゼラチンを液化しない。
5)リトマスミルク 凝固又はベプトン化しない。pHも変化しない。
c)生理学的性質 1)硝酸塩の還元:陽性 2)脱窒反応:陰性 3)MRテスト陽性 4)VPテスト:陰性 5)インドールの生成;陽性 6)硫化水素の生成;陰性 7)デンプンの加水分解;陰性 8)クエン酸の利用;陰性 9)無機窒素源の利用 i)硝酸ナトリウム:陽性 ii)硫酸アンモニウム;陽性 10)色素の生成;水溶性色素の産生は認められない。
11)ウレアーゼ;陰性 12)オキシダーゼ;陰性 13)カタラーゼ;陰性 14)生育の範囲 i)pH;pH4.5〜10.0で生育 ii)温度;18℃〜47℃ 15)酸素に対する態度;通性嫌気性 16)O−Fテスト;+ 17) 本株(エシエリヒア コリ C−4)は、昭和60年2
月16日から通商産業省工業技術院微生物工業技術研究
所(FRI)に、FERM−P8101として寄託さ
れ、該寄託はブダペスト条約に基づく寄託に切換えられ
て受託番号FERM BP−966として同研究(FR
I)に保管されている。また該微生物は、財団法人発酵
研究所(IFO)にIFO−14421として寄託され
ている。
294株は公知菌株であり〔(プロシーデイング・オブ
・ナシヨナル・アカデミー・オブ・サイエンス・USA
第73巻,4174頁(1976)〕、又財団法人発
酵研究所にIFO−14171として寄託もされてい
る。
W3110,C600株も公知菌株であり、ATCCカ
タログ・オブ・ストレインズI巻第15版1982年に
夫々ATCC 27325,ATCC 23724とし
て掲載されている株が上げられる。
DH1株は ネイチャー 第217巻,1110頁(1
968)に記載されている。
IL−2生産能を有する大腸菌は、宿主大腸菌を発現プ
ラスミドで形質転換することにより製造でき、形質転換
は、例えばジャーナル・オブ・モレキユラー・バイオロ
ジー,第53巻,159頁(1970),メソッズ・イ
ン・エンジモロジー,第68巻,253頁(197
9),ジーン,第3巻,279頁(1978)などに記
載されている手段によって行うことができる。
IL−2生産能を有する大腸菌は、pH4.8〜6.0に
調整した培地に接種し、当該pH範囲を維持しつつ生育さ
せることにより培養する。上記pH5.0〜5.8、とり
わけpH5.5付近に調整することが好ましい。
なお生育が十分達成された後は、上記pH領域外、例えば
より酸性側で培養してもよい。
pH調整は培地を作製し滅菌する前または後に無機塩基ま
たは鉱酸を用いて行い、大腸菌を接種後生育中、さらに
所定のpH領域を維持するためにpH調整を行う。通常培養
によりpHは低下するので塩基性物質、例えばアンモニ
ア,水酸化ナトリウム,炭酸ナトリウムなど無機塩基を
添加することにより行うが、所望により硫酸などの鉱酸
を添加することもできる。とりわけアンモニア水が好ま
しく、アンモニアを用いる場合は、培地の窒素源ともな
りうる。
培地として、たとえばグルコース,カザミノ酸を含むM
9培地やM−O3培地〔第2表にそれぞれの培地組成を
示す〕などが挙げられる。しかし培地はこれらに限定さ
れるものではなく、大腸菌が充分生育し、IL−2が生
産される培地であれば、いずれも適用できる。またたと
えばtrpプロモーターを使用した組換え体では、プロモ
ーターを効率よく働かせるために、例えば3−β−イン
ドリルアクリル酸のような薬剤を加えることも出来る。
又培養中必要に応じて、グルコースやカザ ミノ酸などの成分を追加することも可能である。さらに
組換え大腸菌を選択的に増殖させるために、プラスミド
中に保持されている薬剤耐性等の遺伝子に応じて、耐性
を示す薬剤(テトラサイクリンなど)を添加してもよ
い。
培養温度は通常15〜45℃であるが、生育開始時から
その半ばまで37℃付近に保ち、増殖するにつれ温度を
下げ20〜30℃に保つことにより生産性が著しく向上
する。
培養は、通常、通気撹拌培養によって行われる。培地中
の酸素濃度を飽和酸素濃度の約5%(V/V)以上になるよ
うに保ちつつ培養を行なうと、目的とするIL−2の生
産量が増大されるので有利である。このために、培養途
中に純酸素を空気と混合して通気することも効果的であ
る。
かくして生成されるIL−2の測定にはIL−2依存性
細胞株を用いることができるが、ヒトIL−2はヒト以
外にラットおよびマウスなどのIL−2依存性細胞の増
殖をも促進することが知られている〔イムノロジカル・
レビュー,第51巻,257頁(1980)〕ので、I
L−2依存性ヒト細胞株のみならずラットまたはマウス
のIL−2依存性細胞株を用いることもできる〔ジャー
ナル・オブ・イムノロジー,第130巻,981頁およ
び988頁(1983)〕。
特にマウスのIL−2依存性細胞株は、長期間安定に継
代維持されるので再現性の高い測定結果が得られる。
本明細書においてIL−2の生産量は、IL−2依存性
マウス細胞を用いて放射性チミジンの取込みを指標とす
る方法〔バイオケミカル・バイオフイジカル・リサーチ
・コミユニケイシヨンズ,第109巻,363頁(19
82)〕によって測定した。
本発明で製造されるIL−2を培養菌体から抽出するに
際しては、培養後、公知の方法で菌体を集め、菌体を塩
酸グアニジンなどの蛋白質変性剤を含む緩衝液に懸濁
し、冷所で撹拌したのち、遠心分離によりIL−2を含
む上澄液を得る方法、あるいは緩衝液に懸濁し、超音波
処理,リゾチームおよび(または)凍結融解によって菌
体を破壊したのち、遠心分離によりIL−2を含む上澄
液を得る方法などが適宜用い得る。
上記上澄液からIL−2を分離,精製するには、自体公
知の分離,精製法を適切に組み合わせて行うことができ
る。これらの公知の分離,精製法としては、塩析や溶媒
沈殿法などの溶解度を利用する方法,透析法,限界過
法,ゲル過法およびSDS−ポリアクリルアミドゲル
電気泳動法などの主として分子量の差を利用する方法,
イオン交換クロマトグラフィーなどの荷電の差を利用す
る方法,アフィニティークロマトグラフィーなどの特異
的親和性を利用する方法,逆相高速液体クロマトグラフ
ィーなどの疎水性の差を利用する方法,等電点電気泳動
法などの等電点の差を利用する方法などが挙げられる。
特に、ヒトIL−2蛋白質は高い疎水性を有しているの
で、疎水性カラムクロマトグラフィーとりわけ逆相系カ
ラムを用いる高速液体クロマトグラフィーは該蛋白質の
精製に極めて有効である。
かくして精製されるIL−2蛋白質は、たとえば腫瘍抗
原を認識し、破壊する抗原特異的なキラーT細胞や抗原
感作の経験の有無と無関係に腫瘍を殺す能力をもつとこ
ろのナチュラルキラー細胞をインビトロで選択的に増殖
させることができ、またこのキラーT細胞を生体へ移入
する際に、本発明のヒトIL−2を同時に接種すること
により、その抗腫瘍効果を増大させることから、温血動
物(例、マウス,ラット,ウサギ,犬,ネコ,ブタ,ウ
マ,ヒツジ,ウシ,ヒトなど)の腫瘍の予防,治療や免
疫機能低下疾患の治療のために用いることができる。
上記IL−2蛋白質を腫瘍の予防,治療剤として用いる
には、当該蛋白質を自体公知の担体と混合希釈して、た
とえば注射剤,カプセル剤などとして非経口的にまたは
経口的に投与することができる。さらに、前述したよう
にインビトロで増殖させたキラーT細胞やナチュラルキ
ラー細胞と共にまたは単独で使用することができる。
また上記IL−2蛋白質は、公知の天然から分離された
ヒト−2と実質的に同じ生物活性を有するのでこれと同
様に使用することができ、細胞のIL−2受容体との解
離定数がきわめて小さいことから、極く小量の投与で良
い。
作用および実施例 以下に実施例および参考列を挙げて本発明を更に具体的
に説明する。
なお実施例中、代表的な形質転換体については通商産業
省工業技術院微生物工業技術研究所(FRI)および財
団法人発酵研究所(IFO)にそれぞれ下表に示す寄託
番号で寄託されている。
なお、上記微生物エシェリヒア コリC−4/pTF4
は、1985年2月16日からFRIにFERM P−
8102として寄託され、該寄託はブダペスト条約に基
づく寄託に切換えられて受託番号FERM BF−96
7としてFRIに保管されている。
実施例1 ヒトIL−2構造遺伝子を含有する発現プラスミドpTF
4をE.coliDE1/pTF 4(FERM BP−62
8)〔特開昭60−115528号公報〕からBirnboi
m,H.C.らの方法〔ヌクレイック・アシッズ・リサーチ
第7巻,1513頁(1979)〕に記載された方法で
単離し、該プラスミドでE.coli PR 13(前出)
をCohem,S.N.らの方法〔プロシーディングス・オブ・ザ
・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス,US
A,第69巻2110頁(1972年)〕により形質転
換し、得られた形質転換体を、それぞれ200ml容三角
フラスコ内のバクト・トリプトン(デイフコ・ラボラト
リーズ,アメリカ)1%,バクト・イーストエキス(同
上)0.5%,食塩0.5%およびテトラサイクリン塩
酸塩5mg/を含む培地50ml(pH7.0)に接種し、
37℃で一夜培養した。一方修正M−9培地にビタミン
塩酸塩を1mg/添加した培地30ml宛を含むくぼ
みつき200ml三角フラスコに上記種培養液を各々接種
し、37℃で4時間,30℃で4時間,25℃で10時
間培養を続け、IL−2生産性の特にすぐれたE.coli
C−4/pTF 4株を選択した。
かくして得たE.coliC−4/pTF 4を250ml容三角
フラスコ内のバクト−トリプトン(デイフコ・ラボラト
リーズ,アメリカ)1%,バクト・イーストエキス(同
上)0.5%,食塩0.5%およびテトラサイクリン塩
酸塩5mg/を含む培地50ml(pH7.0)に接種し、
37℃で一夜培養した。一方M−O3培地にビタミンB
塩酸塩を1mg/添加した培地2.5宛を5容ジ
ャーフアーメンター8基に夫々仕込み滅菌後培地のpHを
夫々7.5,7.0,6.5,6.0,5.5,5.
0,4.8,4.5にアンモニア水または5N硫酸にて
調整した。これに種培養液125ml宛を接種し、アンモ
ニア水または5N硫酸にて上記所定のpHに調整しつつ、
通気量2.5/分,撹拌1300rpm,37℃で培養
した。培養途中グルコースが0.5%以下になった時、
1%グルコースと1%カザミノ酸を添加して15時間培
養を続け第3表の結果を得た。即ちpH4.8〜6.0の
範囲で通常培養されるpH7.0に比べ生産性が2〜5倍
に増大した。
実施例2 実施例1と全く同様にpHの異なる8種類の培地を用意
し、培養温度のみを変えて24時間通気撹拌培養した。
すなわち実施例2では37℃で培養を開始し、生育が5
00クレット単位に達した時点で培養温度を30℃に、
更に1000クレット単位に達した時点で25℃に下
げ、全体で24時間培養を続け、第4表の結果を得た。
pH7.0,37℃一定で培養した場合に比べpH4.8〜
6の範囲で生産性が 3〜7.5倍増大した。
実施例3 ヒトIL−2構造遺伝子を組入れた発現プラスミドpTF
4(前出)でE.coli294株,DE1株,W3110
株,C600株夫々を実施例1に記載の方法で形質転換
して得た形質転換体を、実施例1と同じ種培養培地に接
種し、37℃で一夜培養した。一方M−9培地にビタミ
ンB塩酸塩を1mg/添加した培地2.5宛を5
容ジヤーフアーメンター8基に仕込み、培地のpHを4基
は5.5に他の4基は6.5に調整した。夫々の形質転
換体の種菌125ml宛をpH5.5とpH6.5の両培地に
接種し、実施例2と同じ条件で培養し、第5表の結果を
得た。
いずれの形質転換体に於てもpH5.5の方が2倍以上の
生産性を示した。
実施例4 実施例1と全く同様にpHの異なる8種類の培地を用意
し、実施例2と同様な培養温度条件で培養をおこない、
5N NaOH 水溶液および5N H2SO4にて、所定のpH
に調整しつつ、24時間培養を続け、第6表の結果を得
た。pH7.0で培養した場合に比べpH4.8〜6の範囲
で生産性が5〜7倍に増大した。
実施例5 実施例2で得られたpH5.5および7.0の培養液をそ
れぞれ遠心分離して菌体を集め−80℃で凍結した。夫
々の凍結菌体12g宛を7M塩酸グアニジン,0.1M
Tris・HClを含む抽出液(pH7.0)100mlに均一に
懸濁し、4℃で1時間撹拌した。この溶菌液を28,0
00×gで20分間遠心分離して上澄液を得た。この上
清を0.01MTris・HCl緩衝液(pH8.5)に対して
透析後19.000×gで10分間遠心分離して透析上
清を得た。この透析上清を0.01M Tris−HCl緩衝
液(pH8.5)で平衡化したDE52(DEAE−セル
ロース,ワットマン社製,イギリス)カラム(50ml
容)に通して蛋白を吸着させ、NaCl濃度直線勾配(0〜
0.15MNaCl,1)を作成してIL−2を溶出させ
た。活性画分をYM−5メンブラン(アミコン社製,ア
メリカ)を用いて約5mlに濃縮し、0.1MTris・HCl
(pH8.0)−1MNaCl緩衝液で平衡化したセファクリル
S−200(ファルマシア社製,スエーデン)カラム
(500ml容)を用いてゲル過を行った。活性画分を
YM−5メンプランで2.5mlに濃縮した。得られた濃
縮液をウルトラポアRPSC(アルテックス社製,アメ
リカ)カラムに吸着させ、トリフルオロ酢酸−アセトニ
トリル系を溶出溶媒とする高速液体クロマトグラフィー
を行った。
カラム,ウルトラポアRPSC(4.6×75mm);カラ
ム温度,30℃;溶出溶媒A,0.1%トリフルオロ酢
酸−99.9%水;溶出溶媒B,0.1%トリフルオロ
酢酸−99.9%アセトニトリル;溶出プログラム,0
分(68%A+32%B)−25分(55%A+45%
B)−35分(45%A+55%B)−45分(30%
A+70%B)−48(100%B);溶出速度,0.8
ml/min;検出波長,230nm。本条件下で保持時間約
39分の活性画分を集め、凍結乾燥に付し、ヒトIL−
2蛋白質の白色粉末を得た。
pH7.0培養菌体からの収量は5.2mgであるのに対
し、pH5.5培養菌体からの収量は12.7mgであっ
た。両者とも蛋白質の純度は99%(デンシトメトリ−
による)でその蛋白化学的性質は全く同一であることが
確認された。
参考例 実施例1で得られたエシエリヒア コリC−4/pTF−
4株から臭化エチジュウムを用いてBouanchaudらの方法
〔ジャーナル・オブ・ゼネラル・ミクロバイオロジー,
第54巻,417頁(1968)〕によってプラスミド
のキュアリング(Curing)を行ないエシエリヒア コリ
C−4株を得た。
効 果 IL−2生産能を有する大腸菌をpH4.8〜6.0に調整
した培地に接種し、当該pHを維持しつつ生育させること
により、IL−2の生産量が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はヒトIL−2のアミノ酸配列(図中、XはMet
または水素を表わす)を示す。 第2図はヒトIL−2遺伝子のDNA配列の一例を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インターロイキン−2遺伝子およびその上
    流にトリプトファンプロモーターを有する発現プラスミ
    ドを保持する大腸菌の培養によりインターロイキン−2
    を製造する方法において、当該大腸菌をpH4.8〜
    6.0に調整した培地に接種し、当該pHを維持しつつ
    生育させることを特徴とするインターロイキン−2の製
    造方法。
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