CN115717158A - 一种1-脱氧野尻霉素的生物合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术领域,具体公开了一种1‑脱氧野尻霉素的生物合成方法,该方法包括以下步骤:将牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCCNo.8333接种于脱脂乳淀粉培养基中进行发酵,得到含有1‑脱氧野尻霉素的发酵液。上述技术方案中的制备方法,首次采用牛类芽孢杆菌CGMCCNo.8333发酵脱脂乳淀粉培养基的方法完成1‑脱氧野尻霉素的生物合成,披露了牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333具有发酵脱脂乳淀粉培养基合成1‑脱氧野尻霉素的新用途,拓宽了1‑脱氧野尻霉素的来源。同时,组成简单、来源天然的培养基,令合成的1‑脱氧野尻霉素具有更高的使用安全性。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种1-脱氧野尻霉素的生物合成方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展,膳食结构和生活方式也正发生巨变,加上人口老龄化速度的加快,使糖尿病的患病率也呈现逐年快速增加的趋势。有数据表明,糖尿病已成为一个严重危害我国人群健康的公共卫生问题,对经济社会发展产生越来越严重的影响。
根据发病机制不同,糖尿病分为I型糖尿病(胰岛素依赖型)和II型糖尿病(非胰岛素依赖型),后者约占糖尿病总数的85%以上。迄今为止,治疗II型糖尿病的药物根据治疗机制不同主要分为:促胰岛素分泌剂、胰岛素增敏剂、α-葡萄糖苷酶抑制剂(α-GI)等。由于α-GI具有作用温和持久、毒副作用小甚至无毒的优点,因此得到越来越多国内外研究者的青睐。
1-脱氧野尻霉素是一种较早被发现的哌啶生物碱类的α-葡萄糖苷酶抑制剂,自然界中这种物质的主要来源是植物,尤其桑叶或桑根中的含量最高,然而,植物的生长周期相对较长,因此,制备所需的时间成本较高。因此,找到一种快速,高效的1-脱氧野尻霉素的制备方法,彻底解决1-脱氧野尻霉素的来源问题是本领域技术人员亟待解决的首要问题。
发明内容
具体的,该1-脱氧野尻霉素的生物合成方法包括以下步骤:将牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCC No.8333于培养基中进行发酵。
优选的,所述培养基为脱脂乳淀粉培养基。
优选的,所述脱脂乳淀粉培养基包括脱脂乳粉、淀粉和水,脱脂乳粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,淀粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,其余为水。
优选的,所述步骤还包括将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333接种于所述培养基;更优选的,接种量为1.6x106~8x106cfu/mL。
优选的,发酵为振荡培养,振荡速度为100~300rpm。
优选的,发酵的温度为25℃~35℃。
优选的,发酵的时间为12~48h。
进一步的,发酵终止时的发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量>0.5mg/mL。
本发明还提供了一种1-脱氧野尻霉素或其药用盐的制备方法,所述制备包括用如上所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法合成1-脱氧野尻霉素。
本发明所述1-脱氧野尻霉素或其盐可以为其各种异构体中的一种或多种的混合。
上述技术方案中的制备方法,首次采用牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCC No.8333发酵脱脂乳淀粉培养基方法完成1-脱氧野尻霉素的生物合成,披露了牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333具有发酵脱脂乳淀粉培养基合成1-脱氧野尻霉素的新用途,拓宽了1-脱氧野尻霉素的来源。同时,组成简单、来源天然的培养基,令合成的1-脱氧野尻霉素具有更高的使用安全性。
附图说明
图1为1-脱氧野尻霉素的UHPLC-Q-TOF MS二级镜像匹配图。
具体实施方式
为更清楚的对本发明技术方案予以阐述,下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步阐述:
在一个具体的实施方式中,提供了一种1-脱氧野尻霉素(1-Deoxynojirimycin)的生物合成方法,包括以下步骤:将牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCC No.8333接种于脱脂乳淀粉培养基中进行发酵,得到了含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
上述技术方案中的制备方法,首次采用牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCC No.8333发酵脱脂乳淀粉培养基的方法完成1-脱氧野尻霉素的生物合成,披露了牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333具有发酵脱脂乳淀粉培养基合成1-脱氧野尻霉素的新用途,拓宽了1-脱氧野尻霉素的来源。同时,组成简单、来源天然的培养基,令合成的1-脱氧野尻霉素具有更高的使用安全性。
此外,生物合成所采用的发酵培养基来源广泛、成本低廉、天然安全,避免使用化学合成培养基;加上发酵菌种采用牛类芽孢杆菌这一种单一菌种,上述的原料、菌种的组合,有利于合成工艺的标准化与工业大规模生产的成本控制。
优选的,牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333的接种量为1.6x106~8x106cfu/mL;较佳地为3.2x106~6.4x106cfu/mL,更佳地为4.8x106cfu/mL。
优选的,所述脱脂乳淀粉培养基包括脱脂乳粉、淀粉和水,脱脂乳粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,淀粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,其余为水。制备方法可以包括以下步骤:在蒸馏水中加入脱脂乳粉和淀粉,混匀充分后,95~125℃灭菌5~20分钟,冷却即得。
优选的,优选的发酵方式为振荡培养,振荡速度为100~300rpm;较佳地为150~250rpm;更佳地为200rpm。
优选的,优选的发酵温度为25℃~35℃;较佳地为28℃~32℃;更佳地为30℃。
优选的,优选的发酵时间为12~48h;较佳地为18~36h;更佳地为24h。
结合对比例1亦可知,在优选发酵参数的范围之外时,牛类芽孢杆菌CGMCCNo.8333发酵脱脂乳淀粉培养基合成1-脱氧野尻霉素的效率明显下降了。而在优选范围之内,接种量、振荡速度、发酵温度和时间相互影响,使得牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333发酵合成1-脱氧野尻霉素的能力更强。
发酵终止时发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量>0.5mg/mL。
本发明还提供了用上述生物合成方法得到的1-脱氧野尻霉素。
下面通过实施例进一步说明上述具体实施方式,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。实施例中所使用的试剂若未加说明,均为分析纯试剂,购买自国药集团。其他试验仪器、试剂、菌种,如未做特别说明,均可通过商业途径直接购得。
实施例1
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333(该菌株的来源请参见公开号为CN 103740618A的中国专利)的冻干粉用少量无菌蒸馏水溶解,用接种环取一环划线于TYC固体培养基(购买自OXOIDCo.,英国),30℃好氧培养48h取出,用接种环挑取单菌落放入10mL TYC液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),运用涡旋振荡器将菌落均匀分散于液体培养基内,30℃、180rpm振荡培养24h取出,以2%(v/v)接种量接种于TYC液体培养基(购买自OXOID Co.,英国),30℃、180rpm振荡培养24h后,培养物15,000rpm离心10分钟,弃去上清,菌体用无菌蒸馏水洗涤2次后,用原培养体积的无菌蒸馏水悬浮,得到发酵用的种子,种子液的菌浓度为1.6x108cfu/mL。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:将质量百分比为1%的脱脂乳粉、4%的淀粉与蒸馏水充分混匀,在125℃下灭菌5min,冷却至室温,即得所需浓度的脱脂乳淀粉培养基。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定:超高效液相色谱-串联飞行时间质谱联用仪法(UHPLC-Q-TOF MS)。
待测样品的制备:向适量发酵样品中加入预冷的甲醇/乙腈/水溶液(2:2:1,v/v),涡旋混合,低温超声30min,-20℃静置10min,14,000g 4℃离心20min,取上清真空干燥。质谱分析时加入100μL乙腈水溶液(乙腈:水=1:1,v/v)复溶,涡旋,14,000g、4℃离心15min,取上清液即得待测样品。
色谱条件:超高效液相色谱系统Agilent 1290Infinity LC(安捷伦公司,美国)、色谱柱ACQUITY UPLC BEH Amide HILIC(waters公司,美国)、进样量2μL、柱温25℃、流速0.5mL/min、流动相A为水+25mM乙酸铵+25mM氨水,B为乙腈。梯度洗脱程序如表1所示:
表1液相色谱梯度洗脱程序
时间(min) | %A | %B | 流速(mL/min) |
0.0 | 5% | 95% | 0.5 |
0.5 | 5% | 95% | 0.5 |
7.0 | 35% | 65% | 0.5 |
8.0 | 60% | 40% | 0.5 |
9.0 | 60% | 40% | 0.5 |
9.1 | 5% | 95% | 0.5 |
12.0 | 5% | 95% | 0.5 |
质谱条件:质谱仪AB Triple TOF 6600(SCIEX公司,美国)、检测方式电喷雾电离(ESI)正离子和负离子模式、ESI源设置参数如下:雾化气辅助加热气1(Gas1):60,辅助加热气2(Gas2):60,气帘气(CUR):30psi,离子源温度:600℃,喷雾电压(ISVF)±5500V(正负两种模式),一级质荷比检测范围:60-1000Da,二级子离子质荷比检测范围:25-1000Da,一级质谱扫描累积时间:0.20s/spectra,二级质谱扫描累积时间0.05s/spectra,二级质谱采用数据依赖型采集模式(IDA)获得,并且采用峰强度值筛选模式,去簇电压(DP):±60V(正负两种模式),碰撞能量:35±15eV,IDA设置如下:动态排除同位素离子范围:4Da,每次扫描采集10个碎片图谱。
数据分析:Wiff格式的原始数据经ProteoWizard转换成.mzXML格式,然后采用XCMS软件进行分析,并与数据库内的标准物质进行二级镜像匹配,最终确定代谢物。
(d)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:液相色谱串联质谱法(HPLC-MS/MS)。
待测样品的制备:取发酵液离心(15,000g、15min)取上清,向上清中加入三倍体积的无水乙醇,再次离心(15,000g、15min)取上清,旋转蒸发去除乙醇,冷冻干燥,溶解于发酵液原体积的去离子水中,即得待测样品。
标准样品的制备:取1-脱氧野尻霉素用去离子水配制成1、2、5、10、20、50、100、200、500和1000ppb 10个浓度梯度的标准样品。
色谱条件:色谱柱:Acquity uplc HSS T3 1.8um 2.1×100mm、进样量:4ul、柱温35℃、流速0.25mL/min、流动相:A为水+0.1%甲酸,B为0.1%乙腈、梯度洗脱程序见表2。
表2液相色谱梯度洗脱程序
时间(min) | %A | %B | 流速(mL/min) |
0.0 | 98.0 | 2.0 | 0.25 |
1.0 | 98.0 | 2.0 | 0.25 |
9.0 | 50.0 | 50.0 | 0.25 |
12.0 | 2.0 | 98.0 | 0.25 |
13.5 | 2.0 | 98.0 | 0.25 |
14.0 | 98.0 | 2.0 | 0.25 |
20.0 | 98.0 | 2.0 | 0.25 |
质谱条件:离子化模式为电喷雾电离(electrospray ionization,ESI);正离子模式;扫描方式为Full-MS-ddMS 2;喷雾电压为3,500V;温度为350℃;鞘气(sheath gas flowrate):30psi;吹扫气(sweep gas flow rate):0psi;辅助气(aux gas flow rate):10psi。
数据分析:将1-脱氧野尻霉素的上述标准样品依次上样于液相色谱串联质谱系统,拟合获得标样色谱峰面积与浓度关系的标准曲线,随后将待测样品上样后,根据1-脱氧野尻霉素的色谱峰面积推算出其浓度。
2、1-脱氧野尻霉素的生物合成
将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子以接种量3%(v/v)无菌接种于含有1%(w/w)脱脂乳粉、4%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,30℃、200rpm培养24h,即得含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定和定量测定
将发酵样品进行上述UHPLC-Q-TOF MS方法检测并结合XCMS软件分析后发现,代谢产物中编号为M164T75的物质与数据库内1-脱氧野尻霉素标品的质谱特征信号完全匹配,因而判定该物质为1-脱氧野尻霉素,结果如图1所示。发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,确定其中1-脱氧野尻霉素的含量为0.62mg/mL。
实施例2
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:同实施例1。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:将质量百分比为0.5%的脱脂乳粉、4.5%的淀粉与蒸馏水充分混匀,在95℃下灭菌20min,冷却至室温,即得所需浓度的脱脂乳淀粉培养基。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定:同实施例1。
(d)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:同实施例1。
2、1-脱氧野尻霉素的生物合成
将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子以接种量5%(v/v)无菌接种于含有0.5%(w/w)脱脂乳粉、4.5%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,32℃、300rpm培养12h,即得含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定和定量测定
将发酵样品进行上述UHPLC-Q-TOF MS方法检测并结合XCMS软件分析,结果同实施例1。发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,确定其中1-脱氧野尻霉素的含量为0.51mg/mL。
实施例3
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:同实施例1。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:将质量百分比为4.5%的脱脂乳粉、0.5%的淀粉与蒸馏水充分混匀,在100℃下灭菌15min,冷却至室温,即得所需浓度的脱脂乳淀粉培养基。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定:同实施例1。
(d)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:同实施例1。
2、1-脱氧野尻霉素的生物合成
将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子以接种量1%(v/v)无菌接种于含有4.5%(w/w)脱脂乳粉、0.5%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,28℃、100rpm培养48h,即得含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定和定量测定
将发酵样品进行上述UHPLC-Q-TOF MS方法检测并结合XCMS软件分析,结果同实施例1。发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,确定其中1-脱氧野尻霉素的含量为0.67mg/mL。
实施例4
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:同实施例1。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:将质量百分比为2.5%的脱脂乳粉、2.5%的淀粉与蒸馏水充分混匀,在120℃下灭菌10min,冷却至室温,即得所需浓度的脱脂乳淀粉培养基。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定:同实施例1。
(d)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:同实施例1。
2、1-脱氧野尻霉素的生物合成
将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子以接种量2%(v/v)无菌接种于含有2.5%(w/w)脱脂乳粉、2.5%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,25℃、250rpm培养36h,即得含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定和定量测定
将发酵样品进行上述UHPLC-Q-TOF MS方法检测并结合XCMS软件分析,结果同实施例1。发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,确定其中1-脱氧野尻霉素的含量为0.58mg/mL。
实施例5
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:同实施例1。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:将质量百分比为3%的脱脂乳粉、2%的淀粉与蒸馏水充分混匀,在110℃下灭菌12min,冷却至室温,即得所需浓度的脱脂乳淀粉培养基。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定:同实施例1。
(d)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:同实施例1。
2、1-脱氧野尻霉素的生物合成
将牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子以接种量4%(v/v)无菌接种于含有3%(w/w)脱脂乳粉、2%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,35℃、150rpm培养18h,即得含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的结构鉴定和定量测定
将发酵样品进行上述UHPLC-Q-TOF MS方法检测并结合XCMS软件分析,结果同实施例1。发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,确定其中1-脱氧野尻霉素的含量为0.69mg/mL。
对比例1
将实施例1中的接种量,培养温度,发酵时间以及发酵振荡的速度逐一进行调整,获得了以下一组不同方法制备的发酵液,分别对各组所得发酵液进行1-脱氧野尻霉素的定量测定,结果如表3所示。
表3不同方法制备所得发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量
由表3所示的结果中可以得出,将所述1-脱氧野尻霉素的生物合成方法中接种量,发酵温度,发酵时间以及发酵振荡的速度调整到优选范围之外的时候,牛类芽孢杆菌CGMCCNo.8333依然可以合成1-脱氧野尻霉素,但是其产率明显下降。
对比例2
参考实施例1所述方法,比较由牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333、干酪乳杆菌(L.casei)ATCC 393(购买自ATCC)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)LB340(由丹尼斯科公司提供)、嗜热链球菌(S.thermophilus)ST-BODY-3(由科.汉森公司提供)制备的发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量,具体操作如下:
1、材料与方法
(a)种子(发酵菌种)的制备:
牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333种子的制备:同实施例1。
干酪乳杆菌和保加利亚乳杆菌种子的制备:将干酪乳杆菌ATCC 393和保加利亚乳杆菌LB340的冻干粉分别用少量无菌蒸馏水溶解,各自用接种环取一环划线于MRS固体培养基(购买自Merck Co.德国)上,37℃厌氧培养24h取出,用接种环挑取单菌落放入1mL MRS液体(购买自Merck Co.德国),运用涡旋震荡器将菌落均匀分散于液体培养基内,37℃厌氧培养24h取出,以2%(v/v)接种量接种于50mL MRS液体,37℃培养24h后,培养物9,000rpm离心10分钟,弃去上清,菌体用无菌蒸馏水洗涤2次后,用原培养体积的无菌蒸馏水悬浮,得到相应的发酵用的种子。
嗜热链球菌种子的制备:将嗜热链球菌ST-BODY-3的冻干粉用少量无菌蒸馏水溶解,用接种环取一环划线于M17固体培养基(购买自Merck Co.德国)上,40℃厌氧培养24h取出,用接种环挑取单菌落放入1mL M17液体(购买自Merck Co.德国),运用涡旋震荡器将菌落均匀分散于液体培养基内,40℃厌氧培养24h取出,以2%(v/v)接种量接种于50mL M17液体,40℃培养24h后,培养物9,000rpm离心10分钟,弃去上清,菌体用无菌蒸馏水洗涤2次后,用原培养体积的无菌蒸馏水悬浮,得到发酵用的种子。
(b)脱脂乳淀粉培养基的制备:同实施例1。
(c)发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量检测:同实施例1。
2、接种于脱脂乳淀粉培养基中发酵
将各菌株以3%(v/v)接种量无菌接种于含有1%(w/w)脱脂乳粉、4%(w/w)淀粉的脱脂乳淀粉培养基中,分别培养(保加利亚乳杆菌和干酪乳杆菌37℃厌氧培养,嗜热链球菌40℃厌氧培养,牛类芽孢杆菌30℃、200rpm振荡培养)7h,获得相应的发酵液。
3、发酵样品中1-脱氧野尻霉素的定量测定
发酵样品进行上述HPLC-MS/MS方法检测,结果如表4所示:
表4不同菌株制备的发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量
由表4可知,除了牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333外,其他常规发酵菌株的发酵液中都无法检测到1-脱氧野尻霉素,说明其他常规发酵菌不具有发酵脱脂乳淀粉培养基产生1-脱氧野尻霉素的能力。
以上对本发明所提供的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,包括以下步骤:将牛类芽孢杆菌(Paenibacillus bovis)CGMCC No.8333于培养基中进行发酵,得到含有1-脱氧野尻霉素的发酵液。
2.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述培养基为脱脂乳淀粉培养基。
3.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述脱脂乳淀粉培养基包括脱脂乳粉、淀粉和水,脱脂乳粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,淀粉占脱脂乳淀粉培养基的质量百分比为0.5~4.5%,其余为水。
4.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述步骤还包括将所述牛类芽孢杆菌CGMCC No.8333接种于所述培养基中,接种量为1.6x106~8x106cfu/mL。
5.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述发酵为振荡培养,振荡速度为100~300rpm。
6.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述发酵的温度为25℃~35℃。
7.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,所述发酵的时间为12~48h。
8.根据权利要求1所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法,其特征在于,发酵终止时发酵液中1-脱氧野尻霉素的含量>0.5mg/mL。
9.使用权利要求1-8任一项所述的1-脱氧野尻霉素的生物合成方法得到的1-脱氧野尻霉素。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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