CN116948858B - 一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌a21099及其应用 - Google Patents

一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌a21099及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微生物技术领域,具体是一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌A21099及其应用,该菌株保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No.62831,保藏日期为2022年9月23日。所述菌株在结肠癌肿瘤小鼠模型中具有显著的抗肿瘤作用。所述菌株每毫升转化生产罗伊氏菌素的能力达2.36mmol/L,代谢所产生的罗伊氏菌素具有抑制革兰氏阳性菌、阴性菌生长的能力。还具有耐人工胃肠液、耐胆盐活性,能够保证菌株在复杂的肠道环境中定植。

Description

一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌A21099及其应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体是一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌A21099及其应用。
背景技术
结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是第三大最常见的癌症,在我国,结直肠癌发病率及死亡率在各癌种中位居前五,其发生与各种外在因素有关,如感染、不健康的饮食和生活方式,这些因素通常会导致肠道菌群失调。目前,临床上治疗结直肠癌的化学药物,如奥沙利铂和5-氟尿嘧啶均有多种不良副作用,如腹泻、骨髓抑制、周围神经病变以及心脏毒性。根据研究表明,化疗药物与益生菌联合使用可起增效作用,可减少药物带来的毒副作用。然而,结肠癌在临床上疗效受限仍是有待解决的问题之一。
越来越多的证据表明,肠道微生物失调有助于CRC的发展。例如,具核梭杆菌和产肠毒素的脆弱拟杆菌在肠道中富集已被证实可通过诱导肿瘤增殖、促进炎症、引起DNA损伤等途径促进CRC的发生。另一方面,也有抑制CRC发生的肠道菌群,即益生菌,如双歧杆菌、嗜热链球菌、乳杆菌等,其中包括人体共生的罗伊氏乳杆菌。
罗伊氏乳杆菌产生的罗伊氏菌素(Reuterin)可以抑制各类型细菌、真菌的生长,应用广泛。罗伊氏菌素(又称3-羟基丙醛)是甘油代谢的产物,是一类具有广谱抗菌作用的非蛋白类物质,并且对人类和动物安全无毒,可通过微生物发酵法获得。
近年来,人体肠道菌群的代谢产物如短链脂肪酸、胆汁酸以及各种小分子等在肿瘤免疫调节中发挥着举足轻重的作用,相应的小分子药物的开发也在进行中。此外,粪菌移植技术也被用于辅助改善临床药物治疗效果。在结直肠癌的临床研究中,从预防、早期诊断到治疗,肠道菌群的核心作用越发突出,而作为人体肠道共生菌的罗伊氏乳杆菌所起的作用不可忽视。
发明内容
本发明的目的在于提供一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillus reuteri)A21099及其应用。
本发明提供了一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillusreuteri)A21099,该菌株保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏地址:广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,保藏编号为GDMCC No.62831,保藏日期为2022年9月23日。
本发明提供了一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillusreuteri)A21099,以下简称为罗伊氏乳杆菌A21099,所述菌株具有抗肿瘤作用,在小鼠结肠癌肿瘤模型中显著抑制肿瘤生长,调节肠道微生态。
本发明提供了一种益生菌剂,包括具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌A21099和辅料,罗伊氏乳杆菌A21099活菌浓度达1×1010CFU/g以上,辅料为无菌的12%脱脂牛奶。
本发明提供了所述罗伊氏乳杆菌A21099对酸、碱性环境具有良好的耐受性。
本发明提供了所述罗伊氏乳杆菌A21099对人和\或小鼠结肠癌细胞株生长的抑制作用。
优选的,所述细胞株包括HCT116和/或MC38。
本发明提供了所述罗伊氏乳杆菌A21099具有转化产生罗伊氏菌素功能。
本发明的有益效果在于:
目前,在临床上治疗结直肠癌过程中,往往因为患者肠道菌群结构发生改变或药物毒副作用影响,发生诸如恶心、腹泻等情况,导致治疗效果不佳,患者机体对药物的免疫应答率下降。本发明所述菌株作为人体共生微生物,不存在以上不良反应,通过产生罗伊氏菌素或其他抗肿瘤物质,调节肠道菌群结构,抑制肿瘤生长,促进肠道微生态健康,增强机体免疫。
附图说明
图1罗伊氏乳杆菌A21099平板菌落形态。
图2罗伊氏乳杆菌A21099菌株16S rDNA扩增结果。
图3罗伊氏乳杆菌A21099抑制人结肠癌细胞株HCT116增殖。
图4罗伊氏乳杆菌A21099抑制小鼠结肠癌细胞株MC38增殖。
图5实验动物肿瘤大小变化情况。
图6实验动物最后一天肿瘤体积大小情况。
图7罗伊氏乳杆菌A21099代谢产物罗伊氏菌素HPLC色谱图。
图8罗伊氏乳杆菌A21099溶血性实验。
具体实施方式
本发明所述的一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillusreuteri)A21099是从广西长寿之乡东兰县健康百岁老人(100岁,女性)新鲜粪便中筛选分离获得,并经过16S rDNA鉴定、比对,与NCBI数据库中罗伊氏乳杆菌CICC 6132同源性为99.93%,具有极高的相似性,因此确定该菌株即为罗伊氏乳杆菌,并将其命名为A21099。
实施例1
罗伊氏乳杆菌A21099菌株的分离、纯化及鉴定
罗伊氏乳杆菌A21099菌株是从2021年6月在广西壮族自治区河池市东兰县长寿之乡对健康长寿老人(100岁,女性)采集的新鲜粪便样品中分离获得,具体地,所述罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillus reuteri)A21099菌株的分离、纯化、鉴定方法如下所述:
MRS液体培养基的配制:葡萄糖20g,牛肉膏10g,蛋白胨10g,酵母粉5g,磷酸氢二钾2g,柠檬酸二铵2g,乙酸钠5g,硫酸镁0.58g,硫酸锰0.25g,吐温-80 1mL,用蒸馏水定容至1L,调节pH至6.6-6.8,配制固体培养基时,加入琼脂15g,115℃高压灭菌20分钟。
菌株分离纯化:将0.9mL无菌生理盐水加入至含有0.1mL或0.1g待分离的粪便样本中,震荡混合均匀后对样本悬液进行梯度稀释(10-1-10-5),取0.1mL稀释后的样本悬液,均匀涂布于MRS固体培养基,将平板倒置于37℃厌氧工作站中培养1-2天。培养结束后根据乳杆菌的菌落形态特征挑选目标菌株,使用平板划线的方法对菌株进行纯化,37℃恒温厌氧培养1-2天。纯化后的菌株经过稀释涂布后在MRS固体培养基上的菌落形态为:菌落为乳白色偏黄、光滑、不透明,如图1所示。用接种环挑取单菌落接种于MRS液体培养基中,37℃厌氧静置培养约16-18h后,使用革兰氏染色试剂盒(索莱宝)对菌株进行革兰氏染色,染色结果为革兰氏阳性。随后,将菌液与40%甘油按1:1(V:V)的比例混合均匀,保存于-80℃。
菌株16S rDNA鉴定:使用25μL PCR扩增体系,如表1所示。将经过培养活化之后的菌悬液1μL加入体系中,引物序列详见序列表。按照如下扩增程序进行:94℃预变性5min,94℃变性30s,55℃退火30s,72℃延伸1min,进行30次循环,72℃终延伸10min。用1%琼脂糖凝胶对扩增产物进行鉴定,扩增结果如图2所示。将约1.5kb扩增产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序,拼接之后获得菌株的16S rDNA序列(详见序列表),使用数据库NCBI(www.ncbi.nlm.nih.gov)的BLAST工具对获得的16S rDNA序列进行比对。A21099菌株与罗伊氏乳杆菌Lactobacillus reuteri strain CICC 6132的相似性最高,为99.93%,初步鉴定该菌株为罗伊氏乳杆菌。
表1PCR扩增体系
实施例2
罗伊氏乳杆菌A21099菌株对人工胃肠液的耐受性
制备菌悬液:菌株从-80℃甘油保藏管中取出并于MRS平板上活化,再经过两次液体活化,取在厌氧工作站中培养16-18h后的菌悬液,并调整其浓度至1×109CFU/mL。
耐人工胃液实验:用浓度为1mol/L的无菌HCl及1mol/L NaOH将购自的人工胃液的pH分别调至2.5。在9mL人工胃液(pH2.5)中加入1mL上述菌悬液,37℃厌氧培养18h,分别取加入后0h、3h培养液100uL进行梯度稀释涂布,置于37℃厌氧条件下培养1-2天,统计平板上的活菌数。按公式计算菌株耐受人工胃液的存活率:人工胃液存活率=(3h活菌数/0h活菌数)×100%。
耐人工肠液实验:取上述培养3h后的菌液1mL加入至9mL人工肠液(pH8.0)中,37℃厌氧培养18h,分别取加入后2h、4h、8h培养液100uL进行梯度稀释涂布,置于37℃厌氧条件下培养1-2天,统计活菌数。按公式计算菌株耐受人工肠液存活率:人工肠液存活率=(N h活菌数/0h活菌数)×100%。N表示2h或4h或8h。菌株耐受存活率统计结果如表2所示。
表2菌株对人工胃肠液耐受性结果
从表2可以看出,罗伊氏乳杆菌A21099表现出对人工胃肠液具有很好的耐受性,在人工肠液中8h依然保持80%以上的存活率。
实施例3
罗伊氏乳杆菌A21099菌株对胆盐的耐受性
按照实施例2中制备菌悬液,分别取1mL加入至含有0.1g/L、0.4g/L牛胆盐的MRS培养基中,37℃厌氧培养18h,分别取加入后0h、2h、24h培养液100uL进行梯度稀释涂布,置于37℃厌氧条件下培养1-2天,统计活菌数。计算菌株耐胆盐存活率:耐胆盐存活率=(N h活菌数/0h活菌数)×100%。N表示2h或24h。菌株耐受胆盐情况统计如表3所示。
表3菌株在各胆盐浓度中的存活率
从表3可以看出,罗伊氏乳杆菌A21099在低浓度、高浓度的牛胆盐培养基中仍能生长良好,存活率均大于100%,说明其对胆盐具有很强的耐受性。
实施例4
罗伊氏乳杆菌A21099冻干粉制作
将A21099菌株甘油管从-80℃并进行平板划线,MRS液体培养基活化2次之后,按1-3%比例接种量接种至120mL MRS种子液1中,厌氧培养14-16h,种子液1按3%的接种量接种至3.5LMRS种子液2中,培养18-22h。在4℃下,将种子液2发酵培养后的菌液进行离心(5000rpm10min),获得菌泥,用生理盐水进行重悬,按照1:1(W:V)的比例加入无菌的12%脱脂牛奶冻干保护剂混匀,在-20℃预冻30min,-80℃预冻1h梯度降温后,使用冷冻干燥机对其进行真空冷冻干燥18-24h,即可获得A21099冻干菌粉,活菌数≥1×1010CFU/g。
实施例5
罗伊氏乳杆菌A21099抑制人结肠癌细胞株HCT116增殖
HCT116细胞株培养在含有10%胎牛血清的RPMI1640(TransGen)培养基中,待细胞生长至对数期时,用胰酶消化后通过血球计数板进行细胞计数,将细胞按照每孔5000个细胞均匀接种于96孔板中,置于37℃三气培养箱中培养过夜。然后按照实施例2准备菌悬液,用PBS清洗2次之后,分为活菌与灭活菌(70℃30min),每组六个重复,与细胞共孵育72h。利用CCK-8试剂(北京索莱宝科技有限公司)检测HCT116细胞增殖情况。按使用说明书进行操作,检测原理是利用在电子耦合试剂存在下,WST-8可被NAD+氧化还原成为水溶性的黄色甲瓒产物(Formazan)。活细胞越多,产生的Formazan就越多,颜色也会越深,通过酶标仪(Bio-Rad)检测450nm处吸光值。
由图3可以看出,罗伊氏乳杆菌A21099不管是活菌还是灭活菌在体外均可以显著性抑制人结肠癌细胞株HCT116生长,并且抑制效果均强于LGG,LGG是鼠李糖乳杆菌,据报道其可以抑制肿瘤细胞生长,为本实验阳性对照。本次实验差异性分析方法使用学生t检验,****p<0.0001,***p<0.001,**p<0.01,*p<0.05。
实施例6
罗伊氏乳杆菌A21099抑制小鼠结肠癌细胞株MC38增殖
MC38细胞株培养在含有10%胎牛血清的DMEM(GibcoTM)培养基中,待细胞生长至对数期时,用胰酶消化后通过血球计数板进行细胞计数,将细胞按照每孔5000个细胞均匀接种于96孔板中,置于37℃三气培养箱中培养过夜。按照实施例2准备菌悬液,用PBS清洗2次之后,分为活菌与灭活菌(70℃30min),与细胞共孵育72h,利用CCK-8试剂检测MC38细胞增殖情况,通过酶标仪(Bio-Rad)检测450nm处吸光值。
由图4可以看出,罗伊氏乳杆菌A21099不管是活菌还是灭活菌在体外均可以显著性抑制小鼠结肠癌细胞株MC38生长,并且灭活之后抑制效果均强于LGG,LGG是鼠李糖乳杆菌,据报道其可以抑制肿瘤细胞生长,为本实验阳性对照。本次实验差异性分析方法使用学生t检验,****p<0.0001,***p<0.001,**p<0.01,*p<0.05。
实施例7
罗伊氏乳杆菌A21099活菌药物在同种移植小鼠动物模型中的抗肿瘤作用
实验动物:C57BL/6雌性小鼠,周龄6-8周(肿瘤细胞接种时周龄范围),小鼠体重19-21g。所有小鼠均来自斯贝福(北京)生物技术有限公司。
C57BL/6饲养环境:实验动物全部于恒温恒湿的独立通风盒内饲养,饲养室温度20-26℃,湿度40-70%,光照正常。进行实验之前,小鼠按正常情况下饲养,不限制饮水,适应一周之后进行实验。
罗伊氏乳杆菌A21099活菌药物制备:按照实施例4制备足够量的A21099活菌。
同种移植小鼠结肠癌模型建立:小鼠结肠癌细胞株MC38培养于含有10%胎牛血清的DMEM(GibcoTM)细胞培养基中,待细胞生长至对数生长期时,收集细胞,用PBS重悬细胞,浓度为1×104/mL,取0.2mL用于小鼠右肩皮下注射接种。
实验方法:小鼠适应1周后,将其进行随机分组并编号,分为对照组和实验组两组,每组4只。正常组每天灌胃生理盐水,给药组每天灌胃罗伊氏乳杆菌A21099活菌药物。开始给药记为第0天,给药组经过一周的给药预防之后,对所有组别的小鼠进行MC38细胞皮下接种,记为第6天。所有小鼠从第0天开始实验时每天称重、记录,按照不同分组情况进行给药。接种肿瘤细胞后,每天观察肿瘤生长情况,并用游标卡尺测量肿瘤体积,肿瘤体积计算公式为:肿瘤体积(mm3)=0.5×(肿瘤长径×肿瘤短径2)。除此之外,肿瘤细胞接种后还需要监测药物对动物正常行为的影响,具体内容有实验动物的活动性,摄食和饮水情况,体重增加或降低情况,眼睛、毛发、粪便及其它异常情况等。实验动物处理方式如表4所示。
表4实验动物方案
实验结果
1.小鼠体重(g)变化情况,部分体重数据如表5所示。
表5实验动物体重变化情况
2.小鼠肿瘤大小变化情况,如表6及附图5、附图6所示。
表6实验动物肿瘤大小(mm)变化情况
由表6及附图5、附图6可知,与对照组相比,罗伊氏乳杆菌A21099活菌可显著性降低肿瘤体积大小,且有统计学意义,具有显著性差异(p<0.05)。在实验给药过程中,小鼠对药物未表现出明显的异常情况,说明荷瘤小鼠对罗伊氏乳杆菌A21099活菌耐受性良好。
由于小鼠个体之间也存在差异,活菌药物预先干预时间也较短,但我们依然可以看出,所述罗伊氏乳杆菌A21099在抑制荷瘤小鼠肿瘤生长方面初见成效。有研究指出,益生菌干预时间很少有少于1周的,因此本次动物实验还可以通过增加实验动物数量、增加提前干预时间来改进,以获得显著性更强的效果。尽管有文章报道罗伊氏乳杆菌通过产生罗伊氏菌素来抑制肿瘤生长,但本实验中其是否通过产罗伊氏菌素来发挥作用仍有待进一步实验研究,或许还存在其他抗肿瘤分子也未可知,具体作用机制还有待探索。
实施例8
罗伊氏乳杆菌A21099菌株产罗伊氏菌素的制备
按照实施例2制备菌悬液,将1mL菌悬液离心后用PBS清洗2次,加入600uL灭菌的250mM甘油,在37℃厌氧工作站中孵育1-2h,室温离心(12000rpm 5min)收集甘油发酵上清液,用0.22μm滤膜过滤,4℃存放备用。
实施例9
罗伊氏乳杆菌A21099菌株产罗伊氏菌素的鉴定
使用配备2998PDA光电二极管矩阵色谱检测器的Waters e2695 HPLC系统对所述A21099菌株产生的罗伊氏菌素进行定量。在Waters alliance acquity e2695该高效液相色谱仪中,使用ZORBAX StableBond Aq色谱柱(5μm,4.6×250mm,Agilent,USA)在30℃下对罗伊氏菌素含量进行分析,检测波长为275nm,流动相为50mmol/LKH2PO4缓冲液和甲醇(92%:8%),流速为0.5mL/min,分析时间为30min。使用罗伊氏菌素(H916417,麦克林)标准品制作标准曲线,检测不同浓度的标品(0,10,25,50,100,200mmol/L)以获得峰面积以及保留时间,以各浓度的罗伊氏菌素浓度对峰面积进行线性拟合,制作对应标准曲线,得到的罗伊氏菌素标准曲线方程为:y=11952x,R2=0.9992。按照同样的条件,对罗伊氏乳杆菌A21099菌株所产生的罗伊氏菌素进行分析。所有样品在进行色谱分析时必须使用0.22μmPES滤膜进行过滤。罗伊氏乳杆菌A21099代谢产物罗伊氏菌素HPLC色谱图结果如图7所示,罗伊氏菌素保留时间为26.787分钟,根据制作的标准曲线可计算得出本次实验每毫升罗伊氏乳杆菌A21099可以代谢产生2.36mmol/L罗伊氏菌素。
实施例10
罗伊氏乳杆菌A21099菌株代谢产物罗伊氏菌素抑制致病菌生长
罗伊氏菌素可分为两组,一组是所述菌株经过甘油发酵之后直接收集,另一组则是将收集好的罗伊氏菌素pH值调至中性,以排除有机酸的干扰,每组设置3个重复,将对数生长期的3种致病菌大肠杆菌O157:H7(ATCC 35150)、大肠埃希氏菌(ATCC 25922)、金黄色葡萄球菌(ATCC 43300)3种指示菌各取100uL依次涂布于LB平板上,再放置牛津杯,每个牛津杯中加入200uL制备好的罗伊氏菌素,4℃过夜后转移至37℃恒温生化培养箱进行培养8-10h。使用游标卡尺测量抑菌圈大小,结果如表6所示。
表7A21099菌株代谢产物罗伊氏菌素抑制致病菌生长
因此,在排除有机酸干扰的情况下,罗伊氏乳杆菌A21099所产生的罗伊氏菌素不仅可以抑制革兰氏阴性菌,还可以抑制革兰氏阳性菌,并且其对大肠杆菌0157:H7和金黄色葡萄球菌的抑制效果均强于大肠埃希氏菌。
实施例11
罗伊氏乳杆菌A21099菌株对结肠癌细胞株黏附性实验
HT29结肠癌细胞株培养:将人结肠癌细胞株HT29培养在含有10%胎牛血清的McCoy's 5A(GibcoTM)细胞培养基中,待其生长至对数期时,经过胰酶消化后,使用血球计数板进行细胞计数,将细胞按照每孔4×105个接种至12孔板中,在37℃三气培养箱中培养过夜。
Caco-2结肠癌细胞株培养:将人结直肠腺癌细胞株Caco-2培养在含有10%胎牛血清的DMEM(GibcoTM)细胞培养基中,待其生长至对数期时,经过胰酶消化后,使用血球计数板进行细胞计数,将细胞按照每孔20×105个接种至12孔板中,在37℃三气培养箱中培养过夜。
按照实施例2所述制备菌悬液,用PBS清洗2次之后,与细胞共孵育2h。用胰酶将细胞消化下来,按照梯度稀释法依次进行涂布,置于37℃厌氧条件下培养48h后统计活菌数。按公式计算菌株黏附率:黏附率=活菌数/细胞数×100%。罗伊氏乳杆菌A21099对结肠癌细胞株的黏附率结果如表8所示。
表8菌株在HT29/Caco-2细胞株中的黏附率
菌株编号 HT29黏附率(%) Caco-2黏附率(%)
罗伊氏乳杆菌A21099 330 700
从表8可以看出,罗伊氏乳杆菌A21099对Caco-2细胞株的黏附性强于HT29细胞株,在肿瘤细胞存在的情况下,A21099菌株2h内依旧对癌细胞保持亲和力,可以黏附于其上,顺利定植。
实施例12
罗伊氏乳杆菌A21099菌株溶血性评价
血琼脂培养基配制:0.96g脑心浸液培养基、哥伦比亚培养基2.35g,琼脂粉1.4g,用蒸馏水定容至100mL,121℃高压灭菌15分钟,待冷却至45℃左右时加入5%无菌脱纤维绵羊血。
菌株活化2次后接种于含有5%脱纤维绵羊血的血琼脂培养基上,37℃厌氧培养48h,观察平板上菌株周围是否有溶血圈出现,即α-溶血(菌落周围出现1-2mm草绿色溶血圈)、β-溶血(菌落周围出现2-4mm透明的溶血圈)、γ-溶血(菌落周围没有溶血圈)。
由图8结果可知,所测试的菌株并没有出现溶血现象,即γ-溶血,说明该菌株是相对安全的。
实施例13
罗伊氏乳杆菌A21099代谢产物罗伊菌素具有抑菌作用,按比例稀释之后可制成液体喷雾,用于物体表面消菌杀毒。
实施例14
罗伊氏乳杆菌A21099代谢产物罗伊氏菌素还可用于畜牧业,包括但不限于养殖牛、羊、猪等场所,通过喷洒制剂,可以抑制致病菌生长。
本发明不仅仅局限于上述实施方式,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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一株具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌(limosilLactobacillus reuteri)A21099,其特征在于,该菌株保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏地址:广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,保藏编号为GDMCC No.62831,保藏日期为2022年9月23日。
2.一种益生菌剂,其特征在于,包括权利要求1所述具有抗肿瘤作用的罗伊氏乳杆菌A21099和辅料,罗伊氏乳杆菌A21099活菌浓度达1×1010 CFU/g以上,辅料为无菌的12%脱脂牛奶。
3.根据权利要求1所述罗伊氏乳杆菌菌株A21099在制备抗菌产品中的应用, 所述菌为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
4.根据权利要求1所述罗伊氏乳杆菌A21099或权利要求2所述益生菌剂在制备辅助治疗结肠癌的药物中的应用。
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CN107739747A (zh) * 2017-09-27 2018-02-27 浙江工商大学 一种利用罗伊氏乳杆菌与醋杆菌共发酵高密度生产罗伊特林素的方法
CN114107088A (zh) * 2021-10-20 2022-03-01 山西大学 一种罗伊氏乳杆菌lrsy523及其应用

Patent Citations (2)

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