JPH07504819A - サーモトガ由来の耐熱性キシラナーゼ - Google Patents
サーモトガ由来の耐熱性キシラナーゼInfo
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- JPH07504819A JPH07504819A JP5516176A JP51617693A JPH07504819A JP H07504819 A JPH07504819 A JP H07504819A JP 5516176 A JP5516176 A JP 5516176A JP 51617693 A JP51617693 A JP 51617693A JP H07504819 A JPH07504819 A JP H07504819A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
サーモトガ由来の耐熱性キシラナーゼ
技術分野
本発明は、新規酵素に関する。更に詳しくは、本発明はサーモトガ(Therm
otoga)属の微生物から得ることのできる新規キシラナーゼに関する。本発
明は又、これらのキシラナーゼの製法、これらのキシラナーゼを含有する薬剤、
リグノセルロースバルブの処理のためのこれらのキシラナーゼの使用に関する。
背景技術
植物のヘミセルロースの主成分であるキシランは、β−1,4−キンロース結合
により連結されたD−キシロースのポリマーである。
キンランは、酸又は酵素的加水分解によりキシロースおよびキシロオリゴマーに
分解し得る。キシランの酵素的加水分解は、酸と共に形成される副生成物(例え
ば、フラン)なしで遊離糖を生成する。
バルブおよび紙工業は、漂白されるバルブの輝度を高めるため、漂白工程におい
て用いられる漂白薬剤、例えば塩素の量を減少させるためおよび再循環製紙プロ
セスにおけるバルブの自由度(freeners)を増加させるためキシラナー
ゼ組成物を用いる〔エリクリンに、 E、 L。
(1990)、 Wood 5cience and Technology
2479−101 ;ベイスM、 G。
バーニルR0,およびニラスケL、 (1988)、 Biotechnol、
and Bioeng、。
32235〜239;ボムミーJ、 C,、フエンテスJ、 L、 、およびゴ
マG。
(1989)、 Tappi Journal、 187−191〕。
バルブおよび紙工業において広く用いられているプロセスである、クラフトバル
ブ法は大部分のリグニンを除去するためバルブのアルカリ硫酸塩蒸煮を含む。残
存バルブは2〜5%のリグニンを含有し、これはバルブに暗褐色を与えそれはU
v光又は酸化により暗色化する傾向を有する。高品質紙に対する白色バルブを得
るため、褐色が漂白化学薬品、例えば酸素、過酸化水素、塩素および/又は二酸
化塩素を用いる多工程漂白プロセスにより多工程により除去される。
今日、漂白プロセスから発生する毒性化合物の環境汚染について多大の心配があ
る。酵素は有害な副生成物なしでバルブからリグニンの除去を助成できる。氷中
のリグニンはキシランに結合している旨、論文は報告している〔エリクラン01
等(1980)、 Wood Sci。
Technol、、 14267177−189) 、キシランの制限された加
水分解により、リグニンの多量の放出が漂白中に生じる。従って、漂白前にバル
ブの酵素的処理により、必要とされる量の化学薬品は一方では減少するであろう
〔ピカリ し1等(1986)、 Proceedings of the 3
rdInternational Symposium on Biotech
nology in the Pu1p and PaperIndustry
、 67)。
上記プロセスの特徴は、高温度およびプルカリ条件で加水分解活性を表わすこと
のできるキシラナーゼに対する必要性である。キシラナーゼは、7を超えるpH
のpH値で実質的量のその活性を示すべきである。
近年、新規耐熱性キシラナーゼが発見された、シンブトンH,D、 。
ハウフェルU、 R,、およびダニエルR,M、 (1991)、 Bioch
em J、、 277(2) 413−418参照。キシラナーゼは菌株サーモ
トガ(Thermotoga)sp、 FjSS3−B、1.フジで採取された
菌株、しかし公衆には入手できない、から得られる[ハウゼルB、 A、 、パ
テルB、 K、 C,ダニエルR,M、およびモーガンH,W、 (1986)
、 FEMS Mikrobiol、Latt、、 37121−127]。酵
素は5.4に最適pH1およびp114.2およびp)16.7にそれぞれ活性
限界値の50%を有する。
発明の要約
本発明者等は今や次の内容を見出した:すなわち、属サーモトガ(Thermo
toga) 、T、 マリチ? (maritima) 、T、ネアボリタナ(
neapolitana) 、およびT、サーマラム(thermarum)は
、新規耐熱性キシラナーゼを生産することができ、これはアルカリpH値で活性
に関して改善されている。T、マリチマおよびT、ネアポリタナは、イタリア近
くで採取された、海洋生物である。T、サーマラムは海洋生物ではなくそしてア
フリカで採取されている。
T、マリチマ、T、ネアボリタナおよびT、サーマラムの代表的3種の菌株は、
それぞれ基準培養物として寄託されてておりそして従ってドイツチェ ザンムル
グ フォノ マイクロオルガニス メン ラント ツエルクルツレン G+nb
it、マツシェルオーデル ベーク l b、D−3300ブラウンシエワイク
、ドイツから公衆に入手可能である。菌株および受託番号は、T、マリチマ、D
SM 3109、T、ネポリタナ、DSM 5068、およびT、サーマラム、
DSM 5069である。
アルカリp++てそれらの改善された活性のため、本発明の新規酵素はバルブ紙
の製造において使用のため特に良好に適合している。
従って、その第一の面において、本発明は90℃で20分後に測定した場合、
4.0〜7.5のpH域に、より好ましくは4.5〜7.5のpH域に、最も好
ましくは5.5〜7.5のpH域に50%を超える残留活性;70℃で20分後
に測定した場合、4.5〜8.0のpH域に、より好ましくはpH4,5〜7.
5のpH域に、最も好ましくは5.5〜7.5のpH域に50%を超える残留活
性; pH,6で20分後に測定した場合、80℃〜100℃の範囲内に、より
好ましくは85〜95℃の範囲内に最適温度を有し、そしてT、マリチマ、T、
ネアボリタナ、又はT、サーマラムの菌株から得ることができるキシラナーゼを
提供する。
より特異的面において、本発明は、90℃で測定した場合、5.5〜6.5の9
11域に、pH8,0付近に最適pH190℃で測定した場合、pl+7.5で
少なくとも50%の相対残留活性、70℃で測定した場合、pH8,0で少なく
とも50%の相対残留活性を有しモしてT、マリチマ、T、ネアポリタナ、又は
T、サーマラムの菌株から得ることのできるキシラナーゼを提供する。
第二の面において、本発明はキシラナーゼの生産方法を提供し、この方法は炭素
および窒素源並びに無機塩を含有する適当な普通培地中でT、マリチマ、T、ネ
アボリタナ、又はT、サーマラムのキシラナーゼ生産株を培養し、次いで得られ
た酵素を回収することを含んでなる。
第三の面において、本発明は好ましくは無粉塵性粒質物、液体、特に安定化液体
、スラリー又は保護された酵素の形で提供されるキシラナーゼを含有する薬剤を
提供する。
第四の面において、本発明はリグノセルロースバルブの処理方法に関し、この方
法はリグノセルロースバルブを本発明の酵素で処理する。
図面の簡単な記載
本発明を添付の図面を参照しつつ更に説明する:図2Bは、90℃で20分後に
測定した、T、ネアポリタナから得ら発明の詳細な開示
本発明のキシラナーゼは、T、マリチマ、T、ネアボリタナ、又はT、サーマラ
ムの菌株、好ましくは菌株T、マリチマ、DSM 3109、T、ネアポリタナ
、DSM 5068、又はT、サーマラム、DSM 5069、又はそれらの突
然変異体又は変異体を、炭素および窒素源並びに無機塩を含有する適当な普通培
地中で培養し、次いで得られた酵素を回収することによって生産できる。酵素は
又、組換えDNA工学によっても得ることができる。
90℃で20分後に測定した場合、T、ネアボリタナおよびT、サーマラムから
得ることのできるキシラナーゼは約pH4〜約pH10の範囲内でキシラン分解
活性を有する。活性に対する最適pHは、図2Bおよび図3Bに示す如<pH域
5.0〜7.5内において、より詳しくはpH域5.5〜6.5 、pH6,0
付近に検出された。T、ネアボリタナは、それぞれpH4,5およびpl+7.
5に相対活性の50%を示した。T、サーマラムはpH5,5およびpH7,5
にそれぞれ相対活性の50%を示した。
90℃で20分後に測定した場合、T、マリチマから得ることのできるキシラナ
ーゼは、4未満のpHから約1.1のpHまでキシラン分解活性を有する。活性
に対する最JpHは、図IBに示す如<p)I域4.0〜7,0、より詳しくは
pl域4.5〜6.5 、pH5,0付近に検出された。T、マリチマは4.0
未満のplおよび1.5のpHにそれぞれ残留活性の50%を有する。
70℃で20分後に測定した場合、T、ネアボリタナおよびT、サーマラムは、
4未満のpHから11を超えるpl(までキシラン分解活性を有する。活性に対
する最適9Hは、図4Aおよび図4Bに示す如くpH域5.0〜7.5、より詳
しくはpH域5,5〜6.5 、pH6,0付近に検出された。双方のキシラナ
ーゼはそれぞれpH4,5およびpH8,5で残留活性の50%を示した。
T、ネアボリタナおよびT、サーマラムから得ることのできる酵素は、図2Aお
よび図3Aに示す如く、20℃未満から115℃を超える範囲内にキシラン分解
活性を有する。
T、マリチマから得ることのできるキシラナーゼは、図IAに示す如<60℃未
満から100℃を超えるまでキシラン分解活性を示す。
全てのキシラナーゼは、+1116.0で20分後に測定した場合、80℃〜1
00℃の温度範囲、より詳しくは85〜95℃の温度範囲に、90℃付近に最適
温度を有する。
工業的適用
アルカリpH値で秀れた残留活性のため、本発明の酵素は、脱リグニン化のため
リグノセルロースバルブの処理に対し良好に適合している。
その温度安定性のため、本発明の酵素は過酸化水素又はオゾン漂白の為、バルブ
プロセスの複雑な段階で適用することもできる。
従って、別の面において、本発明はリグノセルロースバルブの脱リグニン化に対
するキシラナーゼの使用に関する。
リグノセルロースバルブの酵素的処理は、バルブの漂白を改善しおよび/又は満
足な漂白を簿るために必要な化学薬品の量を減少する。
リグノセルロースバルブの脱リグニンに対する本発明のキシラナーゼの使用に対
し、キシラナーゼは好ましくは、粒質物、好ましくは無粉塵性粒質物、液体、特
に安定化液体、スラリー又は保護された酵素の形で与えられるべきである。
別の好ましい態様において、薬剤はキシラナーゼを全酵素蛋白質の少なくとも2
0%、好ましくは少なくとも30%の量で含有する。
キシラン分解活性は、キシラナーゼ単位で測定できる。この明細書において2種
の単位が用いられる: FXUおよびEXUである。分析方法によりキシラナー
ゼサンプルをレマゾール(remazol)−キシラン基質と共にインキュベー
トする。分解に染色基質のバックグランド(background)をエタノー
ルにより沈殿させる。上澄み中の残りの青色はキシラナーゼ活性に比例しており
、次いでキシラナーゼ単位を標準反応条件で標準酵素に対し相対的に測定する。
分析方法および標準反応条件は2つの折りたたみ印刷物、AF293.6/1
(FXU)および293.9/1 (EXU) ニ記載されティる。
FXUはDH6,0で測定しそしてEXUはpH9,0で測定する。しかし、E
XUおよびEXUは同じ桁の大きさで酵素活性を表わす。2つの折りたたみ印刷
物AF293゜6/1および293.9/ 1は、ノボ ノルディスクA/S
(デンマーク)に要求により入手可能であり、これら印刷物はそれらの番号を引
用して本明細書に加えられる。
適当なキシラナーゼ用量は、1kgの乾燥バルブ当たり10〜5000FXU又
は1kgの乾燥バルブ当たりIO〜5000EXU 、より好ましくは1kgの
乾燥バルブ当たり100〜5000FXυ又は1kgの乾燥バルブ当たり100
〜5000EXUのキシラナーゼ活性に通常相当するであろう。
多くの適用において、腐蝕の問題を防ぐためpoはpH7,0超とすべきである
。本発明方法の好ましい態様において、酵素処理は7.0を超えるpHで、好ま
しくは8.0を超えるpHで、より好ましくは9.0を超えるpHで処理される
。
本発明方法の他の態様において、酵素処理は50〜100℃の温度で、好ましく
は60〜95℃、より好ましくは70〜90℃で行なわれる。
更に本発明方法の別の好ましい態様において、酵素処理は5分〜24時間内、好
ましくは15分〜6時間内、より好ましくは20分〜3時間内に行なわれる。
本発明方法の別の好ましい態様において、酵素的処理は3〜35%、好ましくは
5〜25%、より好ましくは8〜15%のコンシスチンシーで行なわれる。コン
シスチンシーはバルブの乾燥物質含量である。
35%を超えるコンシスチンシーを有するバルブは、酵素調製品を有効に混合す
ることが困難であり、そして3%未満のコンシスチンシーを有するバルブは多す
ぎる水を有し、これは経済的見地から不利である。
幾つかの他の好ましい態様において、本発明のキシラナーゼは、例えば国際特許
出願PCT/DX911002399又ハ国際公開WO91102839に記載
されている如く本質的にリグノセルロースバルブの処理のためのプロセスにおい
て実行できる。
次の実施例は更に本発明を説明しそしてこれらの実施例は、いがなる場合も請求
の範囲の如く本発明の範囲に制限されるものではない。
T、マリチマ、DSM 3109、およびT、ネアポリタナ、DSM 5068
(7)菌株の各々を、それぞれ、以下の組成(l当たり)を示す培地中で、N、
の連続通気および一定pH6,5の条件下、11のガラス発酵槽を用い、80℃
で嫌気的に培養した;
キシラン 5・0g
酵母抽出物(ディフコTM) 0.5 gX)lzPO,0,5g
NiCl+ ; 6Hp0 2,0mgNaC120,Og
海塩(シグマTM) 12.5 g
レサズリン(Resazur in) 1.0mgNa、S ; 9 t(20
0,5g
微量元素溶液杓 15.Om!
蒸留水
1186.5
”1下記参照
菌株、T、サーマラム、DSM 5069を、以下の組成(1当たり)を有する
培地中で、N2での連続通気および一定pH7,0の条件下、Ilのガラス発酵
槽を用い、70℃で嫌気的に培養した:キシラン 5.0g
酵母抽出物(ディフコTM) 0.5 gKt++PO+ 0.5 g
微量元素溶液” 15.0m1
(NH+)Jl(SOa)23.0111gNaC13,46g
MgSO= ; 7 H2O0,88gMgC1,; 6Ht0 0.69g
CaC1t ; 2 HtO0,14gKCI 0.08 g
NaBr 12.5mg
1(、Bo、 3、’75mg
5rC1□; 6 H2O1,9mg
KI O,006mg
EDTA、 Na2O,768g
レサズリン(Resazurin) 1. On+gNa2S : 9 H2O
0,5g
蒸留水
pH7,0
杓微量元素溶液
ニトリロ酢酸 1.5g
Mg5Ot ; 7)120 3.0gMg5Ot ; 2H200,5g
NaC11,0g
Fe50+ : 7 H2O0,Ig
CoSOt ; 7H200,18g
CaC1□: 2H200,1g
Zn5O+ : 7旧0 0.18g
CuSO4; 5 H2O0,01g
KAl(SO4)2 ; 121(□0 0.02 gt(+BOi Q、01
g
Na、Mo0t ; 2H200,01gNiCl2; 6L0 0.025g
NazSeO+ ; 5 H2O0,3mg蒸留水 1000.0ml
最初にニトリロ酢酸を溶解し次いでKOHでpHを6.5に調節し、次いで無機
物を加える。最終pt+7.0 (KOHで)。
細胞外酵素系を、増殖の遅い指数期/初期の定常期において集めた。
上澄みを50m1に濃縮し次いで更に特徴化のために用いた。
キシラナーゼを、オートスペルトコムギ(oat 5pet)キシラン力)ら放
出された還元糖に対する分析によって測定する(XU−法)分析を、基質として
40m1のブリトン アンド ロビンソン(Britton&Robinson
)緩衝液中で調製され、使用前100℃で30分間熱処理し、次いで目的のpl
+に調節された0、5%のオートスペルトコムギキシラン(シグマ−X −06
27)を用いて行う。
分析は、O,100+nlの酵素溶液および0.100m1の基質を用(1て行
0、双方とも所望の温度に予備加熱する。混合物を所望のpHで20分間インキ
ュベートする。次いで、0.200m1の溶液I (35,1gのNa1HP0
4・2 LO; ll0m1のl N Na011を加えた500m1の脱イオ
ン本に懸濁させた40.0gのKNaCiHtOg’ 4H20; 8.Ogの
Cu5O+ ・5 H2O; 180gのNa□2SOい脱イオン水を加えて全
量を11とする)を添加し、次いで溶液を100℃に20分間加熱する。
0、200m1の溶液n (900u+1の脱イオン水に懸濁させた50gの(
NIL)6Motoza ’ 4 LO; 42m1の濃H2SO1; 6.
OgのNa2HASO1;脱イオン水を加えて全量をInとする)を添加する。
2.0mlの脱イオン水を加え、次いで520nmで分光光度計(PYE Un
iCAM PU8600UV/Vls 。
フリラプス)を用い吸光度を測定する。
還元糖を、キシロース(40〜400μg/ml)を用いて作成しt二標準曲線
から計算する。
餅盾ユ
第一の面において、酵素のpHに関連した活性を、40+nMのブリトンおよび
ロビンソン緩衝液中可溶性キシラン(ロート(Roth))を用(1,4,0〜
11,0のpH域で90°Cで測定した。
この試験において、T、ネアポリタナおよびT、サーマラム力1ら得られるキシ
ラナーゼは、約pH4〜約pHIOの範囲内にキシラン分解活性を示した。活性
に対する最適pHは、図2Bおよび図3Bjこ示す如く、5.0〜7.5のpH
域に、より明確には5.5〜6.5のpH域Iこ、pH6,0付近に検出された
。T、ネアポリタナはpH4,5およびpH7,5でそれぞれ50%の残留活性
を示した。T、サーマラムはpH5,5およびp17.5でそれぞれ50%の残
留活性を示した。
T、マリチマから得られた酵素は、4未満のp)Iから約11のpHまでにキシ
ラン分解活性を示した。活性に対する最適p8は図IBに示す如く、 4.0〜
7.0のpo域に、より明確には4.5〜6.5のpH域に、p)15.0付近
に検出された。T、マリチマは4.0未満のpHおよび7.5のpHでそれぞれ
50%の残留活性を有する。
第二の試験において、T、ネアポリタナおよびT、サーマラムから得られたキシ
ラナーゼのpHに関連した活性は、40mMのブリトンおよびロビンソン緩衝液
中、可溶性キシラン(ロート)を用い、4.0〜11.0のpH域に70℃で測
定された。
この試験において、双方のキシランはp(14未満ないしpH11を超える範囲
内でキシラン分解活性を示した。活性に対する最適pHを、図4Aおよび図4B
に示す如(p11域5.0〜7,5、より明確にはpH域5.5〜6.5 、p
H6,0付近に検出した。双方のキシラナーゼはそれぞれpH4,5およびpH
8,5で50%の相対活性を示した。
温度活性
第一の面において、酵素の温度に関連した活性を、40mMのブリトンおよびロ
ビンソン緩衝液中、可溶性キシラン(ロート)を用いて測定した。
T、ネアポリタナおよびT、サーマラムから得られたキシラナーゼは、図2Aお
よび図3Aに示す如く、20℃未満から115℃超の範囲内にキシラン分解活性
を示した。
T、マリチマから得られた酵素は、図IAに示す如く、60℃未満から100℃
超でキシラン分解活性を示した。
全てのキシラナーゼは、80〜100℃の範囲内の温度で、より詳しくは85〜
95℃で、90℃付近に最適温度を示した。
基質特異性
基質特異性を、下記の表1に示す基質を用いそして上記のxU−法を用いて測定
した。
カンノqオ(ロート) 77 88 99オートスペルトコムギ(フル力) 6
6 94 85ブナツキ(レンジングAG) 100 100 98カンパ材(
ジグ7) −” 89 100オートスペルトコムギ(シグマ)−l+87 6
3カラマツ材(ICN) −” 84 78HE〜セルロース21 (メルク)
−1+10 01)渭淀せず
2)ヒドロキシエチルセルロース
表より、本発明の三種の酵素の種々のキシランに対する効果は殆ど同じであるこ
とが分かる。
温度(1)
温度(1)
pH
温度(tll、)
H
H
pH
補正書の翻訳文提出書
(特許法第184条の8)
平成6年9月 (ら日
Claims (13)
- 1.次の特徴(a)〜(d): (a)90℃で20分後に測定した場合、4.0〜7.5のpH域に、より好ま しくは4.5〜7.5のpH域に、最も好ましくは5.5〜7.5のpH域に5 °%を超える残留活性: (b)70℃で20分後に測定した場合、4.5〜8.0のpH域に、より好ま しくは4.5〜7.5のpH域に、最も好ましくは5.5〜7.5のpH域に5 0%を超える残留活性; (c)pH6.0で20分後に測定した場合、80℃〜100℃の温度範囲内に 、より好ましくは85℃〜95℃の温度範囲内に最適温度;(d)T.マリチマ (maritima)、T.ネアポリタナ(neapolitana、又はT. サーマラム(thermarum)から得ることのできるものであるを有するこ とを特徴とする、キシラナーゼ。
- 2.次の特徴(a)〜(d): (a)90℃で20分後に測定した場合、5.5〜6.5のpH域に、pH6. 0付近に最適pH; (b)90℃で20分後に測定した場合、pH7.0で少なくとも50%の相対 残留活性; (c)70℃で20分後に測定した場合、pH7.5で少なくとも50%の相対 残留活性; (d)T.マリチマ、T.ネアポリタナ、又はT.サーマラムから得ることので きるものである を有することを特徴とする、キシラナーゼ。
- 3.菌株T.マリチマ、DSM3019、T.ネアポリタナ、DSM5068、 又はT.サーマラム、DSM5069、又はそれらの突然変異体又は変異体から 得ることのできる、請求の範囲第1又は2項記載のキシラナーゼ。
- 4.請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載のキシラナーゼの製造方法であ つて、T.マリチマ、T.ネアポリタナ、又はT.サーマラムのキシラナーゼ生 産菌株を、炭素および窒素源並びに無機塩を含有する適当な普通培地中で培養し 、次いで所望の酵素を回収することに含んでなる、前記方法。
- 5.菌株T.マリチマ、DSM3109、T.ネアポリタナ、DSM5068、 又はT.サーマラム、DSM5069、又はそれらの突然変異体又は変異体を培 養する、請求の範囲第4項記載の方法。
- 6.粒質物、好ましくは無粉塵性粒質物、液体、特に安定化液体、スラリー又は 保護された酵素の形で提供される、請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載 のキシラナーゼを含有する薬剤。
- 7.キシラナーゼが全酵素蛋白質の少なくとも20%、好ましくは少なくとも3 0%を構成する、請求の範囲第6項記載の薬剤。
- 8.リグノセルロースパルプを、請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載の 酵素で処理する、リグノセルロースパルプの処理方法。
- 9.プロセスを、7.0を超えるpHで、好ましくはpH8.0を超えるpHで 行う、請求の範囲第8項記載の方法。
- 10.プロセスを、50〜100℃の温度で、好ましくは60〜95℃の温度で 行う、請求の範囲第8又は9項記載の方法。
- 11.プロセスを、5分〜24時間の時間内、好ましくは15分〜6時間の時間 内、より好ましくは20分〜3時間の時間内で行う、請求の範囲第8〜10項の いずれか1項に記載の方法。
- 12.プロセスを乾燥物質の3〜35%の、より好ましくは5〜25%の、最も 好ましくは8〜15%のコンシステンシーで行う、請求の範囲第8〜H項のいず れか1項に記載の方法。
- 13.酵素用量が1kgの乾燥パルプ当たり10〜5000FXU又は1kgの 乾燥パルプ当たり10〜5000EXU、より好ましくは1kgの乾燥パルプ当 たり100〜5000FXU又は1kgの乾燥パルプ当たり100〜5000E XUのキシラナーゼ活性に相当する、請求の範囲第8〜12項のいずれか1項に 記載の方法。
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