KR100390535B1 - 곤충병원성 선충 배양용 배지 및 그를 이용한 선충의 대량배양방법 - Google Patents

곤충병원성 선충 배양용 배지 및 그를 이용한 선충의 대량배양방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곤충병원성 선충 배양용 배지 및 그를 이용한 선충의 대량배양방법에 관한 것으로, 소간추출물, 전지분유, 대두분 및 올리브유를 주요성분으로 함유하는 본 발명 곤충병원성 선충의 배양용 배지를 사용하여 선충을 단독배양 또는 선충의 장으로부터 분리한 공생박테리아와 공배양시킨 결과, 해충에 대한 살충력이 우수하고 높은 살충력을 나타내는 선충을 안정적으로 대량증식시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

곤충병원성 선충 배양용 배지 및 그를 이용한 선충의 대량배양방법{Culture medium and mass culture method for nematodes which infect insects}
본 발명은 곤충병원성 선충 배양용 배지 및 그를 이용한 선충의 대량배양방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 각 배지성분 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도를 측정하여 조성한 배양배지를 사용하여 상기 곤충병원성 선충을 단독 및 공생박테리아와 공배양함을 특징으로 하는 배양방법에 관한 것이다.
곤충병원성 선충인 스타이너네마(Steinernema)와 헤테로라브티스 (Heterorhabditis) 속은 측미선구강(Sececernentea)의 원충목(Rhabditida)에 속하며 장내에 공생박테리아를 보유하여 해충방제용 천적으로 살포시 해충의 유충에 침입한 후 해충에게 패혈증을 일으킴으로써 24∼48시간 내에 치사시키는 높은 살충력을 갖고 있다. 곤충병원성 선충은 넓은 기주범위, 뛰어난 기주탐색능력 및 치사율, 대량배양에 의한 경제적 생산, 장기보관 등의 많은 장점 때문에 21세기 차세대 천적제품으로 크게 기대되고 있다. 곤충병원성 선충을 해충방제용 천적으로 이용하면 기타 비목적성 곤충에 대해서는 매우 안전하고 화학 살충제가 도달하기 어려운 토양 속의 유충까지 스스로 찾아내 사멸시킬 수 있는 능력이 뛰어나기 때문에 환경오염이나 생태적 부작용 없이 효율적으로 해충을 구제할 수 있다. 선충과 다른 살충제를 혼합하여 사용하는 방법도 시도할 수 있는데 이 경우 선충만을 천적으로 사용했을 때보다 경제적 부담을 줄이고 목표 해충이 살충제에 대한 저항력을 감소시키고, 화학적인 살충제가 유발하는 환경 오염을 감소시킬 수 있다.
이러한 선충을 생물적 방제수단으로 사용하기 위해서는 이들 곤충병원성 선충의 대량증식이 필요하다. 선충의 대량증식법은 각종 배지를 최적화하고 표면적이 큰 지지체를 공급하기 위한 연구가 초기에 이루어졌다. 예를 들면, 한천, 폴리우레탄 폼, 나무 칡 및 양모 칡 등에 흡착시켜 선충을 배양하는 고체배양법(Bedding, R. A. Ann. Appl. Biol., 104:117∼120, 1984)과 액상의 각종 배지를 배양기 내에서 산소공급과 교반을 실시하면서 배양한 액체배양법 등이 있다. 이러한 대량증식법에 사용된 증식용 배지 성분은 각종 가축의 장기나 사료가 주로 사용되는 것으로 보고되고 있다. 예를 들면, 돼지의 장과 펩톤을 혼합한 것, 돼지의 신장과 소의 지방을 혼합한 것, 소의 심장, 소의 응고 혈액, 밀, 옥수수, 사카나, 개사료 등이 이용되었다(Hara, A. H., J. E. Lindegren and H. K. Kaya, Agri. Technol, Western Series, USDA, No. 16:8, 1981). 이밖에도 합성배지로서는 효모추출물, 펩톤, 콘오일 등을 이용한 지질한천(Lipid agar) 배지(Wounts, W. M. J. Nematol., 13:467∼419, 1981)나 노른자위, 효모 세포, 옥수수 기름 및 대두분을 포함한 배지(WO 8904602) 등이 보고된 바 있다. 그러나, 상기 종래 방법들은 감염태 선충의 최대수확량이 낮고 해충에 대한 살충력이 낮고 불안정하였다.
본 발명자들은 곤충병원성 선충의 각 배지성분 농도에 따른 수확량과 살충성을 측정하여 배양배지를 조성하고, 상기 조성된 배양배지가 해충에 대해 높은 살충력을 나타내는 선충을 안정적으로 대량증식시키는 효과가 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 살충력을 나타내는 곤충병원성 선충을 대량증식배양 하기 위한 배양용 배지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 해충에 대해서 높은 살충력을 가지고 있는 곤충병원성 선충의 효율적이고 안정적인 대량증식방법을 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 배지성분 중 전지분유, 대두분, 간추출물, 올리브유의 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도 및 꿀벌부채명 나방에 대한 살충성를 측정하여 배양을 위한 최적배지를 조성하고, 상기 배양용 최적배지를 사용하여 곤충병원성 선충을 단독 및 공생박테리아와 선충을 동시 접종 배양하여 곤충병원성 선충의 살충성 및 수확량을 측정함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.
도 1은 여러 종의 곤충병원성 선충의 배지의 종류에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도를 나타낸 그림이다.
도 2는 여러 종의 곤충병원성 선충의 전지분유 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도를 나타낸 그림이다.
도 3은 여러 종의 곤충병원성 선충의 대두분 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도를 나타낸 그림이다.
도 4는 여러 종의 곤충병원성 선충의 간추출물 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 꿀벌부채명나방 유충의 살충성을 나타낸 그림이다.
도 5는 여러 종의 곤충병원성 선충의 올리브유 농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 꿀벌부채명나방 유충의 살충성을 나타낸 그림이다.
도 6은 곤충병원성 선충 4종의 감염태 단계의 크기, 꿀벌부채명 나방 유충 당 수확량, 인공배지에서의 최대수확농도 및 꿀벌부채명나방 유충에 대한 살충성을 나타낸 그림이다.
도 7은 곤충병원성 선충의 액체배양을 실시한 마이크로스파저를 부착한 생물반응기를 나타낸 그림이다.
도 8은 생물반응기에 곤충병원성 선충과 공생박테리아를 공배양할 때 시간경과에 따른 감염태 곤충병원성 선충 농도, 성숙한 곤충병원성 선충 농도 및 공생박테리아 흡광도를 나타낸 그림이다.
본 발명은 곤충병원성 선충 스타이너네마 칼포캡시 1종과 스타이너네마 글라이제리 3종의 배양을 위한 최적배지조건을 조사하는 단계; 상기 곤충병원성 선충 4종의 배양배지에서 전지분유, 대두분, 간추출물, 올리브유의 첨가농도에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도 및 꿀벌부채명 나방에 대한 살충성을 측정하는 단계; 상기 4종의 곤충병원성 선충의 감염태 단계에서의 선충크기, 꿀벌부채명나방 유충당 수확량, 배양배지에서의 최대 선충수확농도 및 꿀벌부채명나방 유충에 대한 살충성을 조사하는 단계; 곤충병원성 선충의 배양배지를 이용하여 생물반응기에서 곤충병원성 선충 배양시 공생박테리아가 선충 증식에 미치는 영향을 조사하는 단계로 구성된다.
본 발명은 여러 농림해충에 대해서 높은 살충력을 가지고 있는 것으로 검증된 우리나라 전역에서 분리된 스타이너네마 칼포캡시(Steinernema carpocapsae) 및 스타이너네마 글라이제리(Steinernema glaseri) 곤충병원성 선충 종을 대상으로 소간추출물 2.5∼50 g/L, 라드 2∼100 g/L, 올리브유 5∼200g/L, 콜레스테롤 0.02∼0.5 g/L, 전지분유 2∼50 g/L, MgSO4·7H2O 0.2∼5.0 g/L, MnSO4·5H2O 0.2∼5.0 g/L의 농도를 각각 변화시켜 감염태 곤충병원성 선충의 수확 및 이때 수확된 선충의 해충살충성의 향상을 조사하였다. 이 경우 첨가된 기본배지성분으로 효모추출물 1.0 g/L, 대두분 15 g/L, 황란분 5 g/L, NaCl 5 g/L, K2HPO42.5 g/L, NH4H2PO40.5 g/L이 사용되었다.
본 발명에 사용한 스타이너네마 칼포캡시와 스타이너네마 글라이제리 곤충병원성 선충 종은 국내 전역에서 분리된 것으로, 이미 본 발명자 등에 의해서 국내 사과나무 해충인 복숭아 심식나방, 사과애모잎말이 나방(유연수, 박선호, 한국생물공학회지 15권 1호, 106-111, 2000) 및 농림해충인 거세미나방, 등얼국풍뎅이 등(이상명 외 4명, 한토동지 2권 2호, 76-82, 1997)은 물론 최근에는 식엽해충인 무잎벌레와 배추좀나방, 종실가해해충인 명주달팽이, 밤바구미, 그리고 파리류 해충인 작은뿌리파리와 아메리카 잎굴파리에 대해서도 매우 우수한 살충성이 확인되었다.
곤충병원성 선충의 다양한 배양배지 조건에서 수확한 감염태 선충의 살충성 차이를 조사하기 위해서 각각의 다양한 배지조건에서 수확된 감염태 단계의 선충을 꿀벌부채명 나방 3령 유충을 이용하여 살충성을 조사하였다. 꿀벌부채명 나방 3령 유충은 24 웰(Φ 17mm) 플래이트에 각 웰당 한 마리씩 넣으며, 각 웰 바닥에는 와트만지(Φ 15mm)를 한 장씩 깔아 놓았다. 수확된 감염태 선충은 수확 후 20일 이내의 것을 이용하며, 멸균 증류수 50μL에 5마리씩 각 웰에 접종하여 48시간 후 유충의 사멸율을 조사하였다. 실험은 8반복으로 처리하여 유충 사멸율을 확인하였다.
이하, 본 발명의 구체적 구성 및 작용을 실시예를 들어 상세히 설명하지만 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 곤충병원성 선충 배양을 위한 최적배지조건 조사
곤충병원성 선충 스타이너네마 칼포캡시(Steinernema carpocapsae PC) 1종과 스타이너네마 글라이제리(Steinernema glaseri DR, NC, MK) 3종의 배양을 위한 최적 배지조건을 찾기 위해서 동물성 단백질원인 간추출물, 효모추출물, 전지분유, 황란분을 이용하였으며, 식물성 단백질원으로는 대두분을 이용하였다. 또한 지방성분으로 동물성 지방원은 라드를 이용하고 식물성 지방원은 올리브유, 콜레스테롤을 혼합하여 이용하였다. 또한 무기염 NaCl, K2HPO4, MgSO4·7H2O, NH4H2PO4, MnSO4·5H2O을 추가로 첨가하여 이용하였다. 증식배지는 표 1에 나타낸 증식배지 LYLaOCSME에서 무기염을 제외한 8개 성분 각각이 선충 성장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 증식 배지 LYLaOCSME에서 한 성분씩을 제거하여 배지를 제조하였다. 제조된 배지는 고압증기 멸균기에서 121℃, 1기압 하에서 20분간 멸균조작하였으며, 곤충병원성 선충의 표면 살균처리 또한 0.1% NaClO 용액에 30분간 침지한 후 사용하였다. 배지는 250 mL 삼각플라스크에 실제 액량 20 mL로 넣고 선충은 mL당 1000마리를 접종하여 25℃에서 20일간 200rpm으로 진탕배양을 실시하였다. 진탕배양하여 수확된 배양액은 정량 플라스크를 이용하여 적당히 희석하여 현미경으로 최종 수확한 감염태 선충 마리수를 측정하였다.
실험결과 도 1에 나타낸 바와 같이, 각 성분이 4종의 선충 성장에 미치는 영향에는 별로 차이가 없음을 확인하였지만, 그 중에서도 특히 대두분과 전지분유의 감염태 선충수확에 미치는 영향이 가장 크게 나타나 각각의 성분을 제거할 경우 이들 성분을 첨가한 경우에 비해 선충 수확이 약 30% 정도까지 감소함을 확인할 수 있었다.
곤충병원성 선충의 증식배지 LYLaOCSME의 성분 및 조성
LYLaOCSME 배지 조성
간추출물(Liver extract ; L) 5 g/L NaCl 5 g/L
효모추출물(Yeast extract ; Y) 1 g/L K2HPO4 2.5 g/L
라드(Lard ; La) 5 g/L MgSO4·7H2O 0.2 g/L
올리브유(Olive oil ; O) 50 g/L NH4H2PO4 0.5 g/L
콜레스테롤(Cholesterol ; C) 0.5 g/L MnSO4·5H2O 0.4 g/L
대두분(Peptone from soymeal ; S) 15 g/L
전지분유(Whole milk powder ; M) 35 g/L
황란분(Egg yolk ; E) 5 g/L
실시예 2 : LYLaOCSME에서 배지 성분의 첨가농도에 따른 곤충병원성 선충의 최대수확농도 측정
실험예 1: 전지분유 첨가농도에 따른 곤충병원성 선충의 최대수확농도 측정
곤충병원성 선충 4종의 증식 배지 LYLaOCSME에서 동물성 단백질원인 전지분유(Whole milk powder)의 첨가농도가 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도에 미치는 영향을 조사하기 위해서 증식 배지 LYLaOCSME에 전지분유의 농도를 0, 10, 30, 50, 100, 200 g/L로 달리하여 배지를 제조하였다. 배지 제조와 접종 선충은 상기 실시예 1에서와 같이 멸균작업과 진탕배양, 마리수 측정을 실시하였다. 실험결과 도 2에 나타낸 바와 같이, 전지분유가 첨가될 경우 4종의 선충 수확량이 증가하며 LYLaOCSME 증식 배지에는 약 30∼50 g/L로 첨가할 경우 가장 높은 수확량을 보였다.
실험예 2: 대두분 첨가농도에 따른 곤충병원성 선충의 최대수확농도 측정
곤충병원성 선충 4종의 증식 배지 LYLaOCSME에서 식물성 단백질원 대두분(Peptone from soymeal)의 첨가농도가 감염태 곤충병원성 선충의 최대수확농도에 미치는 영향을 조사하기 위해서 증식 배지 LYLaOCSME에 대두분의 농도를 0, 2, 5, 10, 20, 50, 100 g/L로 달리하여 배지를 제조하였다. 배지 제조와 접종 선충은 상기 실시예 1에서와 같이 멸균작업과 진탕배양, 마리수 측정을 실시하였다. 실험결과 도 3에 나타낸 바와 같이, 대두분이 첨가될 경우 4종의 선충 수확량이 증가하며 LYLaOCSME 증식 배지에는 약 10∼20 g/L로 첨가할 경우 가장 높은 수확량을 보였다.
실험예 3: 간추출물 첨가농도에 따른 곤충병원성 선충의 살충성 측정
곤충병원성 선충 4종의 증식 배지 LYLaOCSME에서 동물성 단백질원인 간추출물(liver extract)의 첨가농도가 감염태 곤충병원성 선충의 꿀벌부채명나방 유충에 대한 살충성에 미치는 영향을 조사하기 위해서 증식 배지 LYLaOCSME에 간추출물의 농도를 0, 2, 5, 10, 20, 50 g/L로 달리하여 배지를 제조하였다. 배지 제조와 접종 선충은 상기 실시예 1에서와 같이 멸균작업과 진탕배양을 실시하였다. 또한 간추출물의 첨가농도가 다르게 배양하여 수확된 감염태 선충의 살충성 차이를 조사하기 위해서 각각의 수확된 선충을 꿀벌부채명 나방 3령 유충을 이용하여 살충성을 조사하였다. 꿀벌부채명 나방 3령 유충은 24 웰(Φ 17mm) 플래이트에 각 웰당 한 마리씩 넣으며, 각 웰 바닥에는 아트만지(Φ 15mm)를 한 장씩 깔아 놓았다. 수확된 감염태 선충은 수확 후 20일 이내의 것을 이용하며, 멸균 증류수 50μL에 5마리씩 각웰에 접종하여 48시간 후 유충의 사멸율을 조사하였다. 각각의 간추출물 농도에서 수확된 선충은 각각 8개의 well 즉, 8마리의 유충을 이용하여 확인하였다. 실험결과 도 4에 나타낸 바와 같이, LYLaOCSME 증식 배지에는 간추출물이 첨가될 경우 약 5 g/L까지는 꿀벌부채명나방에 대한 살충력이 크게 향상되었으며 5 g/L 이상에서는 유사한 살충력을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 올리브유 첨가농도에 따른 곤충병원성 선충의 살충성 측정
곤충병원성 선충 4종의 증식 배지 LYLaOCSME에서 식물성 지방원인 올리브유(olive oil)의 첨가농도가 감염태 곤충병원성 선충의 꿀벌부채명나방 유충에 대한 살충성에 미치는 영향을 조사하기 위해서 증식 배지 LYLaOCSME에 올리브유의 농도를 0, 5, 10, 20, 50, 100 g/L로 달리하여 배지를 제조하였다. 배지 제조와 접종 선충은 상기 실시예 1에서와 같이 멸균작업과 진탕배양을 실시하였다. 또한 올리브유의 첨가농도가 다르게 배양하여 수확된 감염태 선충의 살충성 차이를 조사하기 위해서 상기 실험예 3과 동일하게 꿀벌부채명 나방 3령 유충을 이용하여 살충성을 조사하였다. 실험결과 도 5에 나타낸 바와 같이, LYLaOCSME 증식 배지에는 올리브유가 첨가될 경우 약 10 g/L까지는 꿀벌부채명나방에 대한 살충력이 크게 향상되며 10 g/L 이상에서는 유사한 살충력 영향을 확인하였다.
실시예 3 : 감염태 곤충병원성 선충의 크기, 수확량 및 살충성 검정
곤충병원성 선충 스타이너네마 칼포캡시 1종과 스타이너네마 글라이제리 3종의 감염태 단계에서의 선충 크기를 비교하기 위해서 헤마사이토메터 (haemacytometer)에 선충을 주입하여 4종의 크기를 측정하였다. 또한 꿀벌부채명나방 유충당 수확량을 종별로 비교하기 위해서 선충을 꿀벌부채명 나방에 감염시킨 후 약 15일 경과 후 유충당 수확한 선충의 수를 측정하였다. 배양배지에서의 최대 선충수확농도는 증식 배지 LYLaOCSME에서 상기 실시예 1과 동일하게 멸균작업과 진탕배양, 마리수 측정을 실시하였으며, 꿀벌부채명나방에 대한 살충성은 상기 실시예 2의 실험예 3-4와 동일하게 실시하였다.
실험결과 도 6에 나타낸 바와 같이, 감염태 단계 선충의 크기의 경우 S. glaseri NC종과 DR종이 각각 890.0±138.2 ㎛와 980.0±123.2 ㎛로 상대적으로 크기가 큰 종이며, S. glaseri MK종과 S. carpocapsae PC종이 각각 590.0±30.2 ㎛와 590.2±30.2 ㎛로 상대적으로 크기가 작은 종이였다. 이 경우 크기가 큰 선충의 경우 크기가 작은 선충에 비해서 유충당 감염태 선충 수확량이 작았으며, 배양배지에서의 최대수확량도 감소하였다. 꿀벌부채명에 대한 살충력의 경우 S. carpocapsae PC종이 가장 강하게 나타났으며, 다음으로 S. glaseri DR종과 NC종, 그리고 S. glaseri MK종이 가장 낮은 살충력을 나타내었다.
실시예 4 : LYLaOCSME 배지를 이용하여 생물반응기에서 곤충병원성 선충 배양시 공생박테리아가 선충 증식에 미치는 영향 조사
곤충병원성 선충의 증식 배지 LYLaOCSME를 이용하여 2.5 L 생물반응기(도 7)에서 곤충병원성 선충을 배양할 때 공생박테리아가 선충 증식에 미치는 영향을 조사하기 위해 곤충병원성 선충의 장(gut)에서 분리한 공생박테리아를 250 mL 삼각플라스크에 실제 액량 20 mL로 선충을 접종하지 않고 28℃에서 2일간 200rpm으로 진탕배양하고 2.5 L 생물반응기에 플라스크에서 배양한 공생박테리아와 선충을 동시에 접종하여 배양하였다. 또한 비교구로 공생박테리아를 2.5 L 생물반응기에 접종하지 않고 선충만 접종하여 배양한 경우 시간경과에 따른 감염태 곤충병원성 선충의 농도를 측정하고 또한 성숙한 곤충병원성 선충 농도와 UV-VIS 흡광도계를 사용하여 560nm에서 증류수를 이용하여 50배 희석하여 공생박테리아의 흡광도 프로필을 측정하였다. 생물반응기는 프로펠러형 임펠러(Propeller type impeller)와 배양탱크가 선충에 최소의 전단응력을 주도록 설계되었으며, 또한 공기의 버블 크기를 작게하여 산소전달계수치(KLa)를 최대로 높이기 위해서 개방구 직경이 약 5μm 이하의 스테인레스 마이크로스파저(microsparger, Φ 0.7cm, 길이 3cm)를 2개 부착하였다. 온도는 25±0.5℃, 폭기량은 0.2 VVM, 200rpm 하에서 약 40 여일간 배양을 실시하였다.
실험결과 도 8에 나타낸 바와 같이, 공생박테리아가 접종된 경우에는 선충 접종 후 6일 만에 공생박테리아 흡광도가 약 0.5정도로 그리고 성숙한 선충의 농도도 약 1.3x104/mL로 증가하였으며 접종 후 15일 만에는 감염태 선충의 수가 약 2x105/mL까지 증가하였다. 그러나 공생박테리아를 접종하지 않은 경우에는 공생박테리아의 흡광도도 선충 접종 후 15일 정도에서 약 0.4정도로 그리고 성숙한 선충의농도도 선충 접종 후 15일 정도에서 약 1.2x104/mL로 증가하였으며 접종 후 30일 경과 후 감염태 선충의 수가 약 1.5x105/mL까지 증가하였다. 즉, 곤충병원성 선충 배양에 있어서 공생박테리아와 함께 선충을 생물반응기에 접종하는 공배양방법(coculture method)이 선충의 증식속도를 2배 정도 빠르게 하였으며 최대 감염태 선충 수확량 또한 약 30% 이상 향상시켰다.
이상의 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 소간추출물, 전지분유, 대두분 및 올리브유를 주요성분으로 함유하는 본 발명 곤충병원성 선충의 배앙용 배지를 사용하여 선충을 단독배양 또는 선충의 장으로부터 분리한 공생박테리아와 공배양시킨 결과, 해충에 대한 살충력이 우수하고 높은 살충력을 나타내는 선충을 안정적으로 대량증식시키는 매우 뛰어난 효과가 있으므로 발효공업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 곤충병원성 선충 배양용 통상의 배지에 있어서, 소간추출물 2∼50 g/L, 전지분유 10∼100 g/L, 대두분 2∼50 g/L 및 올리브유 5∼100 g/L을 포함하는 것을 특징으로 하는 곤충병원성 선충 배양용 배지.
  2. 곤충병원성 선충 배양용 통상의 배지에 소간추출물 2∼50 g/L, 전지분유 10∼100 g/L, 대두분 2∼50 g/L 및 올리브유 5∼100 g/L을 더 포함하는 배지를 사용하여 곤충병원성 선충을 배양하거나 곤충병원성 선충 및 상기 선충의 장에서 분리한 공생박테리아를 공배양하여 상기 선충을 배양함을 특징으로 하는 곤충병원성 선충의 대량증식방법.
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