JP3944934B2 - Process for producing ε-poly-L-lysine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ε−ポリ−L−リジン(以下εPLという)の製造法に関する。当該物質は、必須アミノ酸であるL−リジンのポリマ−であるため、安全性が高くかつカチオン含量が高いので、特異な物性を有する。したがって、トイレタリ−用品、化粧品、飼料添加物、医薬、農薬、食品添加物、電子材料等への用途が期待されている。特に食品添加物の分野では、天然物系の添加物として大きく注目されている。
【0002】
【従来の技術】
ストレプトマイセス・アルブラス(Streptomyces albulus)種微生物を用いたεPLの製造法が特公昭59−20359号公報に、ストレプトマイセス・アルブラス・サブスピ−シズ・リジノポリメラス(Streptomyces albulus subsp.lysinopolymerus) 菌株をL−リシンのアナログ物質に耐性を有する変異株に変異処理して、得られた該変異株を培地に培養し、培養液中にεPLを生成、蓄積せしめ、これを採取することを特徴とするεPLの製造法が特公平3-78998号公報に、また、ストレプトマイセス・アルブラス・サブスピ−シズ・リジノポリメラス菌株のεPLの生産に関与する遺伝子を含むプラスミドをクロラムフェニコ−ルを用いて増幅させ、得られた菌株をL−リシンを添加した培地にて培養し、培養液中にεPLを生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とするεPLの製造法が特公平3-42075号公報にそれぞれ記載されている。
【0003】
しかしながら、これらのεPL製造法は、菌株を特徴としたものであり、培養条件、特に残存窒素濃度を制御すること及び陰イオン濃度を抑制して培養する技術についてはなんら開示されていない。さらに、リン酸濃度を制御し、L−リジン及び硫酸アンモニウムを培地中に含有することを特徴とするεPL製造法が特開平8-163992号公報に開示されている。しかしながら、この公報では、窒素源である硫酸アンモニウム濃度が2〜20g/リットルになるように追加するのが好ましい旨記載されており、この場合、長時間培養すると陰イオンである硫酸イオン濃度が高くなりすぎるという問題点がある。また、該公報記載の方法は、εPLのモノマ−であるL−リジンを主原料として、εPLを生産するものであり、グルコ−ス等の炭素源と硫酸アンモニウム等の窒素源を原料として直接εPLを発酵法で生成するものとは根本的に異なる。
【0004】
これら従来の方法では、εPL生産性が未だ低く、種々の用途に対応しうる安価なεPLを製造するのは困難であるという問題点がある。そこでεPLの生産性を高めることにより、工業的に安価な製造法が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、εPLの工業的に安価な製造法について鋭意検討を重ねた。その結果、εPL生産能を有するストレプトマイセス属微生物を培養する際に、該培養液中の残存アンモニウム態窒素濃度を0.5 3g/リットルの範囲内に制御し、かつ、培養液中に添加する硫酸イオン濃度を培養後において40g/リットル以下にすることにより、εPL生産量が増大することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成した。以上の記述から明らかなように、本発明の目的は、εPLの生産量を増大させ、安価で有利なεPLの製造法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の通りである。
(1)ε−ポリ−L−リジンを発酵生産するストレプトマイセス(Streptomyces)種微生物を好気的に培地に培養し、得られた培養液からε−ポリ−L−リジンを採取する方法において、培養液中の残存アンモニウム態窒素濃度を0.5 3g /リットルの範囲内に制御し、かつ培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において40g/リットル以下にすることを特徴とするε−ポリ−L−リジンの製造法。
(2)培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において 22g /リットル未満にすることを特徴とする前記第1項記載のε−ポリ−L−リジンの製造法。
(3)培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において 15g /リットル以下にすることを特徴とする前記第1項記載のε−ポリ−L−リジンの製造法。
【0007】
本発明に使用できる微生物は、εPLを生産する能力のあるストレプトマイセス属微生物であればいずれでも使用可能であるが、特にストレプトマイセス・アルブラス種微生物が望ましい。かかるストレプトマイセス・アルブラス種微生物の具体的な例としては、ストレプトマイセス・アルブラス・リジノポリメラス(Streptomyces albulus subsp.lysinopolymerus)11011A-1株(FERM BP-1109 )があげられる。
【0008】
本発明の製造法にあっては、培養液中の残存アンモニウム態窒素濃度を 0.5 〜 3g/リットルに制御することが重要である。培養開始時の培地中のアンモニウム態窒素濃度は通常2.1g/リットル(硫安濃度として10g/リットル)であるが、培養開始後、菌体の増殖及びεPLの生産とともに残存アンモニウム態窒素濃度は低下する。残存アンモニウム態窒素濃度が低下した後に、該残アンモニウム態存窒素濃度が 3g/リットルを超えないようにアンモニウム態窒素源を逐次添加もしくは連続添加する。ただし、窒素が完全に消費つくされてしまうとεPLの生産も停止してしまうため、常にアンモニウム態窒素が培養液中に残存するように維持することが重要である。
【0009】
添加するアンモニウム態窒素源の形態としては硫酸アンモニウムが好ましい。ただし、アンモニウム態窒素源として硫酸アンモニウムのみを添加して長時間培養を行うと、硫酸アンモニウムの添加量が多くなり、結果として硫酸イオンが多量に蓄積することになる。そこで硫酸イオン濃度を抑える方法として、アンモニア水を添加する方法が考えられる。εPL生産株においては、アンモニウム態窒素源としてアンモニア水であろうとアンモニウム塩であろうと利用可能であるが、アンモニア水を添加した場合pHが高くなることから、添加量のバランスが重要となってくる。
【0010】
本発明の製造法においては、pH調整用のアルカリ物質(εPL生産株を培養すると培養液中のpHが低下するため、pHの低下を抑えるためにアルカリが必要)としてアンモニア水を用いることにより、必要窒素量の一部をアンモニア水で補い、アンモニウム塩(好ましくは硫酸アンモニウム)の添加量を少なくし、陰イオンの蓄積量を抑えることによりεPLの生産量を増大させるものである。
【0011】
本発明で使用する培地としては、アンモニウム態窒素源の他に炭素源、無機物及びその他の栄養源を適当に含有する培地ならばいずれも使用できる。炭素源としては、グルコ−ス、フラクト−ス、グリセリン、スタ−チ、ガラクト−ス、マンニト−ル、イノシト−ル、サリシン等のεPL生産株が資化可能なものならいずれも使用できる。培地中の残存炭素源濃度は、培養開始後、菌体の増殖及びεPLの生産とともに低下する。残存炭素源濃度が低下したら、炭素源を逐次あるいは連続的に添加する。また、無機物としては、リン酸イオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、マンガンイオン、ナトリウムイオン等が挙げられる。その他の栄養源として、酵母エキスを1 〜5g/リットル含有させることは、菌の生育を良くし、εPLの生産においても好ましい結果が得られる。
【0012】
培養は、好気的条件下で振とう培養、撹拌培養等で行う。培養温度は25〜35℃が好ましい。培地のpHは中性付近(pH6〜8)が好ましいが、培養開始後、菌の生育とともにpHは低下する。pHが4まで低下した時点で、アンモニア水を添加してpHを4に維持させる。通常1〜7日間でεPLは培養液中に蓄積される。
【0013】
上記εPLを含有する培養液を遠心分離もしくはフィルタ−で菌体を除いた後、菌体除去液を精製、脱色し、これを濃縮する。濃縮液からアセトン、エタノ−ル等の有機溶媒で晶析することにより、目的のεPLが得られる。
【0014】
【実施例】
本発明を実施例より更に詳細に説明する。
なお、培養液中のεPL濃度は、イツアキ(Itzhaki) :アナリティカルバイオケミストリ-(Analytical Biochemistry),50,569,1972の方法により測定した。すなわち、培養液を遠心分離して菌体を除いた後、菌体除去液(εPL: 0 〜200 μg )2mlと1mMメチルオレンジ水溶液2mlとを混合し、室温で30分間放置してεPL−メチルオレンジコンプレックスを生じさせる。その後、遠心することにより、該εPL−メチルオレンジコンプレックスを除いた上澄水の465nmにおける吸光度を測定し、εPL量を求めた。
また、実施例中の%は特に断らない限り、重量(g)/容量(dl)%である。
【0015】
実施例1
グルコ−ス 50g/リットル、酵母エキス 5g/リットル、硫酸アンモニウム 10g/リットル、k2HPO4 0.8g/リットル、KH2PO4 1.36 g/リットル、MgSO4・7H2O 0.5g/リットル、ZnSO4・7H2O 0.04 g/リットル、FeSO4・7H2O 0.03g/リットル、pH 6.8 に調製した2リットルの培地を3リットル容ジャ−に入れ、ストレプトマイセス・アルブラス・サブスピ−シズ・リジノポリメラス(Streptomyces albulus subsp. lysinopolymerus)11011A-1株(FERM BP-1109号)の前培養液100ミリリットルを接種し、30℃、700rpm 、通気量3リットル/分で96時間好気培養を行った。ただし、培養開始後、残存グルコ−ス濃度が10g/リットル以下に低下した時点で、該残存グルコ−ス濃度が50g/リットルになるようにグルコ−スを添加した。以後も同様に残存グルコ−ス濃度が10g/リットル以下になった時点で該残存濃度が50g/リットルになるようにグルコ−スを逐次添加した。また、硫酸アンモニウムについては、グルコ−ス添加と同時にグルコ−スの1/10倍量(重量比)を逐次添加した。pHの調整については、10重量%アンモニア水を用いてpHを4に維持した。
培養中の残存アンモニア態窒素の濃度範囲及び96時間培養後の硫酸イオン濃度及びεPL生産量を表1に示した。
【0016】
実施例2
硫酸アンモニウムの逐次添加量をグルコ−スの1/20倍量(重量比)にしたこと以外は実施例1に準拠して培養を行った。
培養中の残存アンモニア態窒素の濃度範囲及び96時間培養後の硫酸イオン濃度及びεPL生産量を表1に示した。
【0017】
比較例1
硫酸アンモニウムの逐次添加量をグルコ−スの1/5倍量(重量比)にしたこと以外は実施例1に準拠して培養を行った。培養中の残存アンモニア態窒素の濃度範囲及び96時間培養後の硫酸イオン濃度、εPL生産量を表1に示した。
【0018】
比較例2
硫酸アンモニウムの逐次添加量をグルコ−スの1/5倍量(重量比)にしたこと及びpHの調整に6N水酸化ナトリウム溶液を用いたこと以外は実施例1に準拠して培養を行った。培養中の残存アンモニア態窒素の濃度範囲及び96時間培養後の硫酸イオン濃度及びεPL生産量を表1に示した。
【0019】
比較例3
硫酸アンモニウムの逐次添加量をグルコ−スの1/2倍量(重量比)にしたこと及びpHの調整に6N水酸化ナトリウム溶液を用いたこと以外は実施例1に準拠して培養を行った。培養中の残存アンモニア態窒素の濃度範囲及び96時間培養後の硫酸イオン濃度及びεPL生産量を表1に示した。
【0020】
【表1】

Figure 0003944934
【0021】
表1の結果から明かなように、残存アンモニウム態窒素濃度が 3 g/リットルを超えた場合(比較例1)及び残存窒素濃度が0.5 g/リットルを下回った場合(比較例2)はεPL生産量が大幅に低下する。また、硫酸イオン濃度が40g/リットル を超えた場合も(比較例3)、εPL生産量が低下する。したがって、培養液中の残存窒素濃度を0.5 3 g/リットルの範囲内に制御し、かつ、培養液中への添加陰イオン濃度を40g/リットル以下にすることにより、εPL生産量が増大することがわかる。
【0022】
【発明の効果】
本発明の製造法によれば、εPL生産量を増大させることが可能となり、その結果、安価にεPLを製造することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing ε-poly-L-lysine (hereinafter referred to as εPL). Since this substance is a polymer of L-lysine, which is an essential amino acid, it has high physical properties and a high cation content, and therefore has specific physical properties. Therefore, it is expected to be used for toiletries, cosmetics, feed additives, medicines, agricultural chemicals, food additives, electronic materials and the like. In particular, in the field of food additives, it has attracted a great deal of attention as a natural product-based additive.
[0002]
[Prior art]
A method for producing εPL using Streptomyces albulus species microorganisms is disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-20359, streptomyces albulus subsp. Lysinopolymerus strain L- A mutant strain resistant to an analog substance of lysine is mutated, and the mutant strain obtained is cultured in a medium, and εPL is generated and accumulated in the culture solution, and collected. Obtained by amplifying a plasmid containing a gene involved in the production of εPL of Streptomyces albras subspices lysinopolymelas strain using chloramphenicol in Japanese Patent Publication No. 3-78998 The strain is cultured in a medium supplemented with L-lysine, and εPL is produced and accumulated in the culture solution, and this is collected. εPL of preparation are described respectively in JP Kokoku 3-42075.
[0003]
However, these εPL production methods are characterized by strains, and there is no disclosure of culture conditions, particularly techniques for controlling residual nitrogen concentration and culturing while suppressing anion concentration. Furthermore, JP-A-8-163992 discloses an εPL production method characterized by controlling the phosphoric acid concentration and containing L-lysine and ammonium sulfate in the medium. However, in this publication, it is described that it is preferable to add so that the concentration of ammonium sulfate, which is a nitrogen source, is 2 to 20 g / liter. In this case, the concentration of sulfate ions, which are anions, increases when cultured for a long time. There is a problem that it is too much. The method described in the publication is to produce εPL using L-lysine, which is a monomer of εPL, as a main raw material, and directly using εPL using a carbon source such as glucose and a nitrogen source such as ammonium sulfate as raw materials. It is fundamentally different from what is produced by fermentation.
[0004]
These conventional methods have a problem that εPL productivity is still low and it is difficult to produce inexpensive εPL that can be used for various applications. Therefore, an industrially inexpensive production method has been desired by increasing the productivity of εPL.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have intensively studied an industrially inexpensive production method of εPL. As a result, when culturing Streptomyces microorganisms capable of producing εPL, the concentration of residual ammonium nitrogen in the culture solution is controlled within the range of 0.5 to 3 g / liter and added to the culture solution. by the 40 g / l or less after culturing sulfate ion concentration, found that εPL production amount increases, the present invention has been completed based on this finding. As is apparent from the above description, an object of the present invention is to increase the production amount of εPL, and to provide an inexpensive and advantageous method for producing εPL.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is as follows.
(1) In a method for culturing Streptomyces species microorganisms that produce ε-poly-L-lysine by fermentation in an aerobic medium and collecting ε-poly-L-lysine from the obtained culture solution Characterized in that the concentration of residual ammonium nitrogen in the culture solution is controlled within the range of 0.5 to 3 g / liter , and the concentration of sulfate ion added to the culture solution is 40 g / liter or less after culturing. Production method of poly-L-lysine.
(2) The method for producing ε-poly-L-lysine as described in (1) above, wherein the concentration of sulfate ion added to the culture solution is less than 22 g / liter after culture .
(3) The method for producing ε-poly-L-lysine as described in (1) above, wherein the concentration of sulfate ion added to the culture solution is 15 g / liter or less after culturing .
[0007]
Any microorganism can be used for the present invention as long as it is a microorganism belonging to the genus Streptomyces having the ability to produce εPL. A specific example of such a Streptomyces albulus species microorganism is Streptomyces albulus subsp. Lysinopolymerus 11011A-1 strain (FERM BP-1109).
[0008]
In the production method of the present invention, it is important to control the residual ammonium nitrogen concentration in the culture solution to 0.5 to 3 g / liter. The ammonium nitrogen concentration in the medium at the beginning of the culture is usually 2.1 g / liter (10 g / liter as the ammonium sulfate concentration), but after the start of the culture, the residual ammonium nitrogen concentration decreases with the growth of the cells and the production of εPL. . After the residual ammonium nitrogen concentration decreases, it said residue ammonium state presence of nitrogen concentration is successively added or continuous addition of ammonium nitrogen sources so as not to exceed 3 g / l. However, since the production of εPL is stopped when nitrogen is completely consumed, it is important to always maintain ammonium nitrogen in the culture solution.
[0009]
As a form of the ammonium nitrogen source to be added, ammonium sulfate is preferable. However, for a long time culture by adding only ammonium sulfate as the ammonium nitrogen sources, the number of the added amount of ammonium sulfate, results sulfate ions results in a large amount accumulated as. Therefore, as a method for suppressing the sulfate ion concentration, a method of adding aqueous ammonia can be considered. In εPL-producing strains, ammonia water or ammonium salt can be used as an ammonium nitrogen source. However, when ammonia water is added, the pH becomes high, so the balance of the amount added becomes important. .
[0010]
In the production method of the present invention, by using ammonia water as an alkaline substance for pH adjustment (when εPL producing strain is cultured, the pH in the culture solution decreases, so alkali is required to suppress the decrease in pH). A part of the necessary amount of nitrogen is supplemented with aqueous ammonia, the amount of ammonium salt (preferably ammonium sulfate) added is reduced, and the amount of accumulated anions is suppressed to increase the production amount of εPL.
[0011]
As a medium used in the present invention, any medium that appropriately contains a carbon source, an inorganic substance and other nutrient sources in addition to an ammonium nitrogen source can be used. Any carbon source can be used as long as it can assimilate εPL producing strains such as glucose, fructose, glycerin, starch, galactose, mannitol, inositol and salicin. The residual carbon source concentration in the medium decreases with the growth of bacterial cells and the production of εPL after the start of culture. When the residual carbon source concentration decreases, the carbon source is added sequentially or continuously. Examples of inorganic substances include phosphate ions, potassium ions, magnesium ions, zinc ions, iron ions, manganese ions, sodium ions, and the like. Inclusion of 1 to 5 g / liter of yeast extract as another nutrient source improves the growth of the fungus, and preferable results are obtained in the production of εPL.
[0012]
Culturing is performed by shaking culture, agitation culture, or the like under aerobic conditions. The culture temperature is preferably 25 to 35 ° C. The pH of the medium is preferably near neutral (pH 6-8), but after the start of culture, the pH decreases with the growth of the bacteria. When the pH drops to 4, aqueous ammonia is added to maintain the pH at 4. Usually, εPL accumulates in the culture solution in 1 to 7 days.
[0013]
After microbial cells are removed from the culture solution containing εPL by centrifugation or filter, the microbial cell removal solution is purified, decolorized, and concentrated. By subjecting the concentrate to crystallization with an organic solvent such as acetone or ethanol, the target εPL can be obtained.
[0014]
【Example】
The present invention will be described in more detail than the examples.
The εPL concentration in the culture solution was measured by the method of Itzhaki: Analytical Biochemistry, 50, 569, 1972. That is, after centrifuging the culture solution to remove the cells, 2 ml of a cell removal solution (εPL: 0 to 200 μg) and 2 ml of 1 mM methyl orange aqueous solution were mixed and left at room temperature for 30 minutes to leave εPL-methyl. This produces an orange complex. Thereafter, the absorbance at 465 nm of the supernatant water excluding the εPL-methyl orange complex was measured by centrifugation, and the amount of εPL was determined.
Further,% in the examples is weight (g) / volume (dl)% unless otherwise specified.
[0015]
Example 1
Gluco - scan 50 g / liter, yeast extract 5 g / l, ammonium sulfate 10 g / l, k 2 HPO 4 0.8g / l, KH 2 PO 4 1.36 g / l, MgSO 4 · 7H 2 O 0.5g / l, ZnSO 4 · Streptomyces alblus subspices lysinopolymeras (Streptomyces) is placed in a 3 liter jar with 2 liters of 7H 2 O 0.04 g / liter, FeSO 4 · 7H 2 O 0.03 g / liter, pH 6.8. albulus subsp. lysinopolymerus) 11011A-1 strain (FERM BP-1109) was inoculated with 100 ml of a preculture solution and subjected to aerobic culture for 96 hours at 30 ° C., 700 rpm, and aeration rate of 3 liters / minute. However, glucose was added so that the residual glucose concentration would be 50 g / liter when the residual glucose concentration dropped to 10 g / liter or less after the start of culture. Thereafter, similarly, when the residual glucose concentration became 10 g / liter or less, glucose was sequentially added so that the residual concentration became 50 g / liter. Moreover, about ammonium sulfate, 1/10 times amount (weight ratio) of glucose was added sequentially simultaneously with glucose addition. For pH adjustment, the pH was maintained at 4 using 10 wt% aqueous ammonia.
Table 1 shows the concentration range of residual ammonia nitrogen during the culture, the sulfate ion concentration and the εPL production amount after 96 hours of culture.
[0016]
Example 2
Culturing was carried out according to Example 1 except that the sequential addition amount of ammonium sulfate was 1/20 times that of glucose (weight ratio).
Table 1 shows the concentration range of residual ammonia nitrogen during the culture, the sulfate ion concentration and the εPL production amount after 96 hours of culture.
[0017]
Comparative Example 1
Culture was performed according to Example 1 except that the sequential addition amount of ammonium sulfate was 1/5 times the glucose (weight ratio). Table 1 shows the concentration range of residual ammonia nitrogen during the culture, the sulfate ion concentration after 96 hours of culture, and the amount of εPL produced.
[0018]
Comparative Example 2
Culturing was carried out according to Example 1 except that the sequential addition amount of ammonium sulfate was 1/5 times the glucose (weight ratio) and that a 6N sodium hydroxide solution was used for pH adjustment. Table 1 shows the concentration range of residual ammonia nitrogen during the culture, the sulfate ion concentration and the εPL production amount after 96 hours of culture.
[0019]
Comparative Example 3
Culturing was carried out in accordance with Example 1 except that the sequential addition amount of ammonium sulfate was ½ times that of glucose (weight ratio) and that a 6N sodium hydroxide solution was used for pH adjustment. Table 1 shows the concentration range of residual ammonia nitrogen during the culture, the sulfate ion concentration and the εPL production amount after 96 hours of culture.
[0020]
[Table 1]
Figure 0003944934
[0021]
As is clear from the results in Table 1, εPL production occurs when the residual ammonium nitrogen concentration exceeds 3 g / liter (Comparative Example 1) and when the residual nitrogen concentration falls below 0.5 g / liter (Comparative Example 2). The amount is greatly reduced. In addition, when the sulfate ion concentration exceeds 40 g / liter (Comparative Example 3), the εPL production amount decreases. Therefore, by controlling the residual nitrogen concentration in the culture solution within the range of 0.5 to 3 g / liter and making the added anion concentration in the culture solution 40 g / liter or less, the amount of εPL production increases. I understand that.
[0022]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, it is possible to increase the production amount of εPL, and as a result, εPL can be produced at low cost.

Claims (3)

ε−ポリ−L−リジンを発酵生産するストレプトマイセス(Streptomyces)種微生物を好気的に培地に培養し、得られた培養液からε−ポリ−L−リジンを採取する方法において、培養液中の残存アンモニウム態窒素濃度を0.5 3g /リットルの範囲内に制御し、かつ培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において40g/リットル以下にすることを特徴とするε−ポリ−L−リジンの製造法。In a method of aerobically culturing Streptomyces species microorganisms that produce ε-poly-L-lysine by fermentation in a medium, and collecting ε-poly-L-lysine from the obtained culture solution, Ε-poly-L, characterized in that the residual ammonium nitrogen concentration in the medium is controlled within the range of 0.5 to 3 g / liter , and the concentration of sulfate ion added to the culture solution is 40 g / liter or less after culturing. -Method for producing lysine. 培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において 22g /リットル未満にすることを特徴とする請求項1記載のε−ポリ−L−リジンの製造法。 The method for producing ε-poly-L-lysine according to claim 1, wherein the concentration of sulfate ion added to the culture solution is less than 22 g / liter after culture . 培養液中への添加硫酸イオン濃度を培養後において 15g /リットル以下にすることを特徴とする請求項1記載のε−ポリ−L−リジンの製造法。 The method for producing ε-poly-L-lysine according to claim 1, wherein the concentration of sulfate ion added to the culture solution is 15 g / liter or less after culturing .
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