जैव प्रौद्योगिकी — UPSC CSE के लिए सम्पूर्ण अध्ययन: GMO, CRISPR, जैव सुरक्षा और नीति

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अवधारणा

जैव प्रौद्योगिकी वह विज्ञान है जो जीवित जीवों या उनके घटकों का उपयोग करके उत्पाद, प्रक्रियाएं या सेवाएं विकसित करता है। इसे तीन स्तरों पर समझो:

पारंपरिक जैव प्रौद्योगिकी: दही बनाना, शराब बनाना, बीयर किण्वन — यहाँ सूक्ष्मजीव स्वाभाविक रूप से काम करते हैं।

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी: DNA की संरचना को जानबूझकर बदलना। यही UPSC के लिए महत्वपूर्ण है।

अगली पीढ़ी की जैव प्रौद्योगिकी: CRISPR जैसे precision tools जो DNA की एक विशेष जगह पर जाकर बदलाव करते हैं।

एक सरल सादृश्य: पारंपरिक जैव प्रौद्योगिकी वह है जब तुम एक पूरी library में से एक किताब ढूंढो और उसे copy करो। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी वह है जब तुम किसी किताब के एक अध्याय को काट कर दूसरी किताब में जोड़ दो। CRISPR वह है जब तुम किसी किताब के एक वाक्य में सिर्फ एक शब्द बदलो — बाकी सब वैसा ही रहे।

UPSC CSE में जैव प्रौद्योगिकी का प्रश्न कभी सिर्फ "यह क्या है" नहीं पूछता। प्रश्न हमेशा नीति, नियमन, नैतिकता और अंतरराष्ट्रीय संधियों से जुड़ा होता है। इसलिए इस विषय को तीन आयामों में पढ़ो: तकनीक + भारतीय नियामक ढांचा + अंतरराष्ट्रीय संधियां


गहन विश्लेषण

आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (GMOs)

GMO वह जीव है जिसके DNA में किसी दूसरे जीव का जीन डाला गया हो। इस बाहरी जीन को transgene और ऐसे जीव को transgenic कहते हैं।

Bt फसलें — सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण:

मिट्टी के जीवाणु Bacillus thuringiensis में cry जीन होता है जो Cry प्रोटीन बनाता है। यह प्रोटीन कुछ विशेष कीट लार्वा की आंत में जाकर छिद्र बनाता है और उन्हें मार देता है। ध्यान रखो — यह सभी कीटों के लिए हानिकारक नहीं है, बल्कि केवल उन लार्वा के लिए जिनकी आंत में विशेष receptor होते हैं।

भारत में Bt कपास को 2002 में GEAC ने व्यावसायिक खेती के लिए मंजूरी दी थी। यह अभी तक एकमात्र ऐसी GM फसल है जिसे भारत में व्यावसायिक खेती की अनुमति मिली है। Bt बैंगन के मामले में 2010 में तत्कालीन पर्यावरण मंत्री ने अनिश्चितकालीन रोक लगा दी थी।

CRISPR-Cas9 — precision gene editing

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) मूल रूप से बैक्टीरिया की अनुकूली प्रतिरक्षा प्रणाली से लिया गया है। जब कोई virus बैक्टीरिया पर हमला करता है, तो बैक्टीरिया उसके DNA का एक टुकड़ा अपनी memory में रख लेता है — अगली बार वही virus आए तो Cas9 enzyme उसे काट देती है।

वैज्ञानिकों ने इस प्रणाली को तीन कामों के लिए अनुकूलित किया:

  1. जीन हटाना (deletion): दोषपूर्ण जीन को काट कर निकालना
  2. जीन डालना (insertion): नया जीन उस जगह पर डालना
  3. जीन बदलना (substitution): एक जीन को दूसरे से बदलना

यह पुराने tools जैसे ZFN (Zinc Finger Nucleases) या TALEN से तेज़, सस्ता और ज़्यादा precise है।

भारत और जीनोम संपादन: DBT ने 2022 में कृषि में जीनोम-संपादित जीवों के लिए मसौदा दिशानिर्देश जारी किए। इसमें SDN-1 (Site Directed Nuclease-1) श्रेणी के edits को — जिनमें बाहरी DNA नहीं डाला जाता — कम नियामक बोझ वाली श्रेणी में रखा गया।

जीन थेरेपी बनाम जीनोम संपादन

यह UPSC का पसंदीदा distinction है:

| पहलू | जीन थेरेपी | जीनोम संपादन | |------|------------|---------------| | तरीका | कार्यात्मक जीन की copy डालना | मौजूदा DNA में बदलाव | | tool | viral vectors (retrovirus, adenovirus) | CRISPR, TALEN, ZFN | | मौजूदा sequence | नहीं बदलती (additive) | सीधे बदलती है | | उदाहरण | hemophilia में clotting factor जीन | sickle cell disease में HBB जीन सुधारना |

दोनों somatic (दैहिक — शरीर की सामान्य कोशिकाएं) और germline (जर्मलाइन — प्रजनन कोशिकाएं) स्तर पर हो सकते हैं। लेकिन germline editing अगली पीढ़ियों को प्रभावित करती है, इसलिए नैतिक रूप से अत्यधिक विवादित है।

माइटोकॉन्ड्रियल रोग और प्रोन्यूक्लियर ट्रांसफर

माइटोकॉन्ड्रियल DNA केवल माँ से मिलता है। अगर माँ के माइटोकॉन्ड्रिया में दोष है तो बच्चे को माइटोकॉन्ड्रियल रोग होगा। इसे रोकने के लिए:

Pronuclear Transfer: माँ के fertilized egg के pronuclei (nucleus जो अभी merge नहीं हुए) को निकालकर एक दाता के healthy enucleated fertilized egg में डाला जाता है। बच्चे का nuclear DNA माँ-बाप का होता है, लेकिन माइटोकॉन्ड्रिया दाता का — इसलिए इसे "three-parent baby" तकनीक भी कहते हैं।

भारतीय नियामक ढांचा

पर्यावरण, वन और जलवायु परिवर्तन मंत्रालय
        ↓
GEAC (Genetic Engineering Appraisal Committee)
        ↓ [पर्यावरणीय release और व्यावसायिक खेती]

जैव प्रौद्योगिकी विभाग (DBT)
        ↓
RCGM (Review Committee on Genetic Manipulation)
        ↓ [नियंत्रित अनुसंधान, confined trials]

याद रखो: GEAC = release + commerce; RCGM = research + confined

अंतरराष्ट्रीय संधियां

CBD (जैव विविधता पर सम्मेलन, 1992): जैव विविधता संरक्षण का मूल framework।

कार्टाजेना प्रोटोकॉल (2000): CBD का supplementary agreement। यह LMOs (Living Modified Organisms) के सीमापार आवागमन को नियंत्रित करता है। AIA (Advance Informed Agreement) प्रक्रिया — आयातक देश को पहले सूचित करना अनिवार्य।

नागोया प्रोटोकॉल (2010): CBD के तहत access and benefit sharing। जैव संसाधनों से लाभ स्थानीय समुदायों के साथ साझा करना।

कार्टाजेना और नागोया दोनों CBD के supplementary agreements हैं — इन्हें आपस में confuse मत करो।


शॉर्टकट और युक्तियाँ

patternGEAC बनाम RCGM — Release vs Research

जब भी GMO approval का प्रश्न आए, यह pattern याद करो: GEAC = Green light for Go (पर्यावरण में release); RCGM = Research only (laboratory और confined field trials)। GEAC पर्यावरण मंत्रालय के अधीन है, RCGM biotechnology विभाग के अधीन। standard method: दोनों को रटने में 2 मिनट, यह pattern एक बार में lock हो जाता है — revision में 5 सेकंड।

patternCBD की तीन बेटियाँ

CBD (1992) के तीन supplementary protocols को याद रखने का तरीका: Cartagena (2000) = Crossing borders (LMOs का); Nagoya (2010) = Nature का benefit sharing; Kunming-Montreal (2022) = Keeping 30x30 target। तीनों CBD के "बच्चे" हैं। परीक्षा में जब पूछा जाए "किसका supplement है" — हमेशा CBD। Standard approach: तीनों को अलग-अलग याद करो — 3 मिनट। इस pattern से: 20 सेकंड।

eliminationBt का Cry — कौन मरता है?

Bt toxin के बारे में option-2 type trap: "सभी कीटों के लिए हानिकारक" — यह हमेशा गलत होगा। Cry protein केवल उन larvae के लिए toxic है जिनकी midgut में specific alkaline pH और receptor (cadherin) होते हैं। मधुमक्खियाँ, earthworms सुरक्षित हैं। Elimination rule: जो option "सभी" या "हर" का दावा करे GMO toxicity के बारे में — उसे पहले eliminate करो। 3-option question में यह एक step में सही answer तक पहुँचाता है।

patternतीन-माँ बच्चा — क्या बदला, क्या नहीं

Pronuclear Transfer याद रखने का तरीका: Nuclear DNA = माँ-बाप का (personality, features); Mitochondrial DNA = donor का (energy factory)। सोचो — बच्चे का 99.9% DNA parents का है, 0.1% mitochondrial DNA donor का। इसलिए इसे "three-parent" कहना technically सही लेकिन misleading है। Option elimination: जो option "माइटोकॉन्ड्रियल रोग को रोकने" से जोड़े — वही correct। दो options automatically गलत: sperm modification और stem cell से embryo।

patternCRISPR की तीन शक्तियाँ — Cut, Insert, Replace

जब statement आए "CRISPR केवल जीन हटा सकता है" — यह तुरंत गलत है। याद रखो: CRISPR = Cut (deletion) + Clone in (insertion) + Change (substitution)। तीनों 'C' से शुरू। Statement-based question में: कोई भी statement जो CRISPR को सिर्फ एक काम तक सीमित करे — गलत मानो। यह एक step में एक statement को eliminate करता है जो standard reading में 30 सेकंड लेती।


तेज़-समाधान रूपरेखा

परीक्षा-कक्ष में जैव प्रौद्योगिकी का प्रश्न सामने आए तो यह decision tree अपनाओ:

Step 1 — प्रश्न किस layer का है?

Step 2 — Statement-based प्रश्न में पहले trap statements खोजो:

Step 3 — Protocol questions में:


हल किए गए PYQs

क्यों यह प्रश्न: Pronuclear transfer एक highly technical topic है जो UPSC ने medical ethics और reproductive biotechnology के crossover पर पूछा। यह mitochondrial disease और "three-parent baby" की समझ परखता है।

समाधान का रास्ता: Options को एक-एक eliminate करो। Option A (शुक्राणु कोशिकाओं का संशोधन) — pronuclear transfer sperm से नहीं, fertilized egg से होता है। Option B (stem cells से भ्रूण) — यह IVF का description नहीं, एक अलग तकनीक है। Option D (donor sperm से in vitro fertilization) — यह तो सामान्य IVF है। बचता है Option C — माइटोकॉन्ड्रियल रोग रोकना। Nuclear DNA माँ-बाप का रहता है, केवल mitochondria donor का।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न2020
In the context of recent advances in human reproductive technology, "Pronuclear Transfer" is used for
मानव प्रजनन तकनीक में हाल की प्रगति के संदर्भ में, 'प्रोन्यूक्लियर ट्रांसफर' (Pronuclear Transfer) का उपयोग किसके लिए किया जाता है?
  1. genetic modification of sperm producing cells
  2. development of stem cells into functional embryos
  3. prevention of mitochondrial diseases in offspring
  4. fertilization of egg in vitro by the donor sperm
  1. शुक्राणु उत्पन्न करने वाली कोशिकाओं के आनुवंशिक संशोधन के लिए
  2. स्टेम सेल्स को कार्यात्मक भ्रूण में विकसित करने के लिए
  3. संतान में माइटोकॉन्ड्रियल बीमारियों को रोकने के लिए
  4. दाता शुक्राणु द्वारा अंडे को इन विट्रो (in vitro) निषेचित करने के लिए
Solutionसमाधान
Pronuclear transfer is a mitochondrial replacement technique used to prevent the transmission of mitochondrial DNA diseases from mother to offspring.

क्यों यह प्रश्न: International protocols में CBD और उसके supplementary agreements UPSC का favourite area है। Cartagena को Ramsar या UNFCCC से जोड़ना सबसे common trap है।

समाधान का रास्ता: CBD = biological diversity की मूल treaty। Cartagena = LMOs की safety के लिए उसी का extension। Stockholm = POPs (Persistent Organic Pollutants) से जुड़ा — CBD से कोई संबंध नहीं। Ramsar = wetlands। UNFCCC = climate। एक बार parent-child relationship clear हो जाए, यह 10 सेकंड का प्रश्न है।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न
The Cartagena Protocol on Biosafety is a supplementary agreement to which international convention?
Cartagena Protocol on Biosafety किस अंतरराष्ट्रीय समझौते का एक पूरक करार (supplementary agreement) है?
  1. Convention on International Trade in Endangered Species (CITES)
  2. Convention on Biological Diversity (CBD)
  3. Ramsar Convention on Wetlands
  4. United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)
  1. Convention on International Trade in Endangered Species (CITES)
  2. Convention on Biological Diversity (CBD)
  3. Ramsar Convention on Wetlands
  4. United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)
Solutionसमाधान
The Cartagena Protocol on Biosafety is an international agreement that was adopted in 2000 as a supplementary agreement to the Convention on Biological Diversity. It seeks to protect biological diversity from the potential risks posed by living modified organisms (LMOs) resulting from modern biotechnology.
कार्टाजेना प्रोटोकॉल ऑन बायोसेफ्टी वर्ष 2000 में जैव विविधता पर कन्वेंशन (CBD) के पूरक समझौते के रूप में अपनाया गया था। यह आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी से उत्पन्न जीवित संशोधित जीवों (LMOs) द्वारा जैव विविधता को होने वाले संभावित खतरों से सुरक्षा प्रदान करता है।

क्यों यह प्रश्न: Bt फसलों का नामकरण और जीवाणु का नाम UPSC ने direct factual question के रूप में पूछा। Options में similar-sounding names होते हैं — ध्यान से पढ़ना ज़रूरी।

समाधान का रास्ता: Option A (Brevibacillus thermoruber) — thermophilic bacterium, Bt से कोई संबंध नहीं। Option B (Bacillus thermophilus) — heat-loving bacterium, यह भी गलत। Option C (Baculovirus thuringiensis) — यह virus है, bacterium नहीं, जानबूझकर mislead करने वाला option। Option D (Bacillus thuringiensis) — soil bacterium, cry जीन का असली स्रोत।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न
The 'Bt' in Bt cotton refers to a gene derived from which organism?
Bt कपास में 'Bt' किस जीव से लिए गए जीन को दर्शाता है?
  1. Brevibacillus thermoruber
  2. Bacillus thermophilus
  3. Baculovirus thuringiensis
  4. Bacillus thuringiensis
  1. Brevibacillus thermoruber
  2. Bacillus thermophilus
  3. Baculovirus thuringiensis
  4. Bacillus thuringiensis
Solutionसमाधान
Bt cotton is a genetically modified crop that contains the cry gene from the soil bacterium Bacillus thuringiensis. This gene produces Cry proteins (delta-endotoxins) that are toxic to certain insect pests, particularly the bollworm, thereby reducing the need for chemical pesticides.
बीटी कपास एक आनुवंशिक रूप से संशोधित फसल है जिसमें मिट्टी के जीवाणु बैसिलस थुरिन्जिएन्सिस का cry जीन होता है। यह जीन Cry प्रोटीन उत्पन्न करता है जो बॉलवर्म जैसे कीट पीड़कों के लिए विषाक्त होता है, जिससे रासायनिक कीटनाशकों की आवश्यकता कम हो जाती है।

क्यों यह प्रश्न: CRISPR पर statement-based प्रश्न DBT के guidelines के साथ मिलाकर पूछा गया — यह तकनीक + नीति का combination है जो UPSC को पसंद है।

समाधान का रास्ता: Statement 1 — CRISPR बैक्टीरिया की immune system से विकसित हुआ, यह सही है। Statement 2 — "केवल हटाने के लिए" — यह गलत है, CRISPR insertion और substitution भी करता है। Statement 3 — DBT के 2022 के मसौदा दिशानिर्देश — यह सही है। तो 1 और 3 सही, यानी option A।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न
Consider the following statements about CRISPR-Cas9 technology: 1. It is a gene-editing tool originally derived from a bacterial immune defence mechanism. 2. It can only be used to delete genes and cannot be used to insert new genes. 3. India's Department of Biotechnology has issued guidelines for regulated use of genome editing in agriculture. Which of the above statements is/are correct?
CRISPR-Cas9 तकनीक के बारे में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. यह एक जीन-एडिटिंग टूल है जो मूल रूप से बैक्टीरिया की प्रतिरक्षा रक्षा प्रणाली से विकसित किया गया है। 2. इसका उपयोग केवल जीन को हटाने के लिए किया जा सकता है और नए जीन डालने के लिए इसका उपयोग नहीं किया जा सकता। 3. भारत के Department of Biotechnology ने कृषि में जीनोम एडिटिंग के नियमित उपयोग के लिए दिशा-निर्देश जारी किए हैं। उपरोक्त में से कौन सा/से कथन सही है/हैं?
  1. 1 and 3 only
  2. 1 only
  3. 2 and 3 only
  4. 1, 2 and 3
  1. केवल 1 और 3
  2. केवल 1
  3. केवल 2 और 3
  4. 1, 2 और 3
Solutionसमाधान
CRISPR-Cas9 is derived from the adaptive immune system of bacteria like Streptococcus pyogenes, making Statement 1 correct. Statement 2 is incorrect because CRISPR-Cas9 can perform gene insertion, deletion, and modification. India's DBT released draft guidelines in 2022 for genome-edited organisms in agriculture, making Statement 3 correct.
CRISPR-Cas9 बैक्टीरिया स्ट्रेप्टोकोकस पाइोजेन्स की अनुकूली प्रतिरक्षा प्रणाली से व्युत्पन्न है, जिससे कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है क्योंकि CRISPR-Cas9 जीन सम्मिलन, विलोपन और संशोधन तीनों कर सकता है। भारत के DBT ने 2022 में कृषि में जीनोम-संपादित जीवों के लिए मसौदा दिशानिर्देश जारी किए, जिससे कथन 3 सही है।

क्यों यह प्रश्न: GEAC बनाम RCGM distinction UPSC ने direct phrasing के साथ पूछा — "पर्यावरण में release और व्यावसायिक खेती।" यह clearly GEAC का काम है।

समाधान का रास्ता: NBA (National Biodiversity Authority) = ABS और biodiversity conservation, GMO approval नहीं। CPCB = pollution control। RCGM = केवल confined research। GEAC = पर्यावरण मंत्रालय के अधीन, release + commercial approval।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न
India's regulatory body responsible for the approval of transgenic crops for environmental release and commercial cultivation is:
पर्यावरण में रिलीज और व्यावसायिक खेती के लिए ट्रांसजेनिक फसलों की मंजूरी देने वाली भारत की नियामक संस्था कौन सी है?
  1. Central Pollution Control Board (CPCB)
  2. Genetic Engineering Appraisal Committee (GEAC)
  3. National Biodiversity Authority (NBA)
  4. Review Committee on Genetic Manipulation (RCGM)
  1. Central Pollution Control Board (CPCB)
  2. Genetic Engineering Appraisal Committee (GEAC)
  3. National Biodiversity Authority (NBA)
  4. Review Committee on Genetic Manipulation (RCGM)
Solutionसमाधान
The Genetic Engineering Appraisal Committee (GEAC) functions under the Ministry of Environment, Forest and Climate Change (MoEFCC) and is the apex body for the approval of genetically modified organisms for environmental release and large-scale field trials. The RCGM under DBT handles contained research, not environmental release.
जेनेटिक इंजीनियरिंग अप्रेजल कमेटी (GEAC) पर्यावरण, वन और जलवायु परिवर्तन मंत्रालय के अधीन कार्य करती है और यह आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों को पर्यावरणीय रिलीज के लिए अनुमोदन देने वाली शीर्ष संस्था है। DBT के अंतर्गत RCGM नियंत्रित अनुसंधान को संभालती है, पर्यावरणीय रिलीज को नहीं।

क्यों यह प्रश्न: जीन थेरेपी और जीनोम संपादन के बीच technical distinction Mains में analytical writing के लिए भी उपयोगी है।

समाधान का रास्ता: Option A — दोनों को अलग-अलग disease categories तक सीमित करता है, यह गलत है — दोनों तकनीकें कई बीमारियों पर लागू होती हैं। Option B — "जीनोम editing हमेशा germline" — यह गलत है, अधिकांश approved applications somatic हैं। Option D — जीन थेरेपी "जीन हटाती है" — गलत, यह जोड़ती है। Option C — जीन थेरेपी additive (copy डालना), जीनोम editing precise modification — यही सही distinction है।

Previous Year Questionपिछले वर्ष का प्रश्न
Which of the following statements correctly distinguishes between 'gene therapy' and 'genome editing' as medical interventions?
निम्नलिखित में से कौन सा कथन चिकित्सीय हस्तक्षेप के रूप में 'जीन थेरेपी' और 'जीनोम एडिटिंग' के बीच सही अंतर बताता है?
  1. Gene therapy is used exclusively for hereditary diseases, whereas genome editing is applied only to infectious diseases caused by pathogens.
  2. Genome editing is always performed on germline cells to ensure the changes are passed to subsequent generations, while gene therapy is limited to somatic cells.
  3. Gene therapy typically introduces a functional copy of a gene without altering the existing genome, whereas genome editing uses tools like CRISPR-Cas9 to make precise alterations to the existing DNA sequence.
  4. Gene therapy uses viral vectors to permanently delete defective genes from the genome, while genome editing introduces new genes without disrupting the existing sequence.
  1. जीन थेरेपी केवल वंशानुगत रोगों के लिए उपयोग होती है, जबकि जीनोम एडिटिंग केवल रोगजनकों से होने वाले संक्रामक रोगों पर लागू होती है।
  2. जीनोम एडिटिंग हमेशा जर्मलाइन कोशिकाओं पर की जाती है ताकि परिवर्तन अगली पीढ़ियों तक पहुंचें, जबकि जीन थेरेपी केवल दैहिक कोशिकाओं तक सीमित है।
  3. जीन थेरेपी आमतौर पर मौजूदा जीनोम को बदले बिना एक कार्यात्मक जीन की प्रति डालती है, जबकि जीनोम एडिटिंग CRISPR-Cas9 जैसे उपकरणों से मौजूदा DNA अनुक्रम में सटीक परिवर्तन करती है।
  4. जीन थेरेपी जीनोम से दोषपूर्ण जीनों को स्थायी रूप से हटाने के लिए वायरल वेक्टर का उपयोग करती है, जबकि जीनोम एडिटिंग मौजूदा अनुक्रम को बाधित किए बिना नए जीन डालती है।
Solutionसमाधान
Gene therapy generally works by delivering a functional gene copy (often via viral vectors) to compensate for a defective gene, without necessarily modifying the existing sequence. Genome editing (CRISPR, TALEN, ZFN) makes targeted modifications to the existing DNA. Genome editing is NOT always germline — most approved clinical applications are somatic. Gene therapy does not delete genes; it augments gene function. Thus only the correct answer accurately describes both.
जीन थेरेपी आमतौर पर दोषपूर्ण जीन की भरपाई के लिए वायरल वेक्टर के माध्यम से एक कार्यात्मक जीन प्रति देती है, मौजूदा अनुक्रम को जरूरी नहीं बदलती। जीनोम एडिटिंग (CRISPR, TALEN, ZFN) मौजूदा DNA में लक्षित संशोधन करती है। जीनोम एडिटिंग हमेशा जर्मलाइन नहीं होती — अधिकांश स्वीकृत नैदानिक अनुप्रयोग दैहिक हैं। जीन थेरेपी जीन नहीं हटाती; यह जीन कार्य को बढ़ाती है। इसलिए केवल सही उत्तर ही दोनों का सटीक वर्णन करता है।

आम गलतियाँ


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