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발암물질

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목차

1. 개요

발암물질은 암을 유발하는 물질을 총칭하며, 발암 기전은 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐 발생한다. 발암은 화학적 발암의 '개시'와 '발암 촉진' 단계를 거치는 다단계 발암설이 제시되었으며, 만성 염증 반응이 암화를 유도하기도 한다. 발암물질은 작용 기전, 화학적 특성, 노출 경로 등에 따라 분류되며, IARC, GHS, NTP, ACGIH, EU 등 다양한 기관에서 발암물질을 분류하고 있다. 주요 발암물질로는 방사선, 조리된 음식, 담배, 알코올, 직업적 발암물질, 생물학적 요인 등이 있으며, 교대 근무 또한 발암성을 가질 수 있다. 한국인에게 흔히 발생하는 위암, 폐암, 대장암, 유방암 등과 관련된 발암물질 및 요인들이 존재한다.

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발암물질
발암 물질 정보
담배
일반적인 발암 물질; 시계 방향으로 위쪽 왼쪽부터: 흡연, 알코올, 석면, 자외선 방사선
정의암을 유발할 수 있는 물질, 방사성 핵종 또는 방사선.
설명발암 과정에 직접적으로 관여하는 물질 또는 방사선. 일반적으로 중합체 자체는 발암 물질로 알려져 있지 않지만, 남아있는 단량체나 첨가물은 유전자 변형을 일으킬 수 있다.
발암 과정
메커니즘발암 물질은 DNA 손상을 유발하여 암을 일으킬 수 있다.
유전적 영향유전자를 변형시켜 암세포를 유발한다.
주요 발암 물질 종류
화학 물질담배 연기
알코올
석면
가공육
방사선자외선
라돈
기타특정 바이러스
오염된 공기
일부 식품
발암 물질 확인 방법
IARC국제암연구소 (IARC)는 발암 물질을 식별하고 분류한다.
추가 정보
관련 질병다양한 종류의 암을 유발할 수 있다.
관련 요인노출 정도, 기간, 개인의 유전적 요인 및 건강 상태에 따라 암 발병 위험이 달라질 수 있다.

2. 발암 기전

발암은 단일 단계로 이루어지는 것이 아니라, 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐 발생한다. 1915년, 일본의 병리학자 야마기와 가쓰사부로(山極勝三郎)와 이치카와 고이치(市川厚一)는 콜타르를 이용한 실험에서 발암 과정을 처음으로 증명했다.[57]

발암물질은 유전독성 또는 비유전독성으로 분류될 수 있다. 유전독성 물질은 DNA에 결합하여 비가역적인 유전적 손상 또는 돌연변이를 일으킨다. 유전독성 물질에는 N-니트로소-N-메틸우레아(NMU)와 같은 화학적 물질이나 자외선 및 이온화 방사선과 같은 비화학적 물질이 포함된다. 특정 바이러스도 DNA와 상호 작용하여 발암물질로 작용할 수 있다. 비유전독성 물질은 DNA에 직접 영향을 미치지는 않지만, 다른 방식으로 성장을 촉진한다. 여기에는 호르몬과 일부 유기 화합물이 포함된다.[35]

종합환경대책보상 및 부담법(CERCLA)은 방사성 핵종들이 발암 물질이라고 정의하였다. 방사선의 발암성은 방사선의 종류, 노출 또는 투과되는 정도에 따라 달라진다. 예를 들어 알파입자는 낮은 투과성을 보이며 체외에 존재할 경우 위험하지 않다. 그러나 흡입하거나 섭취하였을 경우에는 위험하다.

전자기 방사선의 모든 종류가 발암성을 가지지는 않는다. 전자기 스펙트럼에서 낮은 에너지 파장인 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선은 발암성이 없다. 높은 에너지 파장인 자외선, X선, 감마선은 일정량 이상을 쬐면 암을 일으킬 수 있다.

높은 선량의 전리방사선은 선량에 비례해 암을 발생시키지만, 낮은 선량에 대해서는 4가지 모형이 대립한다. 저선량이 더 위해하다는 supralinear 모형, 저선량이라도 방사선의 선량에 비례해 위해성이 증가한다는 문턱없는 선형(Linear no-threshold: LNT)모형, 저선량에서는 위해성이 없다는 문턱값 있는 비선형 모형, 저선량에서는 오히려 이롭다는 호메시스모형 등이다. 다수의 과학자(약 70%)는 문턱값있는 비선형 모형을 지지하고 있으며, 소수(약 10%)만이 문턱없는 선형 모형을 지지하고 있다. Supralinear모형 혹은 호메시스 모형을 지지하는 과학자도 약 10%정도 된다.[63] 과거에는 낮은 선량의 전리 방사선에 의해 손상된 DNA는 회복할 수 없다고 알고 있었으나,[64][65][66] 최신 연구에 따르면 전리방사선에 의해 손상된 DNA가 복구된다.[67]

2. 1. 화학적 발암의 단계

화학적 발암은 여러 단계로 이루어진다는 '화학적 발암 이단계 가설'이 제안되었다.

  • '''개시(Initiation)''': 발암 개시제(발암 이니시에이터)에 의해 DNA에 비가역적인 손상이 일어나는 단계이다. 발암 개시제는 유전자에 직접 손상을 준다.
  • '''촉진(Promotion)''': 발암 촉진제(발암 프로모터)에 의해 손상된 세포의 증식이 촉진되는 단계이다. 발암 촉진제는 단독으로는 발암성이 없지만, 개시제의 작용을 증폭시킨다.
  • '''진행(Progression)''': 1980년대 이후 분자생물학의 발전에 따라, 세포의 악성 변화가 계속되어 종양이 형성되고, 전이 능력을 획득하는 단계임이 밝혀졌다.


이러한 단계를 거쳐 여러 유전자의 순차적 변화가 필요하다는 다단계 발암설이 현재는 제안되고 있다.[59]

2. 2. 다단계 발암설

현대 분자생물학의 발전에 따라, 발암은 여러 유전자의 순차적인 변화가 필요한 다단계 과정이라는 것이 밝혀졌다. 암 유전자와 암 억제 유전자의 발현 및 기능 이상이 발암에 중요한 역할을 한다.[59]

19세기에는 기생충 발암설과 암 자극설이 대립했으나, 1915년 일본의 야마기와 가쓰사부로(山極勝三郎)와 이치카와 고이치(市川厚一)가 토끼를 이용한 실험에서 콜타르를 자극물로 사용하여 실험적으로 암을 발생시키는 데 성공했다.[57]

이후 연구를 통해 화학적 발암은 '개시(initiation)'와 '발암 촉진(promotion)'의 여러 단계로 이루어진다는 ‘화학적 발암 이단계 가설’이 제안되었다. 발암 개시제는 유전자에 손상을 주고, 발암 촉진제는 단독으로는 발암성이 없지만 개시제의 작용을 촉진한다.

1980년대 이후 분자생물학의 발전으로, 발암에는 여러 유전자의 순차적 변화가 필요하다는 다단계 발암설이 제안되었다. 발암 물질은 DNA를 손상시키고, 암 유전자와 암 억제 유전자는 발현이나 유전자 번역 산물을 통해 발암에 관여한다. 세포 내 DNA 복구나 세포 면역에 의한 암 제거 등 복잡한 과정이 존재하여, 발암성을 정량적으로 측정하기는 어렵다.[59]

만성 간염이나 석면, 담배 흡연에 의한 폐암 발병과 같이 장기간의 염증 반응은 암화를 촉진한다. 세포 증식 활성화와 항세포자살 작용을 통해 DNA 복제 오류 및 돌연변이를 유발하고, p53 단백질의 작용을 상쇄하여 발암을 유도한다.[59]

2. 3. 염증과 발암

만성 염증은 세포 증식을 활성화하고, TNF-α 및 NF-κB를 통해 항세포자살(아포토시스) 작용을 유발하여 발암을 촉진할 수 있다.[59] 세포 증식이 활성화되면 DNA 복제 과정에서 오류가 발생하기 쉬워지고, 외부 요인에 의한 돌연변이 발생 가능성이 높아진다. 일반적으로 이러한 돌연변이는 p53 단백질 등에 의해 복구되지만, 항세포자살 작용으로 인해 p53의 기능이 억제되면 DNA 복구가 제대로 이루어지지 않아 발암이 유도될 수 있다.[59]

만성 간염으로 인한 암 발생이나, DNA 손상에 기인하지 않는 발암 기전은 모두 장기간의 염증 반응이 암을 유발하는 것으로 알려져 있다. 석면 흡입이나 흡연으로 인한 폐암 발병은 석면이나 담배에 포함된 미세한 아철이 폐에 들어가 페리틴이라는 단백질을 형성하고, 이 단백질이 대기 중의 방사성 물질인 라듐을 모아 축적시켜 강력한 내부 피폭을 일으키는 것이 원인이라는 연구 결과도 있다.[58]

3. 발암물질의 분류

국제 암 연구 기관(IARC)은 세계 보건 기구(WHO)와 국제 연합(UN)의 부속기관으로 1965년에 설립되었다.[80] IARC는 발암물질 여부가 문제되는 물질에 대해 다음과 같이 분류하여 발표한다.[81]

여러 분류 체계 간 대략적인 상응 관계
IARCGHSNTPACGIHEU
1군1A등급알려진A11A등급
2A군1B등급추정되는A21B등급
2B군
3군2등급rowspan="4" |A32등급
4군A4


  • 1군 (Group 1): 사람에게 확실히 암을 일으키는 물질.
  • 2A군 (Group 2A): 사람에게 암을 일으킬 개연성이 있는 물질.
  • 2B군 (Group 2B): 사람에게 암을 일으킬 가능성이 있는 물질.
  • 3군 (Group 3): 사람에게 암을 일으키는 것으로 분류되지 않은 물질.
  • 4군 (Group 4): 사람에게 암을 일으키지 않는 물질 (현재 해당 물질 없음).

3. 1. 국제암연구기관(IARC) 분류

국제 암 연구 기관(IARC)은 세계 보건 기구(WHO) 산하 기관으로, 1965년에 설립되었다.[80] IARC는 발암물질의 인체 발암성에 대한 증거를 기반으로 다음과 같이 분류한다.[81]

  • 1군: 사람에게 확실히 암을 일으키는 물질이다.
  • 2A군: 사람에게 암을 일으킬 개연성이 있는 물질이다.
  • 2B군: 사람에게 암을 일으킬 가능성이 있는 물질이다.
  • 3군: 사람에게 암을 일으키는 것으로 분류되지 않은 물질이다.
  • 4군: 사람에게 암을 일으키지 않는 물질이다. (현재 해당 물질 없음)


IARC, GHS, NTP, ACGIH, EU의 분류 체계 비교[36][37][38][39][40]
IARCGHSNTPACGIHEU
1군1A등급알려진A11A등급
2A군1B등급추정되는A21B등급
2B군
3군2등급rowspan="4" |A32등급
4군A4


3. 2. 기타 분류 체계

화학물질 분류 및 표시에 관한 세계적으로 조화된 시스템(GHS)은 전 세계적으로 현재 존재하는 (2009년 3월 기준) 화학적 위험 평가 시스템을 조화시키려는 국제연합의 주도로 이루어진 이니셔티브이다. 이 시스템은 발암물질을 두 가지 범주로 분류하며, 첫 번째 범주는 관련 규제 당국의 필요에 따라 다시 하위 범주로 나눌 수 있다.

  • 범주 1: 인체에 발암 가능성이 있는 것으로 알려져 있거나 추정되는 물질
  • * 범주 1A: 주로 인체에 대한 증거를 기반으로 평가됨
  • * 범주 1B: 주로 동물에 대한 증거를 기반으로 평가됨
  • 범주 2: 인체 발암 가능성이 의심되는 물질

4. 주요 발암물질

플루토늄-238, 플루토늄-239 및 기타 알파 입자
고원자량 방출체골암 (골추적제임), 간암핵연료 처리 등

4. 1. 방사선

CERCLA는 모든 방사성핵종을 발암물질로 규정한다. 방사선의 발암성은 방사선의 종류, 노출 유형 및 투과력에 따라 달라진다.[11][12][13] 예를 들어, 알파선은 투과력이 낮아 체외에서는 위험하지 않지만, 알파선 방출 물질을 흡입하거나 섭취하면 발암성을 띤다. 과거 X선 진단에서 조영제로 사용되었던 토로트라스트는 여러 장기에 남아 지속적으로 알파 입자를 방출하기 때문에 강력한 인체 발암물질로 알려져 있다.[11] 저선량의 이온화 방사선은 DNA 손상을 유발하여 조기 노화 및 암으로 이어질 수 있다.[11][12][13]

전자기 스펙트럼의 저에너지파, 즉 전파, 마이크로파, 적외선 및 가시광선은 화학 결합을 끊을 만큼 충분한 에너지가 없기 때문에 발암성이 없는 것으로 여겨진다. 비전리 방사선의 발암 효과에 대한 증거는 일반적으로 결정적이지 않지만, 장기간 고농도에 노출된 일부 레이더 기술자들에게서 암 발생률이 상당히 높은 경우가 문서화되어 있다.[14]

자외선( 태양광에 존재)을 포함한 고에너지 방사선은 충분한 양을 받으면 일반적으로 발암성이 있다. 대부분의 사람들에게 태양광의 자외선은 피부암의 가장 흔한 원인이다. 밝은 피부를 가진 사람들이 강한 햇빛에 자주 노출되는 호주에서는 흑색종이 15~44세 인구에서 가장 흔하게 진단되는 암이다.[15][16]

전자 또는 전자기 방사선(마이크로파, X선 또는 감마선 등)으로 조사된 물질이나 식품은 발암성이 없다.[17] 반대로, 원자로 내부에서 생성되는 비전자기적 중성자 방사선은 핵 변환을 통해 2차 방사선을 생성할 수 있다.

4. 2. 조리된 음식

고온에서 조리된 음식은 담배에서 발견되는 벤조피렌과 같은 발암 물질을 포함하고 있다.[68] 숯불구이는 담배가 생산하는 것과 유사한 발암 물질을 만들어낸다. 뜨거운 팬에서 고기를 굽기 전에 전자레인지로 2~3분 미리 조리하면 헤테로사이클릭 아민(HCA) 전구체를 제거할 수 있어 발암 물질 형성을 최소화할 수 있다.[69]

구이나 바비큐처럼 고온에서 음식을 조리하는 것은 담배 연기에서 발견되는 것과 비슷한 벤조(a)피렌 등의 발암물질을 미량 생성할 수 있다.[21] 음식의 탄화는 코크스화 및 담배 열분해와 유사하며 발암물질을 생성한다. 다환 방향족 탄화수소와 같이 여러 발암성 열분해 생성물이 있으며, 이는 인체 효소에 의해 에폭사이드로 전환되어 DNA에 영구적으로 부착된다. 고기를 굽기 전에 전자레인지에 2~3분간 미리 조리하면 뜨거운 팬에 닿는 시간을 줄이고 헤테로사이클릭 아민(HCA) 전구체가 제거되어 이러한 발암물질 생성을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.[22]

식품 표준청(Food Standard Agency)은 동물성 발암물질로 알려진 아크릴아마이드가 탄화수소음식을 튀기거나 과하게 열을 가할 때 생성된다고 보고하였다.[70] 미국 FDA와 유럽에서는 이것의 잠재적인 위험을 계속해서 연구중에 있다. 특히 전분이 많은 식품을 고온에서 튀기거나 구우면 토스트된 껍질이 형성되면서 아크릴아마이드가 생성된다. 2002년 이 발견은 국제적인 건강 문제로 이어졌다. 그러나 그 후의 연구에 따르면, 탄 음식이나 잘 익힌 음식에 들어 있는 아크릴아마이드가 사람에게 암을 유발할 가능성은 낮은 것으로 나타났다. 영국 암 연구소(Cancer Research UK)는 탄 음식이 암을 유발한다는 생각을 "근거 없는 속설"로 분류한다.[23]

발암전구물질(procarcinogen)은 발암 물질의 전구체이다. 아질산염은 한 예로 음식으로 섭취된다. 이것 자체로는 발암물질이 아니지만 체내에서 발암물질인 니트로사민(nitrosamine)으로 바뀌게 된다.[82] 가공 및 훈제육 제품(일부 베이컨, 소시지, 햄 브랜드 등)에 사용되는 화학물질은 발암물질을 생성할 수 있다.[19] 예를 들어, 베이컨과 같은 훈제육의 방부제로 사용되는 아질산염은 대장암과의 인구통계적 연관성이(원인 관계는 아님) 확인되었으며, 발암성을 갖는 것으로도 알려져 있다.[20]

4. 3. 담배

담배 연기에는 벤조피렌, 니트로사민 등 70가지 이상의 발암물질이 포함되어 있으며, 폐암, 구강암, 식도암, 위암, 췌장암 등 다양한 암의 주요 원인이다.[25][26][27] 간접흡연 또한 폐암을 유발할 수 있다.[43]

담배 연기에는 5,300가지 이상의 확인된 화학 물질이 복합적으로 섞여 있다.[44] 담배 연기에서 가장 중요한 종양 발생 화합물은 중요도 순으로 아크롤레인, 포름알데히드, 아크릴로니트릴, 1,3-부타디엔, 카드뮴, 아세트알데히드, 에틸렌 옥사이드, 이소프렌이다. 이러한 화합물은 DNA 부가체를 형성하거나 DNA의 다른 변화를 유도하여 DNA 손상을 일으킨다. DNA 손상은 오류가 발생하기 쉬운 DNA 복구의 대상이 되거나 복제 오류를 일으킬 수 있다. 이러한 오류는 종양 억제 유전자 또는 암 유전자의 돌연변이를 초래하여 암을 유발할 수 있다.

4. 4. 알코올

알코올은 두경부암, 식도암, 간암, 대장암, 유방암의 발암 물질이다.[18] 알코올은 흡연과 함께 섭취하면 두경부암 발생 위험을 더욱 높인다.

알코올 섭취는 유방암 위험 증가와도 관련이 있다.[50] 유방암 위험 증가는 지속적으로 높은 에스트로겐 혈중 농도와 관련이 있는데,[45] 에스트로겐은 다음 세 가지 과정을 통해 유방암 발생에 기여하는 것으로 보인다.

1. 에스트로겐의 대사를 통해 유전독성이 있는 돌연변이원성 발암물질인 4-하이드록시에스트론이 생성된다.

2. 조직 성장이 자극된다.

3. 활성산소(ROS)를 대사하는 2상 해독 효소의 억제를 통해 산화적 DNA 손상이 증가한다. [46][47][48]

인간의 주요 에스트로겐인 에스트라디올은 DNA와 부가물을 형성하는 퀴논 유도체로 대사될 수 있다.[49] 이러한 유도체는 DNA 인산이중결합 골격에서 염기를 제거하는 탈퓨린화를 일으킬 수 있으며, 이후 부정확한 apurinic 부위의 복구 또는 복제가 일어나 돌연변이를 일으켜 결국 암으로 이어진다. 이러한 유전독성 기전은 에스트로겐 수용체 매개 지속적인 세포 증식과 상승적으로 작용하여 궁극적으로 유방암을 유발할 수 있다.[49]

4. 5. 직업적 발암물질

특정 직업군은 특정 발암물질에 노출될 위험이 높다. 일반적인 생활에서는 거의 접하지 않는 화학물질에 근로자들이 지속적이고, 종종 고농도로 노출될 가능성이 높기 때문에, 특정 물질의 발암성에 대한 증거 상당수는 근로자 연구에서 나온다.[10]

발암물질관련 암 부위 또는 유형직업적 사용 또는 원인
비소 및 그 화합물
석면
벤젠
베릴륨 및 그 화합물[28]
카드뮴 및 그 화합물[29]
6가 크롬(VI) 화합물
디젤배기가스
니트로사민류[30]
에틸렌 옥사이드
니켈
라돈 및 그 붕괴 생성물
염화비닐
서카디안 리듬 교란을 수반하는 교대 근무[31]
간접 흡연(간접흡연)[32]
라듐-226, 라듐-224,
플루토늄-238, 플루토늄-239[33]
및 기타 알파 입자
고원자량 방출체
달리 명시되지 않는 한, 참고 문헌은:[34]


4. 6. 생물학적 요인

아플라톡신 B₁은 곰팡이 ''아스페르길루스 플라부스''가 생성하는 독소로, 간세포암의 원인으로 알려져 있다.[24] H. Pylori는 위암과 MALT 림프종을 유발하는 것으로 알려져 있다.[24] B형 간염과 C형 간염은 간세포암 발생과 관련이 있으며, HPV는 자궁경부암의 주요 원인이다.

''헬리코박터 파일로리'' 감염은 위암의 주요 원인균이다. ''헬리코박터 파일로리''에 의한 만성 위염(염증)은 치료하지 않으면 오랫동안 지속되는 경우가 많다. ''헬리코박터 파일로리''의 위 상피세포 감염은 활성산소(ROS) 생성을 증가시킨다.[54][55] 활성산소는 8-하이드록시데옥시구아노신(8-OHdG)을 포함한 산화적 DNA 손상을 일으키는데, 만성 위염에서는 활성산소에 의한 8-OHdG가 증가한다. 변형된 DNA 염기는 DNA 복제 과정에서 돌연변이를 유발할 수 있다. 따라서 ''헬리코박터 파일로리''에 의해 유발된 활성산소는 발암 돌연변이를 유발하는 산화적 DNA 손상을 일으키기 때문에 위암의 주요 발암 물질로 여겨진다.

4. 7. 기타 발암물질

4. 8. 교대 근무

세계 보건 기구는 "교대근무의 생물학적 주기 방해"가 발암성을 가질 수 있다고 보고하였다.[71] 다수의 연구에서 밤 교대근무와 유방암과의 연관성이 보고되었다.[72][73][74][75][76][77] 빛 노출로 인해 밤 동안 생성되어야 할 호르몬인 멜라토닌 생산이 억제되면 세포 면역 감시 기능이 저하되어 암 발생을 유도할 수 있다. 멜라토닌은 항산화작용을 하므로 멜라토닌이 생성되지 않으면 암 발생 확률이 높아진다.[78]

참조

[1] 웹사이트 Carcinogen https://www.genome.g[...] 2024-04-16
[2] 웹사이트 Carcinogenesis https://hemonc.mhmed[...] 2024-04-16
[3] 논문 Carcinogens and DNA damage 2018-10-01
[4] 논문 Carcinogens and DNA damage https://portlandpres[...] 2018-01-01
[5] 서적 Current Diagnosis and Treatment Occupational and Environmental Medicine McGraw Hill Lange
[6] 웹사이트 Home https://monographs.i[...]
[7] 웹사이트 Determining if Something Is a Carcinogen https://www.cancer.o[...]
[8] 웹사이트 Radon in the Home https://www.cdc.gov/[...] 2023-12-21
[9] 웹사이트 Processed meat and cancer: What you need to know https://www.mdanders[...]
[10] 논문 Identifying occupational carcinogens: an update from the IARC Monographs 2018-08-01
[11] 학회발표 The effect of ionizing radiation on the formation of age-correlated oligo deoxyribo nucleo phospheryl peptides in mammalian cells. 1975-01-01
[12] 학회발표 Implications of The Action of Low-Level Ionizing Radiation on the Inducement of Irreparable DNA Damage Leading to Mammalian Aging and Chemical Carcinogenesis. 1976-07-01
[13] 학회발표 Irreparable DNA-Damage by Industrial Pollutants in Pre-mature Aging, Chemical Carcinogenesis, and Cardiac Hypertrophy: Experiments and Theory 1977-04-01
[14] 논문 Cancer in radar technicians exposed to radiofrequency/microwave radiation: sentinel episodes
[15] 웹사이트 Skin Cancer Facts and Figures http://www.cancer.or[...]
[16] 웹사이트 Skin-tone gene could predict cancer risk https://www.newscien[...]
[17] 웹사이트 Food Irradiation: What You Need to Know https://www.fda.gov/[...] 2020-04-20
[18] 웹사이트 Alcohol Use and Cancer https://www.cancer.o[...]
[19] 뉴스 Processed meats do cause cancer - WHO https://www.bbc.co.u[...] 2015-10-26
[20] 논문 Formation and occurrence of nitrosamines in food 1983-05-01
[21] 논문 Well-done meat intake and the risk of breast cancer 1998-11-01
[22] 웹사이트 National Cancer Institute, 2004 analysis and recommendations http://www.cancer.go[...] Cancer.gov 2004-09-15
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