生物监督是生物要挟预警中的关头症结。胜利的生物监督将能对潜伏的生物要挟做出精确的提早预判，对做出实时有用的应付决议计划相当主要。本文拟对美国生物监督方案的成长进程做一周全而深切的探讨。作品梳理了自生物监督方案驱动今后，从第1、二代到第三代体例，再到生物探测手艺晋升方案，直至21世纪生物探测方案（Bioformal Detection for the 21st Century，BD21）这一成长过程当中不停转型、进级的缘由，深切比力了各代方案的好坏势，具体剖析了当下BD21扶植面对的应战，并对其将来大概的成长远景有所预判。作品以为，该方案在成长过程当中虽然历经曲折，且以后仍然存留诸多不克不及干的地方，但是动作现今全球最早进的生物预警手腕，在生物危急大概性日趋加大的期间布景下仍然拥有极高的代价。也正由于如斯，美国当局从头至尾对其持果断撑持立场，其成长远景比较悲观。鉴此，我应付该方案的将来停顿连结高度存眷。另外，该方案成长过程当中里面监视的缺乏与内部监视的充实也值得咱们有所鉴戒。

　　2001年9月11日，美国纽约双子塔的砰然坍毁像一记重锤，让二战今后布满自大的美国人感遭到了险些是空前未有的重重一击。在此以后未几的9月18日和10月初，几封装有红色粉末的函件又被划分寄往两位商讨员的家中庸东海岸数个州的新闻媒介办公室。此次事务终究致使22人被确诊传染炭疽杆菌，此中5人死于吸入性炭疽传染，公有43人尝试后果为炭疽传染强阳性，别的另有1万人被以为有大概遭受表露于炭疽杆菌当中的告急。直到2010年2月，美国联邦查询拜访局才终究杀青对这次事务的查询拜访。这两次事务让布什当局和其时的美国人对恐惧攻击布满了恐惊，对因生物手艺前进带来的价钱昂贵、输送自制却又难以发觉的生物兵器进犯更是防不堪防。在“9·11”事务以后的阿富汗战役中，美国也屡次挖掘有基地集体在研产生物兵器。跟着生物学的不停前进，特别是对人类和微生物之间持久“共生”相干的最新认知，促进小布什当局夸大自动反击的“后发制人”计谋、决计晋升对生物进犯的防备。在2002年《抗击大范围杀伤性兵器国度计谋》、2004年《21世纪生物防备》行政令和2004年的《生物盾牌法案》接踵推出的布景下，小布什当局推出了彼此联系关系的三大生物反恐方案，即BioWatch、生物传感方案和生物盾牌方案，划分旨在探测并估计大概的生物告急与要挟，对探测到的消息流给以汇总进而加持久策，和增进生物医学对策如疫苗、药物和养息器材等的开辟。此中，BioWatch是这一系列方案的主要条件根底，对生物要挟的精确而实时的提早预警相当主要。小布什领袖在2003年1月的国情咨文中颁布发表开端摆设该探测体例。

　　BioWatch的目的在于对开释到氛围中的病原体停止探测，并就潜伏的生物恐惧事务向当局和大众卫生部分收回预警。这项方案由情况庇护署、疾控中间、处所***门三大部分配合杀青。此中，情况庇护署卖力采样症结，疾控中间卖力尝试室模范剖析症结，处所***门卖力对剖析获得的强阳性模范挖掘做出反映，特别是当探测到生物恐惧事务时，联邦查询拜访局将在法律应付中担负带领机构。该方案在成立之初由河山平安数的迷信手艺委员会卖力，2007年被转归卫闹事件办公室，2018年反大范围杀伤性兵器办公室建树后，成为该方案新的办理者。固然美国当局鲜相关于该方案详细实质的具体先容，但从各种报导的描写归纳来看，详细的职掌是将气溶胶采样器安置在原本的美国情况庇护署氛围品质监测站停止氛围采样，让氛围经过一种特制的纸质过滤器。这些过滤器每24小时由事情职员手工收集一次，对过滤后的采样氛围停止剖析，使用聚积酶链锁反映手艺来鉴定潜伏的生物兵器进犯。首先该方案中的过滤器需求被送到加州的联邦尝试室停止尝试，以后州与处所的大众卫生尝试室也具有了剖析才能。尝试的潜伏病原体工具包罗炭疽、天花、疫疠和兔热病等。据称，这项方案首先在30多个乡村装备了监督设备，前期将夸大到120个乡村，每座乡村的安装本钱估计为1百万美圆，运转本钱也估计为1百万美圆。

　　一朝实行其妄图初志，该体例的上风极端较着，即实行大范围生物恐惧攻击的早期探测，进而尽大概削减职员丢失。详细而言，美国当局对该体例首要有着下述预期：实行生物攻击或传抱病迸发早期的精确探测，不但尽大概削减假强阳性误报，并且对要挟触及的范围与水平有比较精确的判定，同时增强多方联络与相同，包罗行政部分、大众卫生官员、医护职员、尝试室事情职员和病理学家等。另外，在某种意义上还能辅佐对非沾染性安康题目的监测。但是，该体例以后成长履历也解释，如许的自动监测计划虽契合“后发制人”计谋导向，但因为天然情况华夏本就存留类似度颇高、且有大概产生天然变革的多种无益和无益微生物病原体这一究竟，再在加监督装备数目和安装场合相对于无限，难以实行全民事情、糊口地区的全笼盖，预警缺乏或预警过分成为长期难以绕开的困难。

　　因为生物恐惧要挟，和其余情势的生物要挟，都属于“大概性小结果极为紧张”的要挟范围，是以在响应的防备中常常遭受为难地步：借使倘使参加过大体挟却持久不呈现，必定会遇到置疑；借使倘使参加缺乏则有大概致使没法应付要挟。为实行初期预警、提早应付、最大大概削减伤亡的目的。基于BioWatch自己所拥有的难度，从2003年开端美国当局对该方案停止了屡次改良与进级，使其可以或许更好地满意应付生物要挟的需求。

　　由河山平安数、情况庇护署和疾病防御掌握中间三家配合推出的生物监督体例从2003年起正式参加利用。在其运转早期，尝试装配被安置在20个多数市地域，终究目的是全美80%的生齿栖身地域都将获得笼盖。

　　在第一代生物监督体例运转2年以后，第二代体例被参加利用。颠末此次进级，不但装备的参加规模有所夸大，还加速了检测速率，从采样到杀青发轫检测工夫为10~36个小时。不但如斯，生物监督体例的传感器还被融入一套集情况监测、医学监测手艺和大众卫生反映于一身的杂乱体例当中。经过群众认知消息监测、病症监测、尝试室监测和情况监测手艺与体例间的无机融会，生物恐惧攻击将能获得最有用的防备。

　　在监督体例参加利用5年后，2008年由美国国度迷信院的医学研讨所（Insoscineute of housene）和国度迷信研讨委员会（National Resee Council）集体了来自斯坦福、北卡罗来纳、哈佛、加利福尼亚等多所高校与研讨所的老手构成“国度生物监测体例有用性评价委员会”，对2003年开端参加利用的生物监督体例停止评价。评价挖掘，在2003—2008年时代，生物监督体例共对汇集到的模范停止了几百万次的尝试室剖析与判定。在这几百万次模范剖析与判定中，共呈现过几十次生物监督可步履后果（BioWatch Actionhealthy Respast，BAR），即当剖析后果辨识出该体例针对的5种目的生物要挟介质之有时，尝试室就会将该后果陈述给本地的大众卫生官员，后者随之肯定应付计划。因为在应付相干要挟时需求在散工夫内采纳多项步履，包罗对公众预警、局部步履、医学检测等，是以若呈现误判，对美国如许恶感当局干涉干与私家糊口的国度来讲，将有大概致使公众对大众卫生体例落空信赖。而在上述几十次的“可步履后果”挖掘中，不一次是源于无益生物介质的居心开释。虽然河山平安数以为这些挖掘的工具确属5种目的介质的范围以内，但委员会以为因为其并不是生物恐惧主义攻击的后果，是以仍是该当被归于“假强阳性”挖掘之列。

　　为领会决后期监督体例机能方面的缺乏，包罗开辟出可以或许对生物兵器介质做出更精确判定的尝试与判定手艺，和对大众卫生要挟收回越发实时的提示，在上述委员会开端评价之时，第三代生物监督体例已参加开辟。与第二代体例比拟，第三代体例不但摆设的地域与装配数目大为增添，更关键的是在手艺上有了很大改良，它带来的新的情况传感手艺被称为“盒子里的尝试室”。详细而言，它和第二代体例最大的区分便是，可以或许在现场就对氛围模范停止主动汇集并作出剖析，并在收集模范后4~6小时内将剖析后果经过收集上报。另外，第三代手艺还会增添对目的生物要挟介质的监督，同时在不改动监督活络度与假强阳性检测率的环境下削减单个监督装配的购买本钱。

　　2013年，卖力办理BioWatch的河山平安数时尚闹事件办公室意想到生物监督的实时性需求获得进一步晋升，但是第三代生物监督体例开辟受挫，其假想中的手艺进级难以实行。对生物监测连结高度存眷的蓝带生物防备委员会也在2015年的《生物防备国度远景》中倡导开辟越发进步前辈的情况监测体例。卫闹事件办公室随即驱动了生物监督体例的替换计划剖析半岛官方网。固然在多方归纳剖析以后原体例获得采用，但进级测验考试仍在担当。2017—2018年间，在后期替换计划剖析后果的根底上，在加种种剖析、市集查询拜访和多少次有州和处所决议计划者介入的事情坊钻研，卫闹事件办公室和厥后建树的反大范围杀伤性兵器办公室终究决议驱动生物探测手艺晋升方案（Biospotting Technoindexy Enhanfiller，BTE），旨在以渐进的体例进步对无益物资监测的实时性，夸大体例笼盖规模和得益人群，同时增添无益病原体的探测品种。比拟以前的生物监督体例，这次手艺晋升旨在削减从挖掘伤害到做出应付的工夫。它使用一种触发装配，一朝连续监控体例挖掘题目，触发装配便会在2分钟内主动触发下一个症结，即氛围模范汇集，并在模范汇集杀青后投入有无益介质的现地筛查症结。若是需要这些模范会被送到尝试室停止结尾的考证。相对以前生物监督体例从模范汇集到做出应付共需求的36小时，BTE需求的工夫全豹不跨越9小时。另外，该方案的上风还体此刻，以前的体例需求人力天天手动收集模范送到尝试室，进级后因为有了主动触发装配，大大削减了对人力的要求。

　　但是，在试用的进程经纪们挖掘，这一体例也远非美满。从活络度和切确度这两个相当关键的方面来看，该体例固然可以或许精确探测出大颗粒物资，但对藐小颗粒的物资却活络度不敷，致使某些藐小的病毒颗粒大概没法获得精确探测。正如2019年2月《洛杉矶时报》所指出的，2018年该体例有4台装配未能探测出颗粒细小、未构成团状的动作创设生物兵器主要成份的炭疽胞子；而在对天花或其余可被用于生物兵器创设的致命病毒的168次探测实验中，只要8次取得了胜利，胜利率低于5%。更抓紧张的是，主动触发装配固然看起来节省了工夫，但却因对无益和有害颗粒辨别不清而经常呈现误判。这不但表示着资本的华侈，更糟的是会紧张削弱人们对体例的信赖度。再在加此次进级带来的本钱大幅晋升，2018年河山平安数终究决议抛却该进级方案。

　　为了共同美国《国度生物防备计谋》的出台，特别是增进该计谋五大目的中加强告急认识、晋升防备才能这两名目方向实行，反大范围杀伤性兵器办公室的带领层又于2018年11月决议驱动BD21。BD21的终究目的在于增添生物监测密度，同时应用机械习得和数据剖析学等手腕增强体例的机能，特别是经过使用现有的商用触发装配来削减过量的假强阳性误报案例。BD21的运转进程如图1所示。

　　与以前的生物监督体例比拟，BD21利用了非常侦测感受器和数据剖析法，以实行连续监督和现地筛查，并能对被排放到氛围中的无益微生物停止实时上报，旨在减少探测工夫以实行延迟反映，并使得联邦当局、州和处所的相干部分可以或许同时把握场面地步以便调和分歧。BD21中的两项关头焦点手艺为触发装配和便携式生物介质辨认器，前者即前文提到的BTE中的触发装配，后者则是在触发装配收回报警后，被早期相应职员用来对悬浮于氛围中的介质模范停止当场筛查以做出早期核验，而无需屡屡都费时吃力地送到尝试室停止考证。另外，BD21的另外一项关头手艺因素是共同主动触发装配、制止其收回误报的非常介质探测算法（Anomaly Detection Algorithm）。因为BD21中的生物传感器彼此连接配合构成一个收集体例，它们从氛围中汇集到的大批数据被汇总以后，便会有助于非常介质探测算法将无益和有害介质做出精确辨别，进而最大水平削减误判。BD21的另外一大上风在于，它可以或许监测的介质品种远远超越原生物监督体例所能笼盖的规模，且能按照新要挟的呈现而不停革新。另外，该体例对外界情况要求不高，可以或许在种种天气前提、各种情况中，包罗室内、室外和半室内的前提下停止事情。越发令民心动的是，一朝手艺充足能干，BD21的估计本钱将只要连结在原生物监督体例的划一程度。

　　依照美国河山平安数的说法，BioWatch这项周全反恐计谋基石将帮忙拯救性命的医治进程可以或许后要开端：一朝检测出强阳性病原体，大众卫生和其余处所与州当局的官员便会按照这一消息调和各方做出紧迫反映，包罗手艺的养息看护和其余庇护大众卫生与平安的步履。上述初期预警与马上反映的有用联合将能削减因生物恐惧攻击带来的职员伤亡。但因为一开端即是在未经充实认证的环境下仓促推出，再在加精确检测出漫衍在氛围中的无益介质并做出判定拥有相等高的手艺难度，BioWatch在推动的过程当中历经曲折。对刚驱动不但、远未杀青采购周期的BD21，固然其实践妄图能根本办理以前存留的诸多题目，但在将幻想转变为实际的过程当中，也会必定履历多重磨练。

　　2019年2月15日，《洛杉矶时报》起首收回了对BD21体例的置疑。作品指出，“9·11”以后仓皇下马的BioWatch在遭受种种挫败以后，早先推出的BD21体例又在未见告民众的环境下于2018年末开端参加安装，并方案在2025年以前参加约莫9千套如许的装备。但是该报查询拜访挖掘，这套体例仍存留紧张缺点：以前在陆军军营中的尝试和在部门军事步履中对体例感受装配的利用解释，新体例在对细菌、病毒和毒素的探测方面存留紧张题目。河山平安数科技委员会推出的一份出自于约翰斯霍普金斯大学利用物理尝试室的陈述正告称，该体例的预警触发装配常常没法辨别致命病原体和氛围中的花粉或纸屑，进而增添了毛病预警的机率。除此以外，陈述还显现，2018年有4台装配未能探测出颗粒细小、未构成团状的动作创设生物兵器主要成份的炭疽胞子。更加紧张的是，在对天花或其余可被用于生物兵器创设的致命病毒的168次探测实验中，只要8次取得了胜利，胜利率低于5%。基于此，《洛杉矶时报》以为，革新后的生物监督体例其机能有大概乃至不迭其前身，还会带来更多的毛病预警，大大增添了州和处所当局不必要的承担。

　　《洛杉矶时报》的置疑激发了多方存眷。2019年4月，美国国会众议院动力与商业委员会致信河山平安数时任履行书记长Kevin K. McAfacenan，要求河山平安数就BD21以后的实行环境和河山平安数科技委员会推出的那份陈述做出扼要申明。一个月以后，河山平安数召集了一场环境先容会，就上述置疑做出诠释。他们指出，究竟上《洛杉矶时报》中提到的尝试后果并不是源自于BD21，而是已被抛却了的BTE的一部门；而处于试点阶段的BD21远未正式参加利用。固然，BD21试点方案中利用的某些产物与BTE简直是沟通的。但是动力与商业委员会对此其实不称心，2019年8月又致信当局问责局，要求其对下述题目做出评价，包罗：针对2015年当局问责局提议的保证生物监督体例才能的相干倡导，有哪些获得了履行？河山平安数对体例的手艺采购有哪些明白要求，这些要求又在多大水平上在BD21中获得了履行？BD21中关头手艺的能干度有多高，河山平安数的尝试与评价方案是不是足以下降BD21扶植过程当中大概面对的告急，停止今朝是不是已有必定的后果获得显现，该后果事实若何？

　　2019年11月，众议院迷信、天空与手艺委员会也参加了对当局问责局提议的评价哀求。他们除反复动力与商业委员会已有的要求以外，更是对该体例的推动速率、手艺撑持和部分间互助这三个方面提议了剧烈置疑。一是置疑方案推动速率超越了合适的范围。哀求指出，河山平安数为了能尽量推动生物探测体例的利用，自觉寻求速率而耗损品质，核准卖力该名目的反大范围杀伤性兵器办公室跳过本应在正式采购法式早期就出具的“才能剖析陈述”，并许可其延长推出该体例的“使命功效评介目标”。越发糟的是，该办公室在这两份对保证新体例靠得住性相当关键的陈述远未被提起的时间就已驱动了方案。另外，要想保证新体例是费效比最高的最好挑选，还需求停止一项“其余选项剖析”，这项剖析将被包罗在体例第二阶段的采购症结中。2019年6月，河山平安数传播鼓吹估计这一症结将用时一年；但是究竟上，这此中单是“其余选项剖析”一项就需求“一年到两年半”本事杀青。颠末如斯紧缩的工夫表所带来的体例机能靠得住性因而不可思议。二是相关体例手艺撑持的置疑。这份评价哀求以为，新体例中的两大关头手艺症结，即用于收回预警的触发装配和用于考证预警的便携式生物介质辨认器，是不是拥有充足的活络度和切确度值得思疑。前者因对小颗粒物资缺少敏锐性而活络度不敷，没法杀青需要的预警使命；后者固然对小颗粒物充足敏锐，但却难以辨别无益物资和有害物资，缺少需要的切确度，进而有大概不但华侈资本，还会导致不必要的发急。而该体例赖以胜利的另外一项关头手艺，即估计将鼎力晋升体例效力的非常介质探测算法，实在仅处于设想阶段，事实可否实行还没有定论。三是对部分间互助环境的置疑。委员会以为，河山平安数在宁可他相干部分间的互助方面存留诸多缺乏，譬喻大众卫生官员和处所当局部分，他们对BD21相干消息的领会紧张滞后乃至绝不知情。

　　在此布景下，美国当局问责局于2021年5月推出了最新的评价陈述《生物防备：河山平安数正摸索新方式以替换生物监督体例》，对BD21体例的最后进展及将来远景做出了评价。

　　此次评价的首要实质包罗：具体描写BD21及其对河山平安数采购策略的遵照环境；探讨BD21的胜利开辟所面对的潜伏应战，和名目组为减缓告急已采纳的行动。陈述起首必定了方案的主要意旨及其面对的严重应战。面临规模甚广且处于不停变革中的生物战、生物恐惧主义和天然产生的大范围传抱病要挟，精确实时的初期预警相当主要。相较以前已在运转的生物监督方案，BD21估计将大幅晋升对无益生物介质的探测速率与效力，假使胜利则意旨庞大。但是究竟上，不停变革的生物要挟图景又表示着实时精确的生物监督不能不面对重重应战：一是与核、化学与喷射性物资比拟，生物介质品种单一，且良多自然存留于大天然中，难以做出精确判定；二是病毒的基因序列组成极易产生变革，进一步加大了初期精确判定的难度；三是基于前两种坚苦的存留，再在加生物介质本来天然存留且能产生天然变革，生物要挟来历的跟踪就变得更富应战性。在方案的停顿方面，评价挖掘，固然BD21在后期已做了少许需要的筹办事情，但它的胜利实行还存留几个方面的坚苦。起首是手艺方面的坚苦。BD21在体例运转的多少手艺症结上还不克不及干，包罗卖力收回警报的触发器手艺的不完整和因天然情况的杂乱性带来的现地筛查手艺的不完整，而另外一项聚积酶链反映（Polymcancel Chpersonal Restate，PCR）手艺固然相对于能干，但对以前未知的介质或已知介质转变以后的物资检测才能仍有待美满。更关键的是，对下降假强阳性报警率相当关键的非常介质探测算法究竟上还不曾被开辟进去，更谈不上在有着大批住民的乡村情况中获得利用。为了不因手艺不克不及干给BD21带来的告急，名目办公室已动手采纳少许办法以躲避告急，包罗手艺考证、替换计划剖析和手艺完整性评价（Technoindexy Reatakeround Assessment，TRA）。河山平安数迷信与工程办公室于2020年9月宣告了《手艺完整性/创设完整性评价指南》，以便对方案中的关头手艺做出评价，并减小在采购过程当中大概碰到的告急。但是当局问责局的评价陈述显现，河山平安数的这份指南并未完整顺从该局在2020年1月宣告的手艺完整性指南中列出的8项最好计划：在这8项最好计划里，有4项获得了充实表现，3项部门表现，另有一项未获得表现。基于这两份指南均宣告工夫不长，再在加BD21尚处于早期论证阶段，河山平安数完整无机会进一步美满其评价指南。

　　因而可知，还没有杀青论证阶段的BD21以后侧面临重重坚苦，固然后期已支出了诸多尽力，但迄今为止其有用性仍有待进一步考证。但即使如斯，对这次评价的后果也无需过于消极。起首，正如前文所述，该方案的难度与代价已获得了充实承认；其次，评价对该方案更可能是赐与努力的倡导而非降低的指斥乃至否认。评价陈述的结尾不但附上了相干使命单元，即河山平安数针对前述题目提议的整理办法，并且另有当局问责局对整理办法的进一步倡导。是以总的来看，评价陈述对BD21的将来成长依然持努力立场。

　　由2001年的“9·11”事务和“炭疽进犯事务”激发的美国人对生物恐惧攻击的恐惊，带来了2003年BioWatch的仓皇推出。到了18年后的昨天，这一体例被证实为存留诸多缝隙，难以实行其所被付与的初志。但即使如斯，该方案从未遇到甩掉，而是处于不停美满过程当中：从第1、二代向第三代的转变，再从BioWatch向BTE方案的进级，和从BTE向BD21的转向，都充实证实了这一点。下表比较清楚地展现了历代生物监督体例的成长变革进程及其优错误谬误地点。

　　起首，固然尚不美满，但该方案的代价意旨特殊，值得我国高度存眷。生物监督针对的是生物要挟应付的初始症结，对第有时间向决议计划者和泛博公众收回预警并采纳需要的应付办法，进而最大水平地削减无益生物介质带来的风险，将起到相当关键的感化。若是该方案的初志能获得实行，将会实行难以估计的代价：生物恐惧攻击和天然产生或不测产生的病毒大范围传布，都将再不是使人闻风丧胆的要挟，对几回再三夸大平安题目上具有万万上风、“后发制人”的美国来讲更是意旨特殊。

　　其次，从该方案的将来成长来看，最新一代的BD21终究能干虽尚待光阴，但在笼盖面不敷、活络度不敷、假强阳性预警等题目上都已有了对应的办理办法。就算是在手艺上仍存留不愿定性的非常介质探测算法呈现了失利这一最坏的后果，之前期的尽力和以后各方的立场来看，团体方案仍然会获得对峙，仅仅会另辟门路使其获得进一步美满。是以，动作现今全球最早进的生物探测手艺的实际利用，该方案的最后进展值得连续存眷。

　　另外，一样值得存眷的是，顶端手艺在其摸索过程当中不免会晤对种种坚苦与告急，自觉冒险有大概带来难以回旋的丢失，是以自我检讨与恰当的监视极端需要。从BioWatch的成长来看，其面对的内部监视充实但自我自察缺乏。一方面，从国会众议院的两大相干本能机能委员会，到当局和国会以外的智库整体两党生物防备委员会，乃至是像《洛杉矶时报》如许的媒介机构，都划分在不一样的期间，从各自的角度动身，对该方案提议了指斥与置疑。更关键的是，这些脚色各别的内部监视者会在某种意义上彼此浸染，一方的置疑有大概促进另外一方采纳某些详细行动，譬喻《洛杉矶时报》的置疑作品致使国会本能机能委员会向当局问责局收回评价哀求，而当局问责局的评价陈述又将成为前二者进一步追踪存眷的根据。在某种意义上，恰是这些指斥的音响在唆使该方案一直地放缓脚步自我审阅、自我美满。如斯监视体制感化弗成疏忽，值得鉴戒。另外一方面，在该方案的全部成长过程当中，使命单元河山平安数固然对体例革新进级的志愿极端剧烈，但在推动的过程当中却显得过于急于事成而自我审阅缺乏，多次主动乃至回应来自外界的置疑。这解释在庞大手艺攻关的推动题目上，美国当局部分的自我检讨与里面监视功效紧张缺乏，若非有富足的内部监视，其后果难以设想。

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