फ्लोरोसेंट टैग

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एस। सेरेविसिया सेप्टिन फ्लोरोसेंट लेबलिंग का उपयोग करते हुए फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी के साथ प्रकट हुआ

अणुजैविकी और जैवप्रौद्योगिकी में, फ्लोरोसेंट टैग, जिसे फ्लोरोसेंट लेबल या प्रतिदीप्ति जांच के रूप में भी जाना जाता है, यह एक अणु है जो प्रोटीन, एंटीबॉडी या अमीनो एसिड जैसे जैवाणु का पता लगाने में सहायता के लिए रासायनिक रूप से जुड़ा होता है। सामान्यतः फ्लोरोसेंट टैगिंग, या लेबलिंग, एक फ्लोरोसेंट अणु के प्रतिक्रियाशील व्युत्पन्न का उपयोग करता है जिसे प्रतिदीप्तिधर (फ्लोरोफोरे) के रूप में जाना जाता है। फ्लोरोफोर चुनिंदा अणु पर विशिष्ट क्षेत्र या कार्यात्मक समूह को बांधता है और इसे रासायनिक या जैविक रूप से जोड़ा जा सकता है।[1] एंजाइमैटिक लेबलिंग, प्रोटीन लेबलिंग और जेनेटिक लेबलिंग जैसी विभिन्न लेबलिंग तकनीकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऐथिडियम ब्रोमाइड, फ्लोरेसिन और ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन आम टैग हैं। सबसे अधिक लेबल किए जाने वाले अणु एंटीबॉडी, प्रोटीन, अमीनो एसिड और पेप्टाइड होते हैं जो तब किसी विशेष लक्ष्य का पता लगाने के लिए विशिष्ट जांच के रूप में उपयोग किए जाते हैं।[2]

इतिहास

स्टोक्स जॉर्ज जी
ओसामु शिमोमुरा - प्रेस कॉन्फेडरेट सी 06, 2008-1

जैवाणु का पता लगाने और पहचानने के तरीकों का विकास आणविक संरचना और अन्योन्यक्रिया के अध्ययन में सुधार करने की क्षमता से प्रेरित है। फ्लोरोसेंट लेबलिंग के आगमन से पहले, आणविक यौगिकों का पता लगाने और पहचानने के लिए विकिरण समस्थानिक का उपयोग किया जाता था। तब से, सुरक्षित तरीके विकसित किए गए हैं जिनमें जैवाणु को लेबल करने और पहचानने के साधन के रूप में प्रतिदीप्त रंजक या फ्लोरोसेंट प्रोटीन का उपयोग टैग या जांच के रूप में सम्मिलित है।[3] हालाँकि इस संबंध में फ्लोरोसेंट टैगिंग का उपयोग हाल ही में किया गया है, लेकिन प्रतिदीप्ति की खोज काफी लंबे समय से है।

सर जॉर्ज स्टोक्स ने 1852 में प्रतिदीप्ति के स्टोक्स नियम को विकसित किया जिसमें कहा गया है कि प्रतिदीप्ति उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य रोमांचक विकिरण की तुलना में अधिक है। रिचर्ड मेयर ने 1897 में प्रतिदीप्ति से जुड़े रासायनिक समूह का वर्णन करने के लिए फ्लोरोफोर का नाम दिया। तब से, 1871 में एडॉल्फ वॉन बायर द्वारा फ्लोरेसिन को प्रतिदीप्त रंजक के रूप में बनाया गया था और 1911 में प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी के विकास के साथ धुंधला करने की विधि विकसित और उपयोग की गई थी।[4]

1950 के दशक में एथिडियम ब्रोमाइड और परिवर्ती विकसित किए गए थे,[4]और 1994 में, फ्लोरोसेंट प्रोटीन या एफपी पेश किए गए थे।[5] 1960 के दशक में ओसामु शिमोमुरा द्वारा ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन या जीएफपी की खोज की गई थी और 1987 में डगलस प्रैशर द्वारा अनुरेखक अणु के रूप में विकसित किया गया था।[6] एफपी ने आनुवंशिक प्रोटीन क्षेत्रों को चुनिंदा रूप से टैग करने और प्रोटीन कार्यों और तंत्रों का निरीक्षण करने की क्षमता के साथ सजीव सेल इमेजिंग की सफलता का नेतृत्व किया था।[5]इस सफलता के लिए शिमोमुरा को 2008 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।[7]

जैव-अणुओं पर नज़र रखने के लिए नए तरीके विकसित किए गए हैं जिनमें वर्णमिति बायोसेंसर, प्रकाशवर्णी यौगिक, जैवसामग्री और वैद्युतरासायनिक सेंसर सम्मिलित हैं। फ्लोरोसेंट लेबलिंग भी एक सामान्य तरीका है जिसमें अनुप्रयोगों का विस्तार एंजाइमैटिक लेबलिंग, रासायनिक लेबलिंग, प्रोटीन टैग और जेनेटिक लेबलिंग तक हो गया है।[1]

File:Types of biosensors.png
बायोसेंसर के प्रकार

जैवाणु पर नज़र रखने के तरीके

जैवाणु पर नज़र रखने के लिए वर्तमान में कई लेबलिंग विधियाँ हैं। कुछ विधियों में निम्नलिखित सम्मिलित हैं।

समस्थानिक (आइसोटोप) मार्कर

सामान्य प्रजातियां जिनमें आइसोटोप मार्करों का उपयोग प्रोटीन सम्मिलित करने के लिए किया जाता है। इस स्थिति में, कार्बन, नाइट्रोजन या हाइड्रोजन के स्थिर समस्थानिक वाले अमीनो एसिड को पॉलीपेप्टाइड अनुक्रम में सम्मिलित किया जाता है।[8] फिर इन पॉलीपेप्टाइड्स को द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति के माध्यम से डाला जाता है। सटीक परिभाषित परिवर्तन के कारण कि ये आइसोटोप पेप्टाइड्स पर होते हैं, स्पेक्ट्रोमेट्री ग्राफ के माध्यम से यह बताना संभव है कि पेप्टाइड्स में आइसोटोप सम्मिलित हैं। ऐसा करने से, समूह में कई अन्य से लाभ के प्रोटीन को निकाला जा सकता है। फोटोक्रोम के रूप में समस्थानिक यौगिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जिनका वर्णन नीचे किया गया है।

वर्णमिति बायोसेंसर

बायोसेंसर लाभ के पदार्थ से जुड़े होते हैं। सामान्यतः यह पदार्थ प्रकाश को अवशोषित करने में सक्षम नहीं होगा, लेकिन संलग्न बायोसेंसर के साथ, प्रकाश को अवशोषित किया जा सकता है और स्पेक्ट्रोफोटोमीटर पर उत्सर्जित किया जा सकता है।[9] इसके अतिरिक्त, प्रतिदीप्ति वाले बायोसेंसर को सामान्य आंखों से देखा जा सकता है। कुछ प्रतिदीप्ति बायोसेंसर में बदलते वातावरण में रंग बदलने की क्षमता भी होती है (उदा: नीले से लाल)। शोधकर्ता बायोसेंसर-अणु संकर प्रजातियों से किस रंग को स्पष्ट रूप से देख सकता है, इसके आधार पर आस-पास के वातावरण के बारे में डेटा का निरीक्षण और डेटा प्राप्त करने में सक्षम होता है।[10]

वर्णमिति परख का उपयोग सामान्यतः यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि प्रजाति की दूसरी के सापेक्ष कितनी सांद्रता है।[9]

प्रकाशवर्णी यौगिक

प्रकाशवर्णी यौगिकों में श्रेणी या रंगों की विविधता के बीच बदलने की क्षमता होती है। विभिन्न रंगों को प्रदर्शित करने की उनकी क्षमता इस बात पर निर्भर करती है कि वे प्रकाश को कैसे अवशोषित करते हैं। अणु के अलग-अलग समावयवी अभिव्यक्तियां प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करती हैं, जिससे कि प्रत्येक समावयवी प्रजाति अपने अवशोषण के आधार पर अलग रंग प्रदर्शित कर सकते है। इनमें फोटोस्विचेबल यौगिक सम्मिलित हैं, जो प्रोटीन होते हैं गैर-प्रतिदीप्ति अवस्था से निश्चित वातावरण में प्रतिदीप्ति स्थिति में परिवर्तन कर सकते हैं।[11]

फोटोक्रोम के रूप में उपयोग किया जाने वाला सबसे आम कार्बनिक अणु डायरीलिथीन है।[12] फोटोस्विचेबल प्रोटीन के अन्य उदाहरणों में पैड्रॉन-सी, आरएस-फास्टलाइम-एस और बीएस-ड्रोनपा-एस सम्मिलित हैं, जिनका उपयोग पौधे और स्तनपायी कोशिकाओं में समान रूप से किया जा सकता है जिससे कि कोशिकाओं को विभिन्न वातावरणों में स्थानांतरित किया जा सकता है।[11]

जैव सामग्री

प्रतिदीप्ति जैव सामग्री बाहरी कारकों का उपयोग करने के लिए एक मार्ग को अधिक स्पष्ट रूप से देखने का संभावित तरीका है। विधि में पेप्टाइड अणुओं को फ्लोरोसेंटली लेबल करना सम्मिलित है जो जीव के प्राकृतिक मार्ग को बदल देता है। जब इस पेप्टाइड को जीव की कोशिका में डाला जाता है, तो यह एक अलग प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकता है। इस पद्धति का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए रोगी का इलाज करने के लिए और फिर उपचार के परिणाम को स्पष्ट रूप से देखने के लिए किया जाता है।[13]

विद्युत रासायनिक सेंसर

जैव-अणुओं के लेबल-मुक्त संवेदन के लिए वैद्युतरासायनिक सेंसर का उपयोग किया जा सकता है। वे परिवर्तनों का पता लगाते हैं और जांचे गए धातु इलेक्ट्रोड और लक्ष्य विश्लेषण वाले विद्युत् अपघट्य के बीच धारा को मापते हैं। इलेक्ट्रोड के लिए ज्ञात क्षमता तब पुनर्निवेश धारा से लागू की जाती है और परिणामी धारा को मापा जा सकता है। उदाहरण के लिए, वैद्युतरासायनिक सेंसिंग का उपयोग करने वाली तकनीक में वोल्टेज को धीरे-धीरे बढ़ाना सम्मिलित है, जिससे इलेक्ट्रोड पर रासायनिक प्रजातियां ऑक्सीकृत या कम हो जाती हैं। सेल धारा बनाम वोल्टेज आलेख किया जाता है जो अंततः इलेक्ट्रोड पर खपत या उत्पादित रासायनिक प्रजातियों की मात्रा की पहचान कर सकता है।[14] जैविक प्रणाली में पता लगाने में आसानी के लिए फ्लोरोसेंट टैग का उपयोग वैद्युतरासायनिक सेंसर के संयोजन में किया जा सकता है।

फ्लोरोसेंट लेबल

एक समान जीत
जीएफपी संरचना

जैवाणु को लेबल करने के विभिन्न तरीकों में से, फ्लोरोसेंट लेबल इस मायने में फायदेमंद होते हैं कि वे कम सांद्रता पर भी अत्यधिक संवेदनशील होते हैं और लक्ष्य अणु वलन और कार्य के लिए गैर-विनाशकारी होते हैं।[1]

ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन जेलिफ़िश एक्वोरिया विक्टोरिया से स्वाभाविक रूप से होने ब्लू फ्लोरोसेंट प्रोटीन है जो व्यापक रूप से होता है लाभ के प्रोटीन को टैग करने के लिए उपयोग किया जाता है। प्रकाश के अवशोषण से उत्तेजित होने पर जीएफपी प्रकाश वर्णक्रम के हरे क्षेत्र में फोटॉन का उत्सर्जन करता है। क्रोमोफोर में β बैरल के भीतर स्थित ऑक्सीडाइज़्ड ट्राइपेप्टाइड -Ser^65-Tyr^66-Gly^67 होता है। जीएफपी ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है और केवल आणविक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। प्रतिदीप्ति के अन्य रंगों को सम्मिलित करने के लिए अवशोषित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को बदलकर जीएफपी को संशोधित किया गया है। वाईएफपी या पीला फ्लोरोसेंट प्रोटीन, बीएफपी या नीला फ्लोरोसेंट प्रोटीन, और सीएफपी या सियान फ्लोरोसेंट प्रोटीन जीएफपी परिवर्ती के उदाहरण हैं। ये परिवर्ती जीएफपी जीन की आनुवंशिक अभियांत्रिकी द्वारा निर्मित होते हैं।[15]

सिंथेटिक प्रतिदीप्त जांच का उपयोग फ्लोरोसेंट लेबल के रूप में भी किया जा सकता है। इन लेबलों के लाभों में रंग में अधिक विविधता के साथ छोटा आकार सम्मिलित है। उनका उपयोग रासायनिक मान्यता-आधारित लेबलिंग सहित विभिन्न तरीकों से लाभ के प्रोटीन को टैग करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि धातु कीलेट पेप्टाइड टैग का उपयोग करना, और जैविक पहचान-आधारित लेबलिंग एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करना है।[16] चूंकि, विनिमय पद और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ-साथ बेहतर स्थिरता के व्यापक सरणी के बावजूद, सिंथेटिक जांच सेल के लिए विषाक्त होती है और इसलिए सामान्यतः सेल इमेजिंग अध्ययन में उपयोग नहीं की जाती है।[1]

एमआरएनए स्थानीयकरण जैसे अन्योन्यक्रिया और गतिविधि को देखने में मदद के लिए फ्लोरोसेंट लेबल को एमआरएनए में संकरणित किया जा सकता है। प्रतिदीप्त जांच के साथ लेबल किया गया प्रतिअर्थ रज्जुक एकल एमआरएनए रज्जुक से जुड़ा होता है, और फिर सेल के विकास के दौरान सेल के भीतर एमआरएनए के गतिविधि को देखने के लिए देखा जा सकता है।[17]

फ्लोरोजेनिक लेबल

फ्लोरोजेन एक संलग्नी (फ्लोरोजेनिक संलग्नी) है जो स्वयं प्रतिदीप्ति नहीं है, लेकिन जब यह विशिष्ट प्रोटीन या आरएनए संरचना से बंधा होता है तो प्रतिदीप्ति हो जाता है।[18]

उदाहरण के लिए: फ्लोरेसेंस-एक्टिवेटिंग एंड एब्जॉर्प्शन-शिफ्टिंग टैग (फ़ास्ट) फोटोएक्टिव येलो प्रोटीन का एक प्रकार है जिसे जीएफपी ट्राइपेप्टाइड क्रोमोफोर के रासायनिक नकल को बांधने के लिए तैयार किया गया था।[19]इसी तरह, स्पिनच एप्टामर एक इंजीनियर आरएनए अनुक्रम है जो जीएफपी क्रोमोफोर रासायनिक नकल को बांध सकता है, जिससे अनुक्रम वाले आरएनए अणुओं पर सशर्त और प्रतिवर्ती प्रतिदीप्ति प्रदान करता है।[20]

फ्लोरोसेंट लेबलिंग में टैग का प्रयोग

प्रत्यक्ष फ्लोरोसेंट एंटीबॉडी परीक्षण में, एंटीबॉडी को रासायनिक रूप से प्रतिदीप्त रंजक से जोड़ा गया है
बिफीडोबैक्टीरिया Cy3 की मछली छवि
फिश एनालिसिस डि जॉर्ज सिंड्रोम

फ्लोरोसेंट लेबलिंग अपनी गैर-विनाशकारी प्रकृति और उच्च संवेदनशीलता के लिए जानी जाती है। इसने इसे जैव-अणुओं को लेबल करने और मार्ग करने के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले तरीकों में से एक बना दिया है।[1] लक्ष्य की प्रकृति के आधार पर फ्लोरोसेंट लेबलिंग की कई तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।

एंजाइमेटिक लेबलिंग

एंजाइमैटिक लेबलिंग में, जीन और फ्लोरोसेंट प्रोटीन के डीएनए का उपयोग करते हुए, पहले डीएनए निर्माण किया जाता है।[21] प्रतिलेखन के बाद, संकर आरएनए + प्रतिदीप्ति बनता है। महत्व की वस्तु एंजाइम से जुड़ी है जो इस संकर डीएनए को पहचान सकती है। सामान्यतः फ्लोरेसिन का उपयोग फ्लोरोफोर के रूप में किया जाता है।

रासायनिक लेबलिंग

रासायनिक लेबलिंग या रासायनिक टैग का उपयोग छोटे अणु और विशिष्ट आनुवंशिक अमीनो एसिड अनुक्रम के बीच परस्पर क्रिया का उपयोग करता है।[22] कभी-कभी जीएफपी के विकल्प के रूप में रासायनिक लेबलिंग का उपयोग किया जाता है। सिंथेटिक प्रोटीन जो प्रतिदीप्त जांच के रूप में कार्य करते हैं, जीएफपी की तुलना में छोटे होते हैं, और इसलिए विभिन्न प्रकार की स्थितियों में जांच के रूप में कार्य कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, वे रंगों और प्रकाश रासायनिक गुणों की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं।[23] रासायनिक लेबलिंग में हाल की प्रगति के साथ, फ्लोरोसेंट प्रोटीन की विशेषता β-बैरल की वास्तुकला और आकार की सीमाओं के कारण फ्लोरोसेंट प्रोटीन पर रासायनिक टैग को प्राथमिकता दी जाती है। फ्लोरोसेंट प्रोटीन के परिवर्तन से प्रतिदीप्त गुणों का नुकसान होता है।[22]

प्रोटीन लेबलिंग

प्रोटीन वलन और कार्य में व्यवधान को कम करने के लिए प्रोटीन लेबलिंग छोटे टैग का उपयोग करता है। संक्रमण धातुओं का उपयोग टैग में विशिष्ट अवशेषों को स्थान विशिष्ट लक्ष्यों जैसे एन-टर्मिनी, सी-टर्मिनी, या प्रोटीन के भीतर आंतरिक साइटों से जोड़ने के लिए किया जाता है। प्रोटीन लेबलिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले टैग के उदाहरणों में बायर्सनिकल टैग, हिस्टडीन टैग और फ्लैग टैग सम्मिलित हैं।[1]

जेनेटिक लेबलिंग

सीटू संकरण में प्रतिदीप्ति (फिश/FISH), आनुवंशिक लेबलिंग तकनीक का उदाहरण है जो उन जांचों का उपयोग करती है जो क्रोमोसोम की लंबाई के साथ क्रोमोसोमल साइटों के लिए विशिष्ट होती हैं, जिन्हें क्रोमोसोम पेंटिंग के रूप में भी जाना जाता है। एकाधिक प्रतिदीप्त रंजक जिनमें से प्रत्येक में अलग विनिमय पद और उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य होता है, एक जांच से बंधे होते हैं जो तब गुणसूत्रों के लिए संकरणित होता है। प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी सम्मिलित रंगों का पता लगा सकता है और इसे अभिकलित्र पर भेज सकता है जो कोशिका के कैरियोटाइप को प्रकट कर सकता है। यह तकनीक विलोपन और दोहराव जैसी असामान्यताओं को प्रकट करने की अनुमति देती है।[24]

सेल इमेजिंग

फ्लोरोसेंट प्रोटीन की तुलना में रासायनिक टैग इमेजिंग तकनीकों के लिए अधिक तैयार किए गए हैं क्योंकि रासायनिक टैग प्रकाशसुग्राहीकारक (फोटोसेंसिटाइज़र) को लक्ष्य प्रोटीन के करीब स्थानीयकृत कर सकते हैं।[25] प्रोटीन को तब सुपर-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी, Ca2+ -इमेजिंग, पीएच सेंसिंग, हाइड्रोजन पेरोक्साइड डिटेक्शन, क्रोमोफोर असिस्टेड लाइट इनएक्टिवेशन, और मल्टी-फोटॉन लाइट माइक्रोस्कोपी जैसे इमेजिंग के साथ लेबल और पता लगाया जा सकता है। हेलो-टैग के नाम से जाने जाने वाले जीवाणु हेलोएल्केन डीहैलोजेनेज से प्राप्त एकलक प्रोटीन के उपयोग के साथ पहली बार जीवित जानवरों में विवो इमेजिंग अध्ययन किया गया है।[22][26] हेलो-टैग सहसंयोजी आबंध अपने संलग्नी से जुड़ता है और घुलनशील प्रोटीन की बेहतर अभिव्यक्ति की अनुमति देता है।[26]

लाभ

चूंकि प्रतिदीप्त रंजक में रेडियोधर्मी जांच के समान संवेदनशीलता नहीं हो सकती है, लेकिन वे कार्रवाई में अणुओं की वास्तविक समय गतिविधि दिखाने में सक्षम हैं।[27] इसके अतिरिक्त, विकिरण और उचित प्रबन्ध अब चिंता का विषय नहीं है।

फ्लोरोसेंट टैगिंग के विकास के साथ, प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी ने निर्धारित और सजीव सेल इमेज दोनों में विशिष्ट प्रोटीन के वीक्षण की अनुमति दी है। विशिष्ट प्रोटीनों के स्थानीयकरण ने कोशिकीय जीव विज्ञान में महत्वपूर्ण अवधारणाओं को जन्म दिया है जैसे कि कोशिकीय झिल्लियों और ऑर्गेनेल में प्रोटीन के अलग-अलग समूहों के कार्य को देता है। सजीव सेल इमेजिंग में, फ्लोरोसेंट टैग प्रोटीन की गतिविधियों और उनकी अन्तःक्रिया की निगरानी करने में सक्षम बनाता है।[24]

फ्लोरोसेंट टैग से जुड़े तरीकों में नवीनतम प्रगति ने विभिन्न जीवों के भीतर एमआरएनए और इसके स्थानीयकरण की कल्पना की है। आरएनए की सजीव सेल इमेजिंग को संश्लेषित आरएनए का आरम्भ करके प्राप्त किया जा सकता है जो रासायनिक रूप से सूक्ष्म अंतःक्षेपण द्वारा जीवित कोशिकाओं में फ्लोरोसेंट टैग के साथ युग्मित होता है। इस तकनीक का उपयोग यह दिखाने के लिए किया गया था कि कैसे ड्रोसोफिला भ्रूण में ऑस्कर एमआरएनए ओओसीट के पश्च (शरीर रचना) क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाता है।[17]

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Sahoo, Harekrushna (1 January 2012). "Fluorescent labeling techniques in biomolecules: a flashback". RSC Advances. 2 (18): 7017–7029. Bibcode:2012RSCAd...2.7017S. doi:10.1039/C2RA20389H.
  2. ↑ "जैविक जांच के साथ जैव अणुओं की फ्लोरोसेंट लेबलिंग - प्रस्तुतियाँ - PharmaXChange.info". 29 January 2011.
  3. ↑ Gwynne and Page, Peter and Guy. "Laboratory Technology Trends: Fluorescence + Labeling". Science. Retrieved 10 March 2013.
  4. ↑ 4.0 4.1 Kricka LJ, Fortina P (April 2009). "Analytical ancestry: "firsts" in fluorescent labeling of nucleosides, nucleotides, and nucleic acids". Clinical Chemistry. 55 (4): 670–83. doi:10.1373/clinchem.2008.116152. PMID 19233914.
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बाहरी संबंध

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