废水监测SARS-CoV-2在上网,部分和完全离网以色列南部的贝都因人社区
- 1阿夫拉姆和Stella Goldstein-Goren生物工程系,比尔,以色列内盖夫的本-古里安大学
- 2卫生政策与管理,公共卫生学院,健康科学学院,比尔,以色列内盖夫的本-古里安大学
- 3跨界水资源管理中心Arava环境研究所Ketura,以色列
- 4伊尔丝Katz纳米科技中心,比尔,以色列内盖夫的本-古里安大学
- 5学校的可持续性和气候变化,比尔,以色列内盖夫的本-古里安大学
背景:废水的基础流行病学(business events)已经成为SARS-CoV-2监测和流行病学的一个重要工具。而WBE测量与观察病例数在大型市政下水道网格区域,很少有研究在其效用在社区离网(non-sewered)。
方法和材料:探索废水监测本地区的适用性,五个贝多因人社区在以色列南部希伯仑流(内盖夫沙漠)取样。一个点(El-Sayed)代表一个社区部分连接到下水道网格系统和另一个点(嗯Batin)代表一个社区没有进入下水道网格系统。Hura的城邑、Lakia和Tel Al-Sabi /电话舍瓦是上网。共87个样本收集2020年8月至2021年1月用抓斗和复合抽样。RNA从污水中提取和浓缩污水。RT-qPCR进行与N1、N2和N3靶基因,研究结果相比,从以色列卫生部人间病例数据。
结果:SARS-CoV-2检测一直随着时间在上网贝都因人的城镇(Lakia, Tel舍瓦/电话as-Sabi Hura)和不一致在较小,离网社区(El-Sayed和嗯Batin)。最大的拷贝数/ L的趋势似乎是由人口规模。当比较数据归一化人口规模情况下,相关的基因副本/ L不一致报告病例数。SARS-CoV-2也发现从sewage-impacted环境水域代表社区没有进入废水网格。当抓取采样和复合采样数据比较,结果通常可比不过复合抽样结果优越。
结论:观察到病毒检测和报告病例之间的不匹配可能会表明无症状或“沉默”社区传播,正在测试在这些社区(由于不信任政府等因素,耻辱,错误信息)或组合。虽然环境SARS-CoV-2信号之间的确切原因和案例数量仍未得到解决,这些发现表明,污水监测,包括抓取采样方法,可以是一个地区的疫情监测和控制的关键方面不足人体试验和离网的社区。
1。介绍
同时监测的主要模式SARS-CoV-2个别检测临床样本,污水抽样评估基层COVID-19活动却越来越受欢迎(艾哈迈德et al ., 2020,2021年;Nemudryi et al ., 2020;斯科特et al ., 2021;Yaniv et al ., 2021 a)。尽管疫苗减少疾病水平(Fontanet et al ., 2021),关注的变体的出现以及激增的情况下,在未接种疫苗的人群,减少疫苗有效性要求持续监测。使用一个相对被动的,基层监测方法如wastewater-based流行病学(business events)有可能在这样的情况下提供有益的数据。business events是有用的监测变体,如监测可以继续使用标准基因目标(通常专注于基因组的守恒的区域),而变异可以通过特定的观察PCR屏幕设计(基于特定的突变)或通过测序的努力。
尽管SARS-CoV-2主要传播途径是通过呼吸系统,病毒可以在其他体液包括凳子。的一项研究郑et al。(2020)显示,病毒传染期是长在凳子上比在呼吸道样本和大部分后30天可以持续感染。临床监测SARS-CoV-2受限于个人意愿进行测试,测试和整体医疗系统测试能力。WBE之前一直用于监视其他微生物和病毒疾病,包括化验的迅速发展等新兴疾病的猴痘(女子et al ., 2022 a),建立了监测协议等古代威胁小儿麻痹症,抗生素耐药性的分布,甚至水的化学污染(Asghar et al ., 2014;Elkayam et al ., 2018;洛伦佐和皮科,2019年;属于et al ., 2021;女子et al ., 2022 b)。在以色列,病毒监测废水已经使用了几十年,在响应中发挥了核心作用,沉默的脊髓灰质炎病毒暴发的2013/14 (庄园et al ., 2014;舒尔曼et al ., 2016;这et al ., 2018)。COVID-19大流行以来,许多研究已经进行了优化和利用WBE估计病毒负担(洛伦佐和皮科,2019年;哈特和哈尔登,2020;马球et al ., 2020;Hemalatha et al ., 2021;维尔茨et al ., 2021;Yaniv et al ., 2021 a,b,2022年),然而缺乏研究调查WBE监控SARS-CoV-2资源不足,使社区(街et al ., 2020)。具体来说,很少有研究调查WBE社区没有连接或部分连接到污水网格和研究呼吁更多的努力在这方面(Aguiar-Oliveira et al ., 2020;街et al ., 2020;伊格莱西亚斯et al ., 2021;司机et al ., 2022;伊斯兰教et al ., 2023;诺顿et al ., 2023)。
阿拉伯贝都因人的社区是一个土著民族居住在以色列被记录为面临更大的社会和健康差异相比,绝大多数的以色列人口(Razon 2016;Abu-Rabia-Queder 2017;达乌德et al ., 2018)以及差异的基础设施的访问(Porob et al ., 2020)。这代表了一种情况有困难通过临床监测或wastewater-based监测获取准确的数据,作为个体可能不愿意或能够访问医疗服务(Voeten et al ., 2009;Hermesh et al ., 2020)。COVID-19反应在该地区的地缘政治差异,可能促进类似的趋势的不信任(内盖夫et al ., 2021)。甚至在以色列,阿拉伯各民族之间最近的一项研究发现,有一个差异和不信任的医疗体系和增加心理压力有关COVID-19大流行性流感在某些群体(李维et al ., 2020;帕梅拉et al ., 2021)。因此,贝都因人在以色列代表人口检测冠状病毒可能由许多因素负面影响,包括但不限于医疗访问差距、信息访问和对服务提供商和政府的信任。同时,business events是有限的在这些社区经常拒绝进入废水网格,因此他们不会充分代表国家监测工作(Porob et al ., 2020;酒吧或者et al ., 2021 a)。在这项研究business events在废水用于评估SARS-CoV-2上网,部分离网,并完全离网贝都因人社区和比较临床监测数据,以评估临床和污水数据的差异,具有效用在以色列以及全球社区医疗访问和基础设施之间的差距。
2。材料和方法
2.1。样品收集
样本收集从五个贝多因人社区(图1),所有这些都被以色列政府但代表不同级别的连接到污水网格。Hura,电话舍瓦/电话al-Sabi, Lakia废水完全连接到电网,El-Sayed村部分废水网格和部分离网,和嗯Batin是公认的村庄没有访问网格。样本收集方法,这是开展和参与Al-Kaysom许可,Hura, Lakia区域委员会。离网的村庄是完全没有连接到污水网格(即。,non-sewered);废水(包括固体和上层清液)存储在无衬里的污糟地方。污水渗入地下,污糟地方当完全密封。
样本partially-off网格和上网收集直辖市Shoket WWTP。这WWTP对待~ 15000 m3每天,它使用三级水处理的活性污泥。Shoket服务城市包括Meitar、Carmit、Hura Lakiya,废水从约旦河西岸南部第一次收到约旦河西岸流域(WBCF)设施位于绿线。WBCF是由以色列处理污水处理,工业废水排放未经处理的污水,从希伯伦和周围的巴勒斯坦地区的希伯仑流穿过绿线进入以色列。排水设施的主要目的是降低污水的浊度非常高,由于大量的石头切割浆中非常高的碳酸钙。设施使用混凝剂聚合物和机械压力机降低污水的浊度。一旦这样做是污水通过管道发送Shoket WWTP混合的地方和当地市政污水处理。
直辖市的估计人口和拼写的名字在阿拉伯语和希伯来语补充表1(以色列中央统计局的数据,2019年)。嗯Batin样本收集从一个环境水源(希伯仑流)通过大容量(100升)抓住抽样方法。抓住和复合样品也从上游两个采样点,收集Meitar,上游的Batin,希伯仑流域,上游Meitar)在希伯仑流比较网站(图1)。
样品从约旦河西岸污水排水设施,代表地表水以及未经处理的污水从离网社区聚集在希伯仑的流穿过绿线进入以色列,收集通过抓样和autosampler方法和用于协议开发和比较。雨水下水道自然山谷,只有融入WBCF废水系统情况。通过抓取采样样本收集和18-h复合autosampler方法(如中描述Yaniv et al。(2021)。自动取样器抽250毫升每半小时5点到11点之间的一个周六。到达实验室后,样本保持在4°C 2天直到处理病毒浓度和RNA提取。全部细节在采样日期和地点补充表2。
2.2。样品处理、浓度和RNA提取
拿样品,使用下面的协议。50毫升离心之前去除固体,200年μL未经处理的污水被整除直接提取和储存在4°C。50毫升整除的污水是30分钟4700 RCF在4°C离心设备10 kDa过滤器的大小(笼罩公司、港口华盛顿,纽约,美国默克公司,达姆施塔特,德国)(艾哈迈德et al ., 2020;Goncalves et al ., 2021)。
对于复合和地表水样品,以下协议使用。样本集中使用透析过滤器和3 - 30纳米孔隙大小(回收透析过滤,NUFiltration©、该撒利亚、以色列)“死胡同”流。在“终端”流的情况下,应用压力驱动整个水流通过膜过滤(类似于描述的过程Obayomi et al ., 2019)。然后过滤器回流与0.07 - -0.1升蒸馏水。对于复合样品,所有的初始和最终报告补充表3。
提取的样本,200μL过滤样品(生或集中)进行RNA提取使用Machery-Nagel NucleoSpin RNA隔离设备(目录编号为740955,Duren,德国)。5微升20毫克每毫升蛋白酶K (cas编号为70663 - 4,西格玛奥德里奇,圣路易斯,密苏里州,美国)和五个μL一噬菌体的106副本每μL浓度被添加到溶解步骤。RNA与50μL nuclease-free筛选了水。
2.3。RNA量化
抓住样本受到RT-qPCR麦克风thermocycler(生物分子系统、上层Coomera澳大利亚)和复合样品受到RT-qPCR应用生物系统公司(美国马热科学、沃尔瑟姆)qPCR乐器。N1和N2基因目标量化在两个设备上使用美国疾病控制和预防中心引物探针混合物(IA目录号10006713,IDT,珊瑚镇,美国),并建议循环条件(美国疾病预防控制中心,2020年),N3基因目标量化与N3R primer-probe集(Yaniv et al ., 2021 a)。初始过滤量和最终集中分数为每个样本被用来计算最终的RNA基因拷贝/升废水。校准曲线为热科学和麦克风设备中补充图1。作为质量控制的一部分,我们计算一份恢复(Yaniv et al ., 2021 b)百分比。如果经济复苏低于5%,第二次进行RNA提取或样品浓度。低复苏意味着可以抑制百分比的存在。
2.4。流行病学数据和统计分析
以色列用例和测试数据从以色列卫生部公开数据库中提取。数据提取包括每日总病例数由自治区直辖市和日常的测试,而这些数据被用来计算情况下每天每天以及阳性百分比由直辖市。数据提取相关日期范围提供整合数据与污水取样日期由直辖市。由于研究之间的差异的大小城市,情况和测试数据规范化的人口规模。所有参数在本研究中可以找到使用附录(用例和测试每10000人)。统计数据包括频率比较(通过气方和确切概率测试)和手段比较(通过曼惠特尼和克鲁斯卡尔沃利斯测试)关于复合抓住样品)的比较进行了R(版本4.0.2),特别是心理包。地图生成使用ArcGIS Pro(美国版:2.9.5,ESRI,雷德兰兹CA)。
3.结果
3.1。与案例比较和测试号码
图2提出了拷贝数与案例数据覆盖的所有四个点采样研究期间(2020年8月到2021年1月)。关于流行病学参数以卫生部(活跃的情况下,测试数量和比例的测试发现是积极的),可以观察到一些波动和模式。在Hura,主要病毒活动高峰在2020年明显从11月中旬到12月中旬。在Lakia,主峰观察从8月底在2020年9月和一个小峰在2020年底到2021年初。Tel舍瓦/电话al-Sabi,更温和的情况下利率被报道,高数量的情况下,在2020年12月和2021年1月。在El-Sayed,没有大的峰出现的总测试数量每天仍然很低(在10每天测试)。峰值对应的峰值在总数量的测试,表明无症状或亚临床病例可能已经感染的确诊这些波以外的。SARS-CoV-2 Hura和Lakia第一个样本中检测到的努力2020年8月,然而在这个计算只有Lakia一波又一波的测试和后续报告的病例中,表示沉默的可能性,或隐瞒,传播。在Hura Lakia和Tel舍瓦/电话al-Sabi,峰值在观察SARS-CoV-2 N基因观察观察情况下峰值前2 - 3周。El-Sayed,峰值在观察SARS-CoV-2 N基因不一致与观察到的情况。 Given that this community is only partially on-grid, it is possible that at some points positive sewage was not part of the sampled catchment area. Overall, the highest observed copy numbers per sample were observed in the larger communities (补充图2)。当观察趋势,N2 / L基因副本的数量通常更高更大的社区。这一趋势并不强烈的关于N1基因拷贝/ L (补充图2)。
图2。四抽样地点——Hura SARS-CoV-2检测(一),Lakia(B)Tel-Sheva /电话al-Sabi(C),El-Sayed(D)在研究时期(X设在)。对Y轴礼物RNA复制数字每升废水RT-qPCR结果。一圈图标呈现复合抽样,蓝色N3R检测为N2和红色检测集。星号图标显示抓取采样,绿色为N1检测为N2和蓝色检测集。在没有检测到的结果,一个值之一出现在图。左边Y设在了当前每10000人确诊病例(黄色酒吧),正面测试(黑线)百分比和总COVID-19测试执行每10000人(灰色)。
3.2。以与复合样品进行检测
共14条抓住和复合样本可供分析。N1统计上没有显著的差异(p= 0.6)和N3 (p= 0.3)。N2 (p= 0.06)接近的意义。复制数据可比N1(复合:意思是:5.1×106范围:1.4×106-9.3×106,抓住:意思是:5.1×106范围:5.8×105-1.7×107)和N3(复合:意思是:6.8×105范围:2.3×105-6.5×105,抓住:意思是:2.7×106范围:1.9×105-1.3×107为获取样本数据),略高于N2(复合:意思是:3.8×106范围:4.0×106-9.6×106,抓住:意思是:6.5×106范围:2.2×106-1.3×107)(图3,补充表4)。复合的样品,发现100%的人至少有一个基因的目标。拿样品的四个样品(28.6%)-对所有基因的目标。当频率比较没有统计上的显著差异总体检测频率为N1和N2基因目标(p值= 0.3和0.2,分别),然而N3数据具有统计上的显著差异(p= 0.004)。
3.3。环境水的浓度测试完全离网的社区
环境水样(抓取样本)收集从三个点希伯仑河沿岸,跨界的水道附近的原始希伯仑,西岸的巴勒斯坦领土,穿过无数的以色列城镇和村庄在穿越绿线(图1)。嗯Batin污水排放到希伯仑河,这是观察到采样点附近嗯Batin SARS-CoV-2 RNA阳性在2020年10月的一个计算,另一个在2021年1月,但不是在2021年1月(额外的计算补充表5)。在一周之前的10月的计算没有活跃的情况下嗯Batin记录,和在整个采样时间1月有1 - 2记录活跃的情况下嗯Batin(数据没有显示)。应该注意的是,在时间点上游(Meitar) SARS-CoV-2点是阳性,嗯Batin是负的,这表明稀释效应和/或表面的水处理Shoket WWTP (图1)降低了病毒水平低于检出限。
4所示。讨论
4.1。总结调查结果
在这项研究中,我们调查了SARS-CoV-2 sewage-impacted环境水域以及利用business events在上网和部分离网的社区。众所周知,社区抽样经验差异有关医疗访问和利用,因此应该注意,山峰SARS-CoV-2量化不是完全符合已知的情况下在这些社区。然而,它应该还指出,整体检测率低和案例率与检查率密切相关。虽然大,上网市(即。,Hura) had more robust data, grab samples and composite samples from smaller and partially-off-grid municipalities were able to detect SARS-CoV-2. Copy numbers/L were in line with findings from other municipalities in Israel in other studies (Yaniv et al ., 2021 a,b)。此外,大容量获取样本的地表水影响污水完全离网社区能够检测SARS-CoV-2。
在整个COVID-19爆发,包括这里所描述的研究期间,Yaniv et al。(2021 b)废水监测样本比尔和其他几个non-Bedouin位置在以色列(2020年8月- 2021年10月)使用RT-qPCR SARS-CoV-2病毒的存在包括疾病预防控制中心的标准检测,他们记录了SARS-CoV-2 RNA水平在废水和监控这些值与相应的积极报道病例和疫苗接种在城市人口百分比。很明显增加检测SARS-CoV-2 RNA水平在城市污水出现前的每一个报告的三个山峰活跃的情况下。因此,出现在城市的废水预见COVID-19临床病例报道的增加(Yaniv et al ., 2021 b)。给出的结果Yaniv et al . (2021,b)以及其他研究指出强劲的流行病学数据之间的相关性和污水数据,这些数据的缺乏对齐社区访问差距值得关注(冈萨雷斯et al ., 2020;艾哈迈德et al ., 2021;酒吧或者et al ., 2021 b)。本研究的结果支持假设关于“雷达”发病率和强调使用business events的重要性了解发病率水平在社区内(Hamouda et al ., 2021;Karthikeyan et al ., 2021;李et al ., 2022)。
4.2。比较复合和获取样本
复合样品确认SARS-CoV-2 RNA与频率比拿样品,但是统计检测频率相比没有明显不同。而综合废水监测采样无疑是首选的标准,它可以在逻辑上和经济上难以建立在低收入社区,即使设置完成它可能不是可持续的(D 'Aoust et al ., 2021)。复合抽样引起的设备功能的可持续问题随着时间的推移,维护、访问和购买力的替换零件或单位,成本和运行系统的电。争论的一个问题是抓的相关性与复合样品测量时SARS-CoV-2在不同流域尺度(乔治et al ., 2022)。乔治et al。(2022)表明,在高速流网站,获取样本合理与复合样品。然而,随着流速降低,假阴性的百分比抓住SARS-CoV-2浓度的增加,样品拿样品1 - 2个数量级的变化相比,各自复合试样浓度(乔治et al ., 2022)。他们进一步得出复合抽样优于抓住抽样,特别是流量减少。因此,对于城市寻求增加监测SARS-CoV-2但没有资源来安装和维护autosamplers,抓住抽样是一个可接受的方法WBE然而必须考虑流速和higher-flow应优先领域。
4.3。对离网社区和sewage-impacted地表水
在考虑这些问题时的流动以及网格访问,重要的是要考虑这些发现的影响人群没有完全连接到污水网格。在这项研究中,我们能够访问WWTP,社区部分连接到电网以及地表水网站接收来自一个离网社区的未经处理的污水。这符合最近的策略采用研究人员在孟加拉国,他们采用的方法离网设置集中在“热点”或“节点”抽样通过地表水网站或社区聚会的地方。使用这种方式,他们能够有效地跟踪COVID-19动态连接和无关的人群(Jakariya et al ., 2021)。厄瓜多尔的一项研究调查河流影响城市的污水指出病毒复制负载类似于原始WWTP影响其他国家和河流在巴西的研究也报道观察SARS-CoV-2负荷跟踪与群体情况数据(Aguiar-Oliveira et al ., 2020;Guerrero-Latorre et al ., 2020)。SARS-CoV-2遗传物质的水平和检测地表水样品很低,然而考虑到我们的采样点在希伯仑流代表人口不到5000的污水,病毒材料的低水平是合理的。在日本的一项研究指出,河水收到完全处理废水并没有测试阳性SARS-CoV-2 RNA (Haramoto et al ., 2020意大利的一项研究调查),而河水收到联合污水溢出和不当处理废水并识别SARS-CoV-2遗传物质在地表水(Rimoldi et al ., 2020)。因此,未来的研究调查的地区,结合《海角一乐园》和离网的数量应该考虑不当处理废水的存在在整个地表水排水区。
4.4。局限性和未来的研究需要
这个研究是有限数量的采样地点以及能够样本在所有时间点位置。它代表一个概念证明可能会使社区在流感大流行的情况下完成。这样的研究可能是困难的,在特定时期的遍及全国的锁定要求研究人员获得必要的工作许可和由于延迟获得试剂由于供应链中断。建议未来WBE研究进行(即non-pandemic场景。,with other diseases such as Polio, Brucellosis, or seasonal influenza) with more comprehensive sampling to fully understand how sewer grid access, healthcare access, and health inequality interface in regards to the utility of WBE (Heijnen Medema, 2011)。这项研究还集中在以色列南部的贝都因人的人口,和甚至在以色列本身是需要进一步研究各种农村网的人群经历基础设施访问和医疗不平等以及医疗系统不信任建立广泛的适用性。
5。结论
出现了大量研究详细的效用WBE关于SARS-CoV-2监测以及监视抗菌素耐药性等其他致病的威胁(Asghar et al ., 2014;Thakali et al ., 2022;女子et al ., 2022 a,b)。这些研究主要是在社区进行更大的资源主要是代表《海角一乐园社区,然而,考虑到资源限制和供应链中断观察COVID-19大流行期间,它是至关重要的,以确保所有社区可以利用像WBE监测方法。本研究的结果表明,取样,随机采集的样品或复合试样的方法,可以确定SARS-CoV-2病毒在废水从社区网格,在网格部分,和离网的社区。此外,鉴于集中在这项研究经验的社区健康不平等情况下数据可能不代表在社区感染的全貌。这些发现也有助于SARS-CoV-2监测社区没有基础设施或公平获得卫生保健资源。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以直接到相应的作者。
作者的贡献
肯塔基州和HC:数据管理、正式的分析、调查、方法论、监督、可视化、原创作品草稿,writing-review和编辑。FM:数据管理、调查项目管理,和writing-review和编辑。女士,SL,基米-雷克南和CH:数据管理、调查,writing-review和编辑。是:数据管理、形式分析方法,调查,writing-review和编辑。ND:概念化、数据管理,writing-review和编辑。JM-G和AK:概念化、资金收购,方法论,项目管理,资源,监督,原创作品草稿,writing-review和编辑。CL:概念化、融资并购、项目管理、监督,writing-review和编辑。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
这项研究的部分资金由美国国际开发署中东区域合作项目:屋内重用为小农农业发展在离网的社区在以色列,巴勒斯坦权力机构和约旦(项目编号:国防军m35 - 009,投入正式合同号码:SIS70018GR35009)。我们愿意承认额外的资金本古里安大学的日冕挑战COVID-19,以色列卫生部、美国和犹太国家基金。HC收到富布赖特博士后资助以色列和扎克曼研究所。
确认
我们想感谢庙宇帮助污水综合抽样。我们感激地承认Esti Kramarsky-Winter援助的评论和科学编辑的手稿和雏鹰ElAtawneh准备的地图。感谢Neve-Midbar水公司Al-Kaysom区域市政局,Hura区域市政局,Lakia区域市政局,Shoket WWTP人员,和希伯仑排水设施运营商所有促进采样站点的访问。
的利益冲突
正义与发展党,ND和JM-G庙宇科学顾问委员会。HC收到资金从Zuckerman干细胞基础和富布赖特以色列。这项研究是由美国国际开发署资助的中东地区合作,本古里安大学,以色列卫生部、美国和犹太国家基金。
其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/frwa.2023.1136066/full补充材料
引用
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关键词:废水监测、离网,business events,贝都因人社区,SARS-CoV-2
引用:Yaniv K,克拉多克哈,Mahameed F, Shagan M,沙拉,Lakkakula年代,Resnick K,哈伯C, Davidovitch N, Moran-Gilad J, Kushmaro和Lipchin C(2023)废水监测SARS-CoV-2在《海角一乐园》,部分和完全离网以色列南部的贝都因人社区。前面。水5:1136066。doi: 10.3389 / frwa.2023.1136066
收到:2023年1月02;接受:2023年4月21日;
发表:2023年5月22日。
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*通信:克莱夫·Lipchinclivearava@gmail.com;Ariel Kushmaro,arielkus@bgu.ac.il
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