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文檔簡介

1、飲用水消毒副產(chǎn)物毒理學(xué)研究進(jìn)展論文摘要:基于國內(nèi)外對飲用水消毒副產(chǎn)物 三氯甲烷 TCM 溴二氯甲烷 BDCM 二溴氯甲烷 DBCM 三溴甲烷 TBM 二氯碘甲烷 DCIM 溴氯碘甲烷 BCIM 鹵乙酸 一氯乙酸 CAA 二氯乙酸 DCAA 三氯乙酸 TCAA 溴氯乙酸 BCAA 溴二氯乙酸 BDCAA 二溴氯乙酸 DBCAA 溴乙酸 BAA 二溴乙酸 DBAA 三溴乙酸 TBAA 一碘乙酸 IAA 溴碘乙酸 BIAA N-DBPs 鹵化硝基甲烷 一氯硝基甲烷 CNM 二氯硝基甲烷 DCNM 三氯硝基甲烷 TCNM 一溴硝基甲烷 BNM 二溴硝基甲烷 DBNM 三溴硝基甲烷 TBNM 二溴一氯硝

2、基甲烷 DBCNM 一溴二氯硝基甲烷 BDCNM 一氯一溴硝基甲烷 CBNM 鹵化乙腈 氯乙腈 CAN 二氯乙腈 DCAN 三氯乙腈 TCAN 溴乙腈 BAN 二溴乙腈 DBAN 溴氯乙腈 BCAN 碘乙腈 IAN 鹵化乙酰胺 一溴乙酰胺 BAcAm 二溴乙酰胺 DBAcAm 氯乙酰胺 CAcAm 二氯乙酰胺 DCAcAm 三氯乙酰胺 TCAcAm N-亞酰胺 N-亞硝基二甲胺 NDMA N-亞硝基吡咯烷 NPYR N-亞硝基嗎啉 NMOR N-亞硝基吡啶 NPIP N-亞硝基二苯胺 NDPHA N-亞硝基甲基乙基胺 NMEA N-亞硝基二乙基胺 NDEA N-亞硝基二丙胺 NDPA N-亞硝

3、基二丁胺 NDBA 3消毒副產(chǎn)物的毒理學(xué)研究進(jìn)展3.1含碳消毒副產(chǎn)物毒理學(xué)研究進(jìn)展THMs是最早發(fā)現(xiàn)的飲用水消毒副產(chǎn)物,它們對齲齒類動(dòng)物具有較強(qiáng)的致癌作用,可以作用于肝臟,大腸和腎臟,產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性,并且已被確認(rèn)為致癌物。在過去三十多年中,已有諸多學(xué)者對THMs的毒性以及作用機(jī)理展開了較深入的研究,采用較多的毒理學(xué)方法主要為體外試驗(yàn)法或體內(nèi)試驗(yàn)法用以測試DNA序列轉(zhuǎn)變和DNA損傷。1994年,Melnick等以大鼠(rat)為模式動(dòng)物,對大鼠進(jìn)行口頭暴露實(shí)驗(yàn)說明較高劑量的BDCM能使90%的雄鼠誘發(fā)腺癌,體外實(shí)驗(yàn)說明溴代THMs比氯代THMs對直腸癌的毒性強(qiáng)。1996年,Black等對TCM、

4、BDCM、TBM和DBCM這四種THMs的毒性大小進(jìn)行研究比對,并對他們的毒性由高到低進(jìn)行排列,順序?yàn)椋築DCMDBCMTCMTBM。1997年,DeMarini等對BDCM,TBM,DBCM,DCM四種THMs在谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶存在的條件下作用于沙門氏菌S.typhimurium所引起的基因突變進(jìn)行了研究。選取HisG46為突變基因位點(diǎn),檢測突變光譜的變化情況,測得在谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶存在時(shí),GC轉(zhuǎn)變?yōu)锳T的概率為96%100%,且誘變能力的大小為:TBMCDBMBDCMDCM。類推到人體,BDCM,TBM,DBCM三種物質(zhì)受谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的調(diào)控,而不同于其他含氯THMs,所以兩類物質(zhì)

5、對人體的作用機(jī)制不同。Lilly等在1997年測定了TCM和BDCM分濃度注射入雄性F-344大鼠體內(nèi),測定毒物對大鼠腎毒性和肝毒性的影響,選用的指標(biāo)有丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶alanineaminotransferase,ALT,天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶aspartateaminotransferase,AST,脲氮ureanitrogen,BUN,肌酸酐creatinine,CRE,乳酸脫氫酶lactatedehydrogenase,LDH,總蛋白totalprotein,TPR,血清山梨醇脫氫酶Serumsorbitoldehydrogenase,SDH和尿A-乙酰葡萄糖胺酶urineA-acetylgluc

6、osaminidase,NAG的活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明BDCM在低劑量的作用下對腎臟的急性毒性比TCM要強(qiáng),并且對腎臟的慢性毒性要比TCM的作用要持久。這與Lilly等在1994年的研究結(jié)果符合。由于碘代三鹵甲烷正在成為科學(xué)界新興的研究熱點(diǎn),Richardson等對DCIM和BCIM的毒性展開了研究,他們選取中國倉鼠卵巢細(xì)胞(CHO)AS52為受試細(xì)胞,來測定DCIM和BCIM的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性,同時(shí)也將結(jié)果與一些含碘乙酸和一些新興的碘代酸類物質(zhì)的毒性進(jìn)行綜合比對。用測定細(xì)胞密度的變化來確定慢性細(xì)胞毒性,選取的指標(biāo)為%C/,即細(xì)胞密度為負(fù)對照的50%時(shí)的DBPs的濃度;用單細(xì)胞凝膠電泳S

7、CGE測定急性遺傳毒性,指標(biāo)為拖尾率。細(xì)胞毒性的大小排序如下:TIMBDIMDBIMBCIMCDIMDCIM。而在這些物質(zhì)當(dāng)中只有CDIM存在遺傳毒性。早期動(dòng)物生物檢測數(shù)據(jù)說明HAAs不僅對生殖系統(tǒng)有影響,而且還有胚胎毒性和致畸作用,主要表現(xiàn)為多種生殖損害和發(fā)育損害。1997年,Giller等運(yùn)用三種方法測定比擬了幾種HAAs的細(xì)胞毒性作用,首先對大腸桿菌(E.coli)PQ37進(jìn)行SOS顯色實(shí)驗(yàn),測定-牛乳糖甘酶和堿性磷酸化酶的活性;然后通過對S.typhimuriumTA100菌株進(jìn)行Ames變異反響突變實(shí)驗(yàn),運(yùn)用比色法定性;最后對伊比利亞肋突螈(Pleurodeleswaltl)進(jìn)行微核

8、實(shí)驗(yàn),由紅細(xì)胞中微核數(shù)的多少來確定這些物質(zhì)的毒性大小。最后得出結(jié)果:BAACAADBAADCAATCAATBAA。2002年,Kargalioglu等用同樣的物質(zhì)對S.typhimuriumTA100進(jìn)行微孔板細(xì)胞毒性測試,測定細(xì)胞經(jīng)HAAs暴露210分鐘后在595nm處的光密度,即OD的值,定量測定這些HAAs的細(xì)胞毒性大小,結(jié)果為:BAADBAACAATBAATCAADCAA。同時(shí)對這些物質(zhì)在經(jīng)過細(xì)胞毒性因素調(diào)整之后的遺傳毒性比擬為:BAADBAADCAACAA,而TBAA和TCAA沒有誘變性。2002年,Plewa等采用CHOAS52為受試細(xì)胞,用微孔板實(shí)驗(yàn)測定細(xì)胞密度在暴露前后的變化以

9、確定細(xì)胞毒性,細(xì)胞密度為負(fù)對照的50%時(shí)的DBPs的濃度%C/為測試指標(biāo),結(jié)果為:BAADBAACAATBAADCAATCAA,用SCGE實(shí)驗(yàn)確定遺傳毒性,以拖尾率為指標(biāo),結(jié)果說明:BAACAADBAATBAA,而DCAA和TCAA幾乎沒有遺傳毒性。2021年,Attene-Ramos等對人體小腸上皮細(xì)胞FH74進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了測定比擬了CAA,BAA,IAA的細(xì)胞毒性大小為:IAABAACAA;用SCGE測得的遺傳毒性大小為:IAABAACAA;并且進(jìn)一步合成cDNA,用實(shí)時(shí)定量PCR分析其基因表達(dá),具體檢測的基因表達(dá)功能包括:損傷DNA結(jié)合,DNA修復(fù),細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞凋亡等。比擬相關(guān)實(shí)驗(yàn)

10、所得結(jié)果,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒性和遺傳毒性之間有一定的相關(guān)性,而對S.typhimurium實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果與選用CHO為受試細(xì)胞所得出的結(jié)果無相關(guān)性,說明用S.typhimurium為受試細(xì)胞所得的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確預(yù)測DBPs對哺乳動(dòng)物細(xì)胞產(chǎn)生的毒性效應(yīng)。3.2含氮消毒副產(chǎn)物毒理學(xué)研究進(jìn)展早期研究說明,THMs對于齲齒類動(dòng)物具有較強(qiáng)的致癌作用,可以作用于肝臟,大腸和腎臟,產(chǎn)生毒性作用,同時(shí)也有胚胎毒性和致畸作用。然而,有研究說明,與THMs對應(yīng)的HNMs的誘變性遠(yuǎn)大于THMs,產(chǎn)生的細(xì)胞毒性至少10倍于THMs,所采用的方法是將S.typhimuriumTA100菌株與HNMs培育三天之后,測定突變體克隆子

11、的數(shù)量。2004年,Kundu用相同的實(shí)驗(yàn)方法對9種HNMs分別作用于S.typhimuriumTA98,TA100,TA104,TPT100,RSJ100在非代謝活化-S9和代謝活化S9兩種情況下的誘變能力進(jìn)行排序,并得出結(jié)果。在非代謝活化時(shí),(TBNMBCNMDBNM)(BNMBDCNM)(TCNMDCNMCNM);在代謝活化時(shí),(DBNMBCNMTBNM)BNMBDCNM)(DCNMCNMTCNM),而DBCNM未觀察到細(xì)胞毒性。DBCNMBNMTBNMBDCNMBCNMDCNMCNMTCNM,而DNA的遺傳損傷為DBNMBDCNMTBNMTCNMBNMDBCNMBCNMDCNMCNM。

12、在此根底上,2021年Liviac利用彗星實(shí)驗(yàn)和微核實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,測定了TCNM和BNM兩種典型的HNMs作用于人類淋巴細(xì)胞(lymphocyte)TK6的毒性大小。結(jié)果顯示溴代物的毒性明顯強(qiáng)于氯代物,同時(shí)DNA的損傷由氧化作用引起,并且不能轉(zhuǎn)化為永久的遺傳損傷。最新研究說明,HANs的毒性比同類的含碳消毒副產(chǎn)物例如HAAs要強(qiáng)許多,同時(shí)隨著新消毒方式的廣泛應(yīng)用,HANs作為改良的飲用水消毒方式產(chǎn)生的含氮DBPs的一種,其毒理學(xué)效應(yīng)越來越受到人們的重視。早在1991年,Osgood就對果蠅在HANs作用下的毒性效應(yīng)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)HANs具有誘變性和致癌性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)DCAN而非DBAN是黑腹果

13、蠅卵母細(xì)胞非整倍體的有效誘導(dǎo)物。在1995年,Curieux等對CAN、DCAN、TCAN、BAN、DBAN、BCAN這六種物質(zhì)的毒性進(jìn)行研究,首先采用SOS顯色反響確定了DCAN、DBAN、BCAN三種物質(zhì)對于E.coliPQ37的DNA損傷都存在一定程度的誘導(dǎo)作用,但響應(yīng)值較低,可見SOS方法雖然簡單快速,但其局限性在于對毒物敏感性較弱。其次,Curieux對S.typhimurium進(jìn)行了Ames變異反響突變實(shí)驗(yàn),以觀察顏色的方法定性檢測到CAN、DCAN、TCAN、BAN、BCAN這五種物質(zhì)的誘變性,誘變能力大小排序?yàn)椋篋CANBCANBANTCANCAN,這種方法較敏感,并且十分適于

14、檢測水樣品的誘變性;最后,用微核實(shí)驗(yàn)檢測到所有這六種物質(zhì)均能對Pleurodeleswaltl周邊血液紅細(xì)胞的染色體斷裂產(chǎn)生效應(yīng)。為了選用更適宜的模式生物來模擬HANs作用于人體的毒性情況,Muellner采用CHOAS52為模式細(xì)胞,運(yùn)用測試細(xì)胞密度變化的慢性毒性分析法和單細(xì)胞凝膠電泳兩種方法系統(tǒng)分析了7種HANs作用于CHO的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性作用,細(xì)胞毒性大小次序?yàn)椋篋BANIANBANBCANDCANCANTCAN;遺傳毒性大小次序?yàn)椋篒ANBANDBANBCANCANTCANDCAN。從結(jié)果可以看出細(xì)胞毒性和遺傳毒性具有一定的相關(guān)性,并且碘代物的毒性要大于溴代物的毒性大于氯代

15、物的毒性。2021年,Plewa對13種HAcAms作用于CHOAS52的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性進(jìn)行了比擬研究,細(xì)胞毒性的大小次序?yàn)椋篋IAcAmIAcAmBAcAmTBAcAmBIAcAmDBCAcAmCIAcAmBDCAcAmDBAcAmBCAcAmCAcAmDCAcAmTCAcAm.遺傳毒性的大小次序?yàn)椋篢BAcAmDIAcAmIAcAmBAcAmDBCAcAmBIAcAmBDCAcAmCIAcAmBCAcAmDBAcAmCAcAmTCAcAm.DCAcAm沒有遺傳毒性。同年,Plewa等通過試管哺乳細(xì)胞試驗(yàn)系統(tǒng)分析和比照了THMs、HAAs、HANs、HNMs和HAcAms等鹵代D

16、BPs的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),上述鹵代DBPs的細(xì)胞毒性由高到低依次為:HAcAmsHNMsHANsHAAsTHMs;遺傳毒性由高到低依次為:HAcAmsHANsHNMsHAAsTHMs??梢奌AcAms具有更高的致畸和致突變性。隨著亞硝胺類物質(zhì)在消毒飲用水中的出現(xiàn),它作用于人體所產(chǎn)生的平安效應(yīng)越來越受到關(guān)注,亞硝胺類物質(zhì)也逐漸被認(rèn)為是一種致癌物。而在亞硝胺類物質(zhì)當(dāng)中,二甲基亞硝胺NDMA是唯一在飲用水中被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì),在九十年代,科學(xué)界關(guān)于亞硝胺類物質(zhì)的所有研究重點(diǎn)幾乎都集中于NDMA的存在和毒理學(xué)效應(yīng)。NDMA最早在加拿大安大概湖消毒飲用水中發(fā)現(xiàn)的濃度為0.3g/L,而最

17、新的測定數(shù)據(jù)顯示,NDMA在飲用水消毒之后的濃度一般不會(huì)超過10ng/L。而有關(guān)NDMA的毒理學(xué)研究,在1996年時(shí),Couratier等就對NDMA作用于神經(jīng)細(xì)胞(neuralcells)的急性和慢性毒性作用進(jìn)行了相應(yīng)的研究,采用了免疫印跡法,并且應(yīng)用熒光顯微鏡觀察殘存神經(jīng)元數(shù)量來表征NDMA毒性大小,研究認(rèn)為,NDMA的神經(jīng)毒性作用可以導(dǎo)致神經(jīng)元磷酸化和免疫反響。1999年,Taniguchi等通過測定大鼠肝臟內(nèi)的谷胱甘肽GSH和金屬硫因MT在暴露于NDMA一段時(shí)間之后含量的變化研究了NDMA對老鼠肝臟的氧化作用。結(jié)果顯示,NDMA重復(fù)施毒所產(chǎn)生的氧化和肝毒素效應(yīng)大于單劑量投藥的效應(yīng)。20

18、21年,一項(xiàng)最新的研究評(píng)估了亞硝基二乙胺NDEA和亞硝基二甲胺NDMA兩種亞硝胺類物質(zhì)作用于lymphocyteTK6的細(xì)胞毒性和遺傳毒性作用。此實(shí)驗(yàn)首先測定了細(xì)胞暴露于NDMA和NDEA之后的穩(wěn)定度來確定細(xì)胞毒性,其次采用單細(xì)胞凝膠電泳測定DNA損傷,采用微核實(shí)驗(yàn)來測定染色體斷裂等其他遺傳損傷。結(jié)果說明NDEA和NDMA無論濃度的上下均不表達(dá)細(xì)胞毒性,而只有在添加了S9之后,NDMA在10mM的高濃度下才能顯示出遺傳毒性,NDEA在5mM濃度時(shí)顯示出遺傳毒性。4消毒副產(chǎn)物的毒理學(xué)研究方法近三十年來,科學(xué)界對DBPs毒理學(xué)效應(yīng)的研究正在不斷深入,已有的毒理學(xué)研究也運(yùn)用不同的受試生物和不同的檢測

19、方法闡述并比擬了多種DBPs的毒理學(xué)大小。表2對這些毒理學(xué)研究方法進(jìn)行了總結(jié)概括。表2DBPs的毒理學(xué)研究方法 物質(zhì) 受試生物 測試方法 測試指標(biāo) 文獻(xiàn) C-DBPs THMs male rat F-344 口頭暴露 ALT, AST, BUN, CRE, LDH, TPR, SDH, NAG S. typhimurium RSJ100 hisG46突變光譜 GC AT CHO AS52 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 HAAs S. typhimurium TA100 Ames變異反響突變實(shí)驗(yàn) 定性觀察顏色 E.coli PQ 37 SOS顯色實(shí)驗(yàn) -牛乳糖甘酶和堿性磷酸酶活性

20、 Pleurodeles waltl 微核實(shí)驗(yàn) 紅細(xì)胞微核數(shù) S. typhimurium TA100 微孔板細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn) OD CHO AS52 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 人小腸上皮細(xì)胞 FH74 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 RT -PCR DNA結(jié)合、修復(fù),細(xì)胞周期調(diào)控與細(xì)胞凋亡 N-DBPs HNMs S. typhimurium 致突變試驗(yàn) 突變體的數(shù)量 CHO AS52 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 lymphocyte TK6 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 微核實(shí)驗(yàn) 微核數(shù)目 HANs E.coli PQ 37 SOS顯色實(shí)驗(yàn) -牛乳

21、糖甘酶和堿性磷酸酶 S. typhimurium TA100 Ames變異反響突變實(shí)驗(yàn) 定性觀察顏色 Pleurodeles waltl 微核實(shí)驗(yàn) 紅細(xì)胞微核數(shù) CHO AS52 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 HAcAms CHO AS52 測細(xì)胞密度 %C / 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 NDMA neural cells 免疫印跡分析 細(xì)胞提取物 熒光顯微鏡觀察 神經(jīng)細(xì)胞 rat 毒物體內(nèi)注射 GSH,MT lymphocyte TK6 單細(xì)胞凝膠電泳 拖尾率 微核實(shí)驗(yàn) 微核數(shù)目 依據(jù)模式生物選擇上的不斷開展,毒理學(xué)研究分成以下幾個(gè)階段。最早,選用細(xì)菌S.typhimurium

22、或Escherichiacoli為模式生物,測定了幾類DBPs的毒性效應(yīng),常用的幾種測試實(shí)驗(yàn)有SOS顯色反響,Ames變異反響突變實(shí)驗(yàn),微核實(shí)驗(yàn)等,用以測定DBPs對于細(xì)菌的細(xì)胞毒性和基因突變的影響。但是以細(xì)菌為模式生物測定DBPs的毒理學(xué)效應(yīng)所得到的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確預(yù)測DBPs對哺乳動(dòng)物所產(chǎn)生的毒性效應(yīng),由于無法為人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的理論依據(jù),應(yīng)用價(jià)值大大降低,因此需要選取新的模式生物。有科學(xué)家選取齲齒類動(dòng)物大鼠為模式生物,給它們定期染毒,測定毒物在體內(nèi)所引起的毒性效應(yīng),常用的測試器官有肝臟、大腸、腎臟。也有學(xué)者選取黑腹果蠅來測試卵母細(xì)胞中染色體受毒物的影響情況。隨著DBPs毒性研究的不

23、斷深入,越來越多的學(xué)者選用中國倉鼠卵巢細(xì)胞CHO為受試細(xì)胞,測定了多類DBPs的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性。所選用的方法均為細(xì)胞密度測試來表征慢性細(xì)胞毒性,單細(xì)胞凝膠電泳實(shí)驗(yàn)來表征急性遺傳毒性,由于所選用的測試手段和受試細(xì)胞相同,所以這些實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)可以直接用以比擬分析。然而,為了更好的模擬DBPs作用于人體的健康效應(yīng),探究DBPs對于人體肝臟、小腸、腎臟的毒性作用,最新的研究較集中于選用人體細(xì)胞為受試細(xì)胞。除了在模式生物的選擇上需要不斷改良,實(shí)驗(yàn)方法也開始備受關(guān)注。縱觀以往研究所采用的分析方法,過多集中在Ames實(shí)驗(yàn),SOS顯色反響,一些代表酶類的含量改變分析,微核實(shí)驗(yàn),細(xì)胞密度測定實(shí)驗(yàn)

24、,單細(xì)胞凝膠電泳等一些體外測試方法,以及染毒實(shí)驗(yàn)等一些體內(nèi)測試方法。由于這些方法大多比擬傳統(tǒng)和陳舊,應(yīng)選用更加新穎和敏感的測試方法也是今后研究的重要開展方向。5展望1對于含鹵原子的飲用水消毒副產(chǎn)物H-DBPs的毒性大小的研究,發(fā)現(xiàn)無論是細(xì)胞毒性還是遺傳毒性,其總趨勢均為IBrCl。因此為了有效降低DBPs對人體產(chǎn)生的毒性作用,我們必須加強(qiáng)對碘代和溴代的消毒副產(chǎn)物的研究控制。2為了更好地模擬和預(yù)測DBPs作用于人體所引起的健康風(fēng)險(xiǎn),對于DBPs毒性作用的研究在選取模式生物上不斷更新?,F(xiàn)今選取較多的受試細(xì)胞為CHO,DBPs作用于CHO毒性作用的研究也已經(jīng)形成系統(tǒng)性。建議在今后的研究中可以較多側(cè)重

25、于研究DBPs對人體細(xì)胞的毒性影響。3DBPs的毒理學(xué)研究方法較傳統(tǒng),大多集中于一些根本的體內(nèi)測試和體外測試方法,對于遺傳毒性的影響是基于基因突變、染色體突變和DNA損傷三個(gè)層面,而方法也缺乏一定創(chuàng)新性。在今后的研究中可以采用新穎的毒理學(xué)測試方法,從而更好地為癌癥發(fā)生的機(jī)理和控制方法提供理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)1 Krasner SW, McGuire MJ, Jacangelo JG, et al. The occurrence of disinfection by-products in US drinking water . Journal of the American Water Work

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