蘇躍穩(wěn)，張　昕，王　?。执髮W(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長春130022）

?

L-纈氨酸代謝工程研究進(jìn)展

蘇躍穩(wěn)，張昕，王健
（吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長春130022）

摘要：L-纈氨酸屬于支鏈氨基酸，是人體八種必需氨基酸之一，廣泛用于食品、醫(yī)藥、飼料、化妝品等領(lǐng)域。由于其含有特殊的生理功能，市場需求較大，使得L-纈氨酸的生產(chǎn)備受關(guān)注。代謝工程有著理性思維的設(shè)計，在氨基酸生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。主要闡述了L-纈氨酸生物合成途徑中的關(guān)鍵酶及其代謝調(diào)控，綜述了L-纈氨酸合成的代謝工程研究現(xiàn)狀，并對利用代謝工程原理進(jìn)行L-纈氨酸生產(chǎn)菌的理性設(shè)計提出展望。

關(guān)鍵詞：L-纈氨酸；發(fā)酵；生物合成；途徑工程

L-纈氨酸是生命體不可或缺的必需氨基酸，在人體代謝中占重要地位。L-纈氨酸可作為人類和動物的營養(yǎng)補充產(chǎn)品，也可作為藥物、化妝品的保濕成分、抗生素以及除草劑［1-3］。此外，L-纈氨酸還可作為飼料添加劑，能改善免疫機能［4］，2013年對其需求量已經(jīng)增至2 500 t［5］。目前，大多數(shù)企業(yè)采用對生產(chǎn)菌進(jìn)行誘變改造菌種，然而由于菌種遺傳背景不明，產(chǎn)量較難提高。研究者運用代謝工程技術(shù)構(gòu)建L-纈氨酸的生產(chǎn)菌，明顯提高了其產(chǎn)量。

1　纈氨酸合成途徑中涉及的關(guān)鍵酶

谷氨酸棒狀桿菌的生物合成途徑如圖1所示。L-纈氨酸合成的重要前體是丙酮酸，經(jīng)四步反應(yīng)合成纈氨酸。L-纈氨酸合成受多個關(guān)鍵酶控制，其中大部分L-纈氨酸合成酶基因已經(jīng)得到克隆：乙酰乳酸合成酶（AHAS，由ilvBN基因編碼），乙酰羥酸異構(gòu)還原酶（AHAIR，由ilvC基因編碼），二羥酸脫水酶（DHAD，由ilvD基因編碼），支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶（TA，由ilvE基因編碼）。同時胞內(nèi)的L-纈氨酸由轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合體BrnFE（由brnFE基因編碼）運至細(xì)胞外［6-11］。

圖1　在谷氨酸棒狀桿菌中L-纈氨酸的生物合成途徑

2　L-纈氨酸合成的代謝工程研究

通過理性設(shè)計代謝工程的育種策略，利用代謝工程手段對代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有目的的修飾，設(shè)計菌株的分解代謝、合成代謝的多步級聯(lián)反應(yīng)，這樣能最大限度提高L-纈氨酸的產(chǎn)量，并減少副產(chǎn)物的生成，從而避免誘變育種可能對菌體產(chǎn)生的不良影響。

2.1 L-纈氨酸中心代謝途徑

對谷氨酸棒狀桿菌的生物合成分析表明，菌體攝取葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生L-纈氨酸主要經(jīng)歷糖酵解途徑（EMP）、磷酸戊糖途徑（HMP）、三羧酸循環(huán)途徑（TCA）等。HMP途徑主要提供還原力NADPH，作用于L-纈氨酸合成的乙酰羥基酸異構(gòu)還原酶的催化反應(yīng)，是L-纈氨酸合成的關(guān)鍵途徑。由于在發(fā)酵過程中ATP大部分是以熱能形式消耗掉的，而ATP的合成需要NADPH，從而造成NADPH的流失，所以從遺傳改造和發(fā)酵方面控制，降低TCA循環(huán)途徑的代謝流，有效提高L-纈氨酸的產(chǎn)量。

2.2增加前體物質(zhì)的供應(yīng)

丙酮酸的流向較為廣泛，主要有三羧酸循環(huán)、L-纈氨酸、L-丙氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸等的合成，還有一些有機酸，如乳酸、乙酸等。丙酮酸是L-纈氨酸合成的重要前體物質(zhì)，降低丙酮酸的旁路消耗，可以提高L-纈氨酸的產(chǎn)量［12］。根據(jù)代謝分析模擬敲除aceF基因和mdh基因，滅活丙酮酸脫氫酶復(fù)合體和蘋果酸脫氫酶，從而減少丙酮酸流失，使其更多地流向L-纈氨酸的合成途徑，提高L-纈氨酸的產(chǎn)量。目前研究多集中于優(yōu)化其細(xì)胞內(nèi)的可用性，一種是敲除多個D-泛酸鈣的合成基因panBC，結(jié)果造成輔酶A限制丙酮酸脫氫酶反應(yīng)的有效性，從而使丙酮酸濃度提高30倍，最終提高L-纈氨酸產(chǎn)量。對谷氨酸棒狀菌ΔilvAΔpanBC（pJC4ilvBNCD）進(jìn)行代謝控制分析，根據(jù)動態(tài)細(xì)胞代謝數(shù)據(jù)建造動力學(xué)路徑模型，推測丙酮酸供應(yīng)仍受限制，提高丙酮酸產(chǎn)量以及L-纈氨酸途徑基因需要過表達(dá)，才能達(dá)到較為平衡高產(chǎn)。在L-纈氨酸合成途徑中二羥酸脫水酶反應(yīng)最快，而乙酰羥酸異構(gòu)還原酶、支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和L-纈氨酸分泌反應(yīng)最慢。另外，由于敲除aceE基因，降低編碼E1p亞基酶復(fù)合物的含量，造成丙酮酸脫氫酶不足，最終使丙酮酸濃度可達(dá)17 mmol/L。同時敲除PQO基因（編碼丙酮酸/醌氧化還原酶），以乙酸和葡萄糖為碳源，該丙酮酸脫氫酶缺陷型生產(chǎn)菌L-纈氨酸產(chǎn)量可達(dá)26.4 g/L，產(chǎn)物最大得率為0.52 mol/mol（L-纈氨酸/葡萄糖）。Kyowa等［13］通過選育，篩出對丙酮酸敏感菌株，從而降低丙酮酸脫氫酶的活性，提高丙酮酸的積累。Blombach等［14］敲除三羧酸循環(huán)的aceE基因，從而提高丙酮酸的產(chǎn)量，分批發(fā)酵L-纈氨酸產(chǎn)量高達(dá)48 g/L。Hou等［15］研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)L-纈氨酸生產(chǎn)菌迄今還分泌L-丙氨酸高達(dá)7.5 g/L。L-丙氨酸跟L-纈氨酸的化學(xué)性質(zhì)相似，這就增加分離純化的難度和成本。在谷氨酸棒狀桿菌中轉(zhuǎn)氨酶AlaT和AvtA是L-丙氨酸的合成酶。谷氨酸棒狀桿菌ΔilvAΔpanBC（pJC1ilvBNCD）滅活A(yù)laT基因，可以減少80%的L-丙氨酸合成，不過菌體生長速率也下降50%。

2.3終端代謝途徑

在谷氨酸棒狀桿菌中L-纈氨酸合成與L-異亮氨酸合成共用AHAS、AHAIR、DHAD和TA這四種酶，主途徑對AHAS的親和性小于L-異亮氨酸途徑。這導(dǎo)致丙酮酸優(yōu)先被利用于合成L-異亮氨酸，對合成L-纈氨酸是不利的［16-17］。

2.3.1過表達(dá)主途徑基因

乙酰乳酸合成酶包括催化亞基和調(diào)節(jié)亞基，其中由ilvN編碼的小亞基具有調(diào)節(jié)功能，由ilvB編碼的大亞基具有催化功能［18］。在大腸桿菌中存在三種同工酶，AHAS I、AHAS II、AHAS III，而AHAS I的活性最高，其基因ilvBN的啟動子具有獨特調(diào)控途徑，是降解物阻遏系統(tǒng)中的cAMP-依賴性蛋白誘導(dǎo)的唯一操縱子，與ilvC基因形成的操縱子是過表達(dá)L-纈氨酸的關(guān)鍵［19］。Tobias Bartek等［20］將含基因ilvBNCDE的質(zhì)粒ΔaceE pJC4ilvBNCE導(dǎo)入缺陷丙酮酸脫氫酶的谷氨酸棒狀桿菌中，其中ilvBN基因編碼乙酰乳酸合酶過表達(dá)，有效轉(zhuǎn)化丙酮酸，減少丙氨酸產(chǎn)生，增加L-纈氨酸產(chǎn)量，有效減少α-酮異戊酸。纈氨酸產(chǎn)量為12.3 g/L，而丙酮酸降為0.09 g/L，α-酮異戊酸降為0.24 g/L。Hoechst等［21］將基因ilvE克隆到pBR322質(zhì)粒中，使重組質(zhì)粒導(dǎo)入到大腸桿菌DG30中，構(gòu)建的工程菌能過表達(dá)支鏈轉(zhuǎn)移酶，可以提高L-纈氨酸的產(chǎn)量。

2.3.2解除調(diào)節(jié)反饋抑制

乙酰乳酸合成酶受到三種氨基酸的抑制，依次為L-纈氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸，其50%抑制濃度分別為0.9、3.1和6 mmol/L［22］。L-纈氨酸合成的第一限速酶是乙酰乳酸合成酶，受L-纈氨酸反饋抑制，也受末端產(chǎn)物多階阻遏。將乙酰乳酸合成酶調(diào)節(jié)亞基的Gly-Ile-Ile突變?yōu)锳sp-Asp-Phe完全解除支鏈氨基酸對乙酰乳酸合成酶的反饋抑制?？梢酝ㄟ^敲除ilvA基因和leuA基因來解除L-異亮氨酸和L-亮氨酸對乙酰乳酸合成酶的抑制，還可以弱化其啟動子，降低這兩種氨基酸的產(chǎn)量，形成滲透性缺陷型［23］。Holatkod等［24］增強ilvD和ilvE基因的啟動子活性，降低ilvA和leuA基因的啟動子活性，發(fā)酵48 h搖瓶培養(yǎng)積累15.9 g/L。通過對ilvGMEDA操縱子進(jìn)行基因重組修飾，將ilv操縱子敲除破壞或敲除操縱子中的ilvE基因，減弱蘇氨酸脫氨酶活性，減弱旁路代謝流，進(jìn)而提高L-纈氨酸產(chǎn)量。由于ilvBNC的表達(dá)受到轉(zhuǎn)錄弱化，而對于轉(zhuǎn)錄弱化來說，前導(dǎo)肽的翻譯是比較重要的，只是ilvBNC的轉(zhuǎn)錄起點和翻譯起點相距僅有1 bp，沒有核糖體結(jié)合點，可以通過改變前導(dǎo)序列纈氨酸的密碼子，進(jìn)而解除弱化。此外，短導(dǎo)肽的轉(zhuǎn)錄和ilvBNC的轉(zhuǎn)錄還受到2-酮丁酸的誘導(dǎo)，說明ilvBNC的表達(dá)不是獨立機制，還受其他物質(zhì)調(diào)控。

2.4提高NADPH的策略

NADPH在合成L-纈氨酸中扮演重要角色。每合成1 mol L-纈氨酸需要消耗1 mol葡萄糖和2 mol NADPH。NADPH在合成L-纈氨酸中消耗占總量的39.78%，其產(chǎn)生途徑主要是HMP途徑，應(yīng)改變NADPH代謝流，使NADPH更多地流向L-纈氨酸合成途徑。NADPH與NADH存在動態(tài)平衡，每合成1 mol NADH需要消耗2 mol NADPH，從而造成NADPH流失。而NADPH作用于乙酰羥酸異構(gòu)還原酶和支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的催化反應(yīng)中，提高其催化效率能提高L-纈氨酸的合成。NADH的合成主要在糖酵解途徑，關(guān)鍵酶磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（PGI，由pji基因編碼）催化合成。敲除該基因可以使葡萄糖更多流向HMP途徑，從而提高NADPH產(chǎn)量。另外，通過過表達(dá)膜結(jié)合轉(zhuǎn)氫酶可促進(jìn)NADH向NADPH轉(zhuǎn)化［25］。根據(jù)代謝網(wǎng)絡(luò)分析，不同的模式下，改變NADPH的反應(yīng)通路，產(chǎn)物最大得率由0.5 mol/mol（L-纈氨酸/葡萄糖）提高到1 mol/mol（L-纈氨酸/葡萄糖）。NADPH由異檸檬酸脫氫酶提供，產(chǎn)物最大得率僅為0.5 mol/mol（L-纈氨酸/葡萄糖）。碳通量的重新定向，明顯提高磷酸戊糖途徑，產(chǎn)生更多NADPH，產(chǎn)物最大得率提高到0.86 mol/mol（L-纈氨酸/葡萄糖），從而減少碳源的浪費。在這條路線上，丙酮酸羧化酶和蘋果酸脫氫酶的催化下將NADH的氫傳遞到NADPH［26］。

2.5 L-纈氨酸的轉(zhuǎn)運

在谷氨酸棒狀桿菌中將L-纈氨酸輸送到胞內(nèi)是通過brnQ基因編碼的轉(zhuǎn)運蛋白BrnQ完成的，然后通過轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合體BrnFE分泌到胞外。如果L-纈氨酸不及時地排出體外，則造成對L-纈氨酸合成途徑關(guān)鍵酶受到抑制，同時弱化編碼基因的轉(zhuǎn)錄，最終造成L-纈氨酸合成減少。研究表明全局調(diào)控因子Lrp可結(jié)合在lrp和brnF之間的DNA上，能刺激BrnFE的表達(dá)［27］。

2.6代謝流的全局調(diào)控

傳統(tǒng)上代謝工程主要是根據(jù)代謝調(diào)控機制采用一些常規(guī)手段，由基因缺失、基因突變、關(guān)鍵酶表達(dá)以及基因重組等來構(gòu)建新的合成途徑。由于L-纈氨酸途徑只涉及一種或多種基因的表達(dá)或調(diào)控，往往只能實現(xiàn)局部途徑最優(yōu)化，很難實現(xiàn)細(xì)胞全局最優(yōu)化。因此從全局分析，綜合考察基因的調(diào)控與表達(dá)、酶活性的調(diào)節(jié)和細(xì)胞內(nèi)代謝流，同時還涉及細(xì)胞能量、輔酶因子、前體等變化的過程，將高通量組學(xué)分析技術(shù)和構(gòu)建基因組水平的代謝網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用到全局系統(tǒng)代謝工程上，進(jìn)而對整個合成途徑進(jìn)行全局優(yōu)化。Park等［28］用代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析對基因進(jìn)行模擬敲除，構(gòu)建出高產(chǎn)L-纈氨酸的工程菌。Magnus等［29］將谷氨酸棒狀桿菌ΔilvAΔpanBC （pJC4ilvBNCD）根據(jù)動態(tài)胞內(nèi)代謝數(shù)據(jù)，進(jìn)行代謝控制分析和應(yīng)用動力學(xué)L-纈氨酸路徑模型，該模型推測出丙酮酸供應(yīng)仍是受限的，需要用L-纈氨酸途徑的基因過表達(dá)進(jìn)行平衡，經(jīng)預(yù)測DHAD是各反應(yīng)中最快的，在L-纈氨酸分泌途經(jīng)序列中，AHAIR、TA和L-纈氨酸排出為反應(yīng)最慢的。Hasegawa等［30］敲除乳酸脫氫酶基因，過表達(dá)關(guān)鍵酶基因ilvBN、ilvC、ilvD以及ilvE，構(gòu)建工程谷氨酸棒狀桿菌，并進(jìn)行發(fā)酵工藝優(yōu)化，發(fā)酵48 h時L-纈氨酸產(chǎn)量達(dá)到227 g/L，是目前最高水平。Park等［31］采用代謝工程改造L-纈氨酸生產(chǎn)菌，分析其代謝網(wǎng)絡(luò)定點敲除基因ilvA、panB、leuA、lacI，解除了其合成途徑中反饋抑制，阻斷其他途徑的消耗，除去發(fā)酵副產(chǎn)物，糖酸轉(zhuǎn)化率提高10倍（為0.22 g/g）。其中用轉(zhuǎn)錄組分析雙重減少lrp基因的表達(dá)，lrp基因為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，能有效激活ilvIH的表達(dá)。因此，將lrp基因?qū)胭|(zhì)粒pTrc184并過表達(dá)，較原菌株L-纈氨酸產(chǎn)量可提高22%。另外，過表達(dá)ygaZH操縱子，可使E. coli Val（pKBRilvBNCED）（pTrc184ygaZHlrp）產(chǎn)量提高7.61 g/L。

3　展望

代謝工程通過系統(tǒng)分析L-纈氨酸代謝網(wǎng)絡(luò)，找出關(guān)鍵節(jié)點，用特定手段進(jìn)行改進(jìn)，對途經(jīng)進(jìn)行修飾。代謝工程目的性強，最大程度提高L-纈氨酸產(chǎn)量，減小副產(chǎn)物的產(chǎn)量，也為下游分離提純降低成本。未來對L-纈氨酸生產(chǎn)菌進(jìn)行基因水平、蛋白質(zhì)水平等多層次分析，對L-纈氨酸生產(chǎn)菌所有節(jié)點進(jìn)行全局分析，再結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)以及計算機建模等現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行改良，一定會通過理性設(shè)計構(gòu)建出穩(wěn)定性好、副產(chǎn)物少，更適合工業(yè)化生產(chǎn)的L-纈氨酸生產(chǎn)菌株。

參考文獻(xiàn)：

［1］KARAU A，GRAYSON I. Amino acids in human and animal nutrition［J］. Advances in biochemical engineering，2014，143：189-228.

［2］TAKUMI K，NAMIKI I，MICHAEL R. et al. Branched-chain amino acids as pharmacological nutrients in chronic liver disease［J］. Hepatology，2011，54（3）：1063-1070.

［3］CHIPMAN D M，DUGGLEBY R G，TITTMANN K. Mechanisms of acetohydroxyacid synthases［J］. Chemical biology，2005，9（5）：475-481.

［4］陳熠，彭藝，賀建華，等.添加纈氨酸對泌乳母豬血清和乳中生化免疫指標(biāo)及激素水平的影響［J］.中國飼料，2009（17）：15-20.

［5］張偉國，郭燕鳳.支鏈氨基酸生物合成及其代謝工程育種研究進(jìn)展［J］.食品與生物技術(shù)學(xué)報，2014，33（2）：120-126.

［6］LEYVAL D，UY D，DELAUNAY S，et al. Characterisation of the enzyme activities involved in the valine biosynthetic pathway in a valine producing strain of Corynebacterium glutamicum［J］. Journal of biotechnology，2003，104（1/3）：241-252.

［7］KEILHAUER C，EGGELING L，SAHM H. Isoleucine synthesis in Corynebacterium glutamicum：molecular analysis of the ilvB-ilvN-ilvC operon［J］. Journal of bacteriology，1993，175（17）：5595-5603.

［8］MCHARDY A C，TAUCH A，RüCKERT C，et al. Genome-based analysis of biosynthetic aminotransferase genes of Corynebacterium glutamicum［J］. Journal of biotechnology，2003，104（1）：229-240.

［9］張克旭，陳寧.代謝控制發(fā)酵［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005.

［10］孫麗萍，吳海珍，張惠展.第三代基因工程—代謝工程［J］.藥物生物技術(shù)，2000，7（2）：71-76.

［11］OLDIGES M，EIKMANNS B J，BLOMBACH B. Application of metabolic engineering for the biotechnological production of L-valine［J］. Applied microbiology and biotechnology，2014，98 （13）：5859-5870.

［12］BLOMBACH B，SCHREINER M E，BARTEK T，et al. Corynebacterium glutamicum tailored for high-yield L-valine production［J］. Applied microbiology and biotechnology，2008，79（3）：471-479.

［13］KATSUMATA R，HASHIMOTO S. Process for producing L-valine：US5521074［P］. 1996-5-28.

［14］BLOMBACH B，SCHREINER M E，HOLáTKO J，et al. LValineproductionwithpyruvatedehydrogenasecomplex-deficient Corynebacterium glutamicum［J］. Applied and environmental microbiology，2007，73（7）：2079-2084.

［15］HOU Xiaohu，GE Xiangyang，WU Di，et al. Improvement of L-valine production at high temperature in Brevibacterium flavum by overexpressing ilvEBN（r）C genes［J］. Journal of industrial microbiology，2012，39（1）：63-72.

［16］OLDIGES M，EIKMANNS B J，BLOMBACH B. Application of metabolic engineering for the biotechnological production of L-valine［J］. Applied microbiology and biotechnology，2014，98 （13）：5859-5870.

［17］LEE Y T，DUGGLEBY R G. Identification of the regulatory subunit of Arabidopsis thaliana acetohydroxyacid synthase and reconstitution with its catalytic subunit［J］. Biochemistry，2001，40（23）：6836-6844.

［18］BLOMBACH B，SCHREINER M E，HOLáTKO J，et al. LValineproductionwithpyruvatedehydrogenasecomplex-deficient Corynebacterium glutamicum［J］. Applied and environmental microbiology，2007，73（7）：2079-2084.

［19］BLOMBACH B，ARNDT A，AUCHTER M，et al. L-Valine production during growth of pyruvate dehydrogenase complexdeficient Corynebacterium glutamicum in the presence of ethanol or by inactivation of the transcriptional regulator SugR ［J］. Applied and environmental microbiology，2009，75（4）：1197-1200.

［20］BARTEK T，Z?NNCHEN E，KLEIN B，et al. Analysing overexpression of L -valine biosynthesis genes in pyruvate -dehydro ge nase - deficient Corynebacterium glutamicum［J］. Journal of industrial microbiology and biotechnology，2010，37 （3）：263-270.

［21］HOECHST.New extrachromosomalelement-containingaliphatict ransminnase gene from Ascherichia coil；alanine，valine，and isoleucine over production：EP265852［P］. 1986-10-29.

［22］BARTEK T，Z?NNCHEN E，KLEIN B，et al. Analysing overexpression of L -valine biosynthesis genes in pyruvate -dehydrogenase-deficient Corynebacterium glutamicum［J］. Journal of industrial microbiology and biotechnology，2010，37（3）：263-270.

［23］LEYVAL D，UY D，DELAUNAY S，et al. Characterisation of the enzyme activities involved in the valine biosynthetic pathway in a valine -producing strain of Corynebacterium glutamicum［J］. Journal of biotechnology，2003，104（1）：241-252.

［24］HOLáTKO J，ELI?áKOVá V，PROUZA M，et al. Metabolic engineering of the L - valine biosynthesis pathway in Corynebacterium glutamicum using promoter activity modulation［J］. Journal of biotechnology，2009，139（3）：203-210.

［25］BARTEK T，BLOMBACH B，LANG S，et al. Comparative13C metabolic flux analysis of pyruvate dehydrogenase complexdeficient，L-valine-producing Corynebacterium glutamicum［J］. Applied and environmental microbiology，2011，77（18）：6644-6652.

［26］BARTEK T，BLOMBACH B，Z?NNCHEN E，et al. Importance of NADPH supply for improved L - valine formation in Corynebacterium glutamicum［J］. Biotechnology progress，2010，26（2）：361-371.

［27］LANGE C，MUSTAFI N，F(xiàn)RUNZKE J，et al. Lrp of Corynebacterium glutamicum controls expression of the brnFE operon encoding the export system for L-methionine and branched-chain amino acids［J］. Journal of biotechnology，2012，158（4）：231-241.

［28］PARK J H，LEE K H，KIM T Y，et al. Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of L-valine based on transcriptome analysis and in silico gene knockout simulation ［J］. Proceedings of the national academy of sciences，2007，104 （19）：7797-7802.

［29］MAGNUS J B，OLDIGES M，TAKORS R. The identification of enzyme targets for the optimization of a valine producing Corynebacterium glutamicum strain using a kinetic model［J］. Biotechnology progress，2009，25（3）：754-762.

［30］HASEGAWA S，UEMATSU K，NATSUMA Y，et al. Improvement of the redox balance increases L-valine production by Corynebacterium glutamicum under oxygen deprivation conditions［J］. Applied and environmental microbiology，2012，78（3）：865-875. ［31］PARK J H，JANG Y S，LEE J W，et al. Escherichia coli W as a new platform strain for the enhanced production of LValine by systems metabolic engineering［J］. Biotechnology and bioengineering，2011，108（5）：1140-1147.

（責(zé)任編輯：朱小惠）

Advances in metabolic engineering for L-valine production

SU Yuewen，ZHANG Xin，WANG Jian
（College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China）

Abstract：As one of eight essential amino acids of human，L-valine belongs to branched-chain amino acid and is widely used in food，medicine，feed，cosmetics and other fields. Because of its special physiological functions，traditional fermentation cannot meet the demand of market，which makes L-valine production a major concern. Rational design of metabolic pathway has been widely used in amino acid production. This review focuses on the key enzymes and their metabolic regulation in L-valine biosynthetic pathway. Moreover，the related metabolic regulation strategy and research status of metabolic engineering of L-valine were summarized. Finally，the rational design of L-valine producing strain was discussed.

Keywords：L-valine；fermentation；biosynthetic pathway；metabolic engineering

作者簡介：蘇躍穩(wěn)（1990—），男，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向為氨基酸代謝工程，E-mail：suyw0820@126.com.

收稿日期：2015-12-20

中圖分類號：TQ92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-2214（2016）02-0118-05