МІКРОБІОЛОГІЧНИЙ СИНТЕЗ АМІНОКИСЛОТ: ІСТОРИЧНЕ ПІДҐРУНТЯ, СУЧАСНІ ПІДХОДИ ТА ПРОМИСЛОВЕ ЗНАЧЕННЯ

Автор(и)

  • Є. О. Журомський Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського https://orcid.org/0000-0002-2957-0053
  • О. І. Яловенко Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” https://orcid.org/0000-0002-5022-143X
  • В. М. Мельник Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” https://orcid.org/0000-0002-0004-7218
  • К. В. Копилова Інcтитут розведення і генетики тварин імені М. В. Зубця НААН, Київська обл., Бориспільський р-н, с. Чубинське, Україна https://orcid.org/0000-0001-6796-390X
  • К. Є. Королюк Інститут продовольчих ресурсів НААН, м. Київ, Україна, Інститут післядипломної освіти НУХТ, м. Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-5321-6177

DOI:

https://doi.org/10.31073/foodresources2025-24-02

Ключові слова:

біотехнологія, мікроорганізми, амінокислоти, хімічний синтез, мікробний синтез, дієтичні добавки

Анотація

Предмет. Систематизовані літературні дані про основні етапи становлення концепцій синтезу амінокислот, методи їх виробництва та шляхи удосконалення мікробіологічних продуцентів на основі опублікованих наукових джерел. Наведено аналіз основних продуцентів амінокислот, які здатні синтезувати їх у промислових масштабах для вирішення проблем у біотехнології та харчової промисловості. Мета. Здійснити систематичний аналіз наукової літератури щодо розвитку уявлень про амінокислоти та порівняти підходи до їх синтезу, з особливим акцентом на мікробіологічні методи як домінантну сучасну технологію виробництва амінокислот у біотехнологічній промисловості. Методи. У дослідженні використано комплекс методів, що дозволяють всебічно охарактеризувати предмет розгляду в межах систематичного огляду літератури. Зокрема, здійснено систематичний пошук наукових джерел за релевантними ключовими словами у провідних академічних базах даних, таких як Google Scholar, IntechOpen, Nature Briefing, PubMed/MEDLINE, ResearchGate, Scopus, Semantic Scholar, Springer Link та Web of Science. Результати. Встановлено, що всі 15 розглянутих амінокислот отримують біотехно-логічними методами, переважно з використанням бактерій таких видів, як Corynebacterium glutamicum та Escherichia coli. Ця галузь є висококонкурентною на світовому ринку, і економіка процесів має першочергове значення. Сфера застосування результатів. Результати цього систематичного огляду є методологічною базою для подальших досліджень у біотехнології амінокислот. Зібрані дані корисні для оптимізації біопроцесів, переходу до сталих технологій та отримання високоякісних L-форм. Систематизовані підходи можна інтегрувати в навчальні програми для підготовки фахівців у галузях біотехнології, мікробіології та інженерії біопроцесів.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Vickery H. B., Schmidt C. L. A. (1931). The History of the Discovery of the Amino Acids. Chemical Reviews, 9(2), 169–318. https://doi.org/10.1021/cr60033a001

Arai Y., Uehara K., Matsumoto K. (2008). [The transition of amino acid drug development for 50 years in Japan (1)--amino acid parenteral fluid]. Yakushigaku Zasshi, 43(2), 162–168. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21032888/

Arai Y., Matsumoto K. (2010). [The transition of amino acids drug development for 50 years in Japan (part 2)--ethical drugs containing amino acids (except alpha-amino acid parenteral fluid)]. Yakushigaku Zasshi, 45(1), 30–39. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21032888/

Ivanov K., Stoimenova A., Obreshkova D., Saso L. (2013). Biotechnology in the Production of Pharmaceutical Industry Ingredients: Amino Acids. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 27(2), 3620–3626. https://doi.org/10.5504/bbeq.2012.0134

Amino Acids Market Size to Reach USD 69.11 Bn by 2034. (2024). Precedence Research - Statistics Platform for Market Intelligence, Market Research and Insights. URL https://www.precedenceresearch.com/amino-acids-market

Noncommunicable diseases Ukraine 2018 country profile. (2018). World Health Organization (WHO). URL https://www.who.int/publications/m/item/noncommunicable-diseases-ukr-country-profile-2018

Ukraine: Public Health Situation Analysis (PHSA) - Long-form (Last Update: April 2022) [EN/UK] - Ukraine. (2022). ReliefWeb. URL https://reliefweb.int/report/ukraine/ukraine-public-health-situation-analysis-phsa-long-form-last-update-april-2022

Sanchez S., Rodríguez-Sanoja R., Ramos A., Demain A. L. (2018). Our microbes not only produce antibiotics, they also overproduce amino acids. The Journal of Antibiotics, 71(1), 26–36. https://doi.org/10.1038/ja.2017.142

Asao T., Asaduzzaman Md. (Ed). (2017). Amino Acid - New Insights and Roles in Plant and Animal. InTech. https://doi.org/10.5772/66064

Rehman S. U., Ali R., Zhang H., Zafar M. H., Wang M. (2023). Research progress in the role and mechanism of Leucine in regulating animal growth and development. Frontiers in Physiology, 14. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1252089

Li J. J. (2014). Strecker amino acid synthesis. Name Reactions (p. 591–592). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-03979-4_268

Liu J., Xu J.-Z., Wang B., Rao Z.-M., Zhang W.-G. (2021). L-valine production in Corynebacterium glutamicum based on systematic metabolic engineering: progress and prospects. Amino Acids, 53(9), 1301–1312. https://doi.org/10.1007/s00726-021-03066-9

Gao H., Tuyishime P., Zhang X., Yang T., Xu M., Rao Z. (2021). Engineering of microbial cells for L-valine production: challenges and opportunities. Microbial Cell Factories, 20(1), 172. https://doi.org/10.1186/s12934-021-01665-5

Wang X., Zhang H., Quinn P. J. (2018). Production of L-valine from metabolically engineered Corynebacterium glutamicum. Applied Microbiology and Biotechnology, 102(10), 4319–4330. https://doi.org/10.1007/s00253-018-8952-2

Dong X., Quinn P. J., Wang X. (2011). Metabolic engineering of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum for the production of L-threonine. Biotechnology Advances, 29(1), 11–23. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.07.009

Tesseraud S., Everaert N., Boussaid-Om Ezzine S., Collin A., Métayer-Coustard S., Berri, C. (2011). Manipulating tissue metabolism by amino acids. World’s Poultry Science Journal, 67(2), 243–252. https://doi.org/10.1017/s0043933911000274

Colón G. E., Jetten M. S., Nguyen T. T., Gubler M. E., Follettie M. T., Sinskey A. J., Stephanopoulos G. (1995). Effect of inducible thrB expression on amino acid production in Corynebacterium lactofermentum ATCC 21799. Applied and environmental microbiology, 61(1), 74–78. https://doi.org/10.1128/aem.61.1.74-78.1995

Ohnishi J., Katahira R., Mitsuhashi S., Kakita S., Ikeda M. (2005). A novel gnd mutation leading to increased L-lysine production in Corynebacterium glutamicum. FEMS Microbiology Letters, 242(2), 265–274. https://doi.org/10.1016/j.femsle.2004.11.014

Ohnishi J., Mitsuhashi S., Hayashi M., Ando S., Yokoi H., Ochiai K., Ikeda M. (2002). A novel methodology employing Corynebacterium glutamicum genome information to generate a new L-lysine-producing mutant. Applied Microbiology and Biotechnology, 58(2), 217–223. https://doi.org/10.1007/s00253-001-0883-6

Inui M., Toyoda K. (Ed). (2020). Corynebacterium glutamicum. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-39267-3

Leuchtenberger W., Huthmacher K., Drauz K. (2005). Biotechnological production of amino acids and derivatives: current status and prospects. Applied Microbiology and Biotechnology, 69(1), 1–8. https://doi.org/10.1007/s00253-005-0155-y

Harzevili F. D., Chen H. (Ed). (2018). Microbial Biotechnology. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781351228701

D’Este M., Alvarado-Morales M., Angelidaki I. (2018). Amino acids production focusing on fermentation technologies – A review. Biotechnology Advances, 36(1), 14–25. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.09.001

Becker J., Wittmann C. (2012). Systems and synthetic metabolic engineering for amino acid production – the heartbeat of industrial strain development. Current Opinion in Biotechnology, 23(5), 718–726. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.12.025

Wendisch V. F. (2014). Microbial production of amino acids and derived chemicals: Synthetic biology approaches to strain development. Current Opinion in Biotechnology, 30, 51–58. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.05.004

Wendisch V. F., Bott M., Eikmanns B. J. (2006). Metabolic engineering of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum for biotechnological production of organic acids and amino acids. Current Opinion in Microbiology, 9(3), 268–274. https://doi.org/10.1016/j.mib.2006.03.001

Oldiges M., Eikmanns B. J., Blombach B. (2014). Application of metabolic engineering for the biotechnological production of L-valine. Applied Microbiology and Biotechnology, 98(13), 5859–5870. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5782-8

Vogt M., Krumbach K., Bang W.-G., Ooyen J., Noack S., Klein B., … Eggeling L. (2015). The contest for precursors: channelling L-isoleucine synthesis in Corynebacterium glutamicum without byproduct formation. Applied Microbiology and Biotechnology, 99(2), 791–800. https://doi.org/10.1007/s00253-014-6109-5

Huang Q., Liang L., Wu W., Wu S., Huang J. (2017). Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum to enhance L-leucine production. African Journal of Biotechnology, 16(18), 1048–1060. https://doi.org/10.5897/ajb2017.15911

Wang J., Cheng L.-K., Chen N. (2014). High-level production of L-threonine by recombinant Escherichia coli with combined feeding strategies. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 28(3), 495–501. https://doi.org/10.1080/13102818.2014.927682

Ikeda M. (2002). Amino Acid Production Processes. Microbial Production of L-Amino Acids (p. 1–35). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/3-540-45989-8_1

Dudrick S. J., Wilmore D. W., Vars H. M., Rhoads J. E. (2023). Long-Term Total Parenteral Nutrition with Growth, Development, and Positive Nitrogen Balance. 50 Landmark Papers every Pediatric Surgeon Should Know (p. 131–133). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b23252-44

Ferrando A. A., Wolfe R. R., Hirsch K. R., Church D. D., Kviatkovsky S. A., Roberts M. D., … Antonio J. (2023). International society of sports nutrition position stand: essential amino acid supplementation on skeletal muscle and Performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 20(1). https://doi.org/10.1080/15502783.2023.2263409

Golladay G. J. (2023). Nutritional Optimization with Amino Acid Supplementation Aids Recovery After Total Knee Arthroplasty. Journal of Bone and Joint Surgery, 105(5), p. e16. https://doi.org/10.2106/jbjs.22.01357

Hao Y., Pan X., You J., Li G., Xu M., Rao Z. (2024). Microbial production of branched chain amino acids: Advances and perspectives. Bioresource Technology, 397, 130502. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130502

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-10

Як цитувати

Журомський, Є. О., Яловенко, О. І., Мельник, В. М., Копилова, К. В., & Королюк, К. Є. (2025). МІКРОБІОЛОГІЧНИЙ СИНТЕЗ АМІНОКИСЛОТ: ІСТОРИЧНЕ ПІДҐРУНТЯ, СУЧАСНІ ПІДХОДИ ТА ПРОМИСЛОВЕ ЗНАЧЕННЯ. ПРОДОВОЛЬЧІ РЕСУРСИ, 13(24). https://doi.org/10.31073/foodresources2025-24-02

Номер

Том 13 № 24 (2025): Продовольчі ресурси

Розділ

Технічні науки

Ліцензія

Автори залишаються повноправними власниками своїх робіт без будь-яких обмежень. Редакція отримує лише невиключне право на оприлюднення, розповсюдження та індексацію матеріалів.

Журнал суворо дотримується етичних норм і запобігає плагіату для захисту інтелектуальної власності.

Публікації у збірнику здійснюються на умовах міжнародної ліцензії Creative Commons CC BY-NC-ND 4.0.

Згідно з цією ліцензією, користувачі мають право вільно копіювати та розповсюджувати матеріали (у будь-якому форматі чи на будь-яких носіях) для навчання та наукових досліджень. При цьому обов’язковим є дотримання таких вимог:

  • Атрибуція: належне посилання на авторів, першоджерело та саму ліцензію.
  • Некомерційність: заборона використання матеріалів з метою отримання прибутку.
  • Без похідних творів: забороняється поширення змінених або перероблених версій оригінального тексту.

Збірник підтримує право авторів на самоархівування всіх версій статей (препринтів, постпринтів або опублікованих версій) в інституційних чи персональних репозитаріях. Доступ до таких матеріалів може бути відкритий негайно, за умови належної атрибуції статті у збірнику «Продовольчі ресурси» та дотримання умов ліцензії CC BY-NC-ND 4.0.