1、1,4-BDO和琥珀酸合成PBAT和PBS

PBAT和PBS都是以1,4-丁二醇(1,4-BDO)为单体合成的，但是它们需要不同的共单体，PBS需要琥珀酸和1,4-BDO共聚；而PBAT需要己二酸、TPA和1,4-BDO共聚。目前工业上通过乙炔和甲醛的化学转化生产1,4-BDO；通过工程化大肠杆菌可以生产18 g/L的1,4-BDO，随后通过消除竞争抑制，酶工程改造和大规模发酵菌株优化等方式进一步对大肠杆菌进行了设计，能够产生125 g/L的1,4-BDO。

琥珀酸是一种多功能化合物，可作为PBS等多种聚合物以及其他工业上重要的平台化学品，如四氢呋喃和1,4-BDO的前体。目前，生产琥珀酸的菌株主要包括有Mannheimia succiniciproducens，Y. lipolytica和C. glutamicum。值得注意的是，M. succiniciproducens由于具有独特的琥珀酸生物合成途径，在琥珀酸滴度、产量和生产力方面都表现的十分卓越。通过系统代谢工程策略，如多组学基因工程、细胞膜工程、发酵优化等可以将天然生产者转变为工业级生产者。最近的一项研究通过将C. glutamicum中的苹果酸脱氢酶在M. succiniciproducens中表达进一步增强了琥珀酸在M. succiniciproducens中的产量，可达到134.25 g/L。

2、乳酸生产PLA

目前应用最广泛的可生物降解聚合物是聚乳酸(PLA)，它是由乳酸低聚物开环聚合而成。乳酸的生产是发酵生产工业化的成功例证，它在化学生产中占主导地位。微生物可以生产纯度超过99%的对映体纯乳酸(D-型或L-型)。

目前，乳酸的微生物生产既可以通过乳酸天然生产者也可以通过工程化微生物实现。其中，天然乳酸生产微生物主要包括乳杆菌(Lactobacillus),据报道，Lactobacillus paracasei 可以利用葡萄糖产生192g/L的乳酸。通过利用自养细菌，CO₂也可以作为乳酸生产的可持续碳源。例如，通过代谢工程，蓝细菌聚囊藻(synnechocystis sp. PCC 6803)过量产生D-乳酸，通过光合作用产生26.6 g/L D-乳酸。

生产策略主要侧重于根据目标产品选择合适的宿主菌株和具有成本效益的原料。多个菌株也可以共培养，协同代谢途径生产目标产物。为提高底物利用率和产物耐受性，可以通过逐渐提高细胞的生存压力进行适应性实验室进化。如果宿主细胞缺少生物合成目标产物的代谢途径，可以通过在基因组或质粒上表达相关基因构建代谢途径。随后，通过抑制竞争途径、工程氧化还原平衡和减轻反馈抑制等多种策略，优化生物合成途径和代谢通量。这些策略可以通过使用合成生物学技术(如启动子或核糖体结合位点(RBS)工程、CRISPR-Cas9和合成小RNA (sRNA))以及系统生物学技术(如计算机基因组尺度的代谢分析和组学研究)来促进。酶工程改造是另一种主要策略，主要包括改变酶的底物特异性或提高酶的酶活和热稳定性。进一步的优化可以通过转运工程来实现。酶可以在细胞表面进行展示，使细胞作为全细胞催化剂的功能。菌株开发后，开发发酵工艺以最大限度地提高菌株的生产性能。这一步考虑了发酵条件(例如，培养基组成和温度)、发酵模式(例如，分批和补料分批)、底物进料方法和放大工艺。

微生物可以产生聚羟基烷酸酯(PHA)等许多聚合物，可用于制作生物可降解塑料。截至2022年，PHA是产量第四大的可生物降解塑料，市场规模为9300万美元，预计到2028年将达到1.95亿美元。

塑料生物降解一般是指在厌氧条件下，通过微生物活动将塑料完全转化为生物质、CO₂和CH₄。一般可分为4个不同的阶段，第1阶段为塑料退化，主要是改变塑料的物理和化学性质；第2阶段是生物破碎，主要通过酶裂解将各部分分解成简单的单体形式；第3阶段为生物同化，即微生物将上一步分解成的小分子进一步利用供细胞生长或转化成其他化合物；第4部分则是矿化，即这些分子在细胞内转化为生物质，同时释放CO₂，CH₄和H₂O。

生物可降解塑料如PLA，PBAT和PHAs可以通过工业堆肥、家庭堆肥等方式进行管理。这些处理过程依赖于上述4个降解过程，在解决与塑料废物相关的持续挑战方面显示出巨大的希望。

尽管生物塑料的生产取得了进步，但仍然存在一些挑战，包括高生产成本和对粮食资源的竞争。例如，化石油基PE和PET的价格约为每公斤1.2-1.6美元，而生物基PE、PLA和PHA的价格分别为1.8-2.4美元、2-3美元和3-8美元。为了解决这些问题，人们采取了各种策略，重点是优化微生物菌株和生物工艺，以提高生产性能、生产率、产量和产品特异性，同时利用更具成本效益和可持续的原料，包括向第二代和第三代生物质过渡。

未来更细致地了解微生物群落及其与塑料废物的相互作用将有助于优化生物降解过程；继续鉴别能够降解塑料的微生物和酶将为生物降解解决方案铺平道路；此外，混合塑料可以通过化学氧化和微生物转化的结合来进行处理；最后利用微生物工厂可以将塑料废物或其降解产物转化为有价值的商品化合物。

针对目前的情况，未来应该制定以塑料为重点的政策和法规，更加广泛的使用生物基塑料，加强回收工作，优先开发可持续塑料生产和降解的新技术。