废弃塑料生物法高值化合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)研究进展

杨 芳,易雪晴,张忠楠,陈国强,吴 琼

(清华大学 生命科学学院，北京 100083)

塑料是人造长链聚合物，具有成本低、便携、质轻、导热系数小、化学稳定性好等优点，其使用量逐年增加，成为人类生产和生活不可或缺的重要基础材料。据评估，全球每年生产3.68亿t塑料，预计到2050年增加到近10亿t(https:∥seedscientific.com/plastic-waste-statistics/)。废弃塑料垃圾通常被填埋或焚烧，由于塑料制品的持久性和耐降解性，其在自然环境下很难被降解，填埋会对土地造成“白色污染”，焚烧则排放大量CO2造成温室效应[1]。此外，全球每年约有800万t塑料进入海洋，导致海洋生物因吞食大量塑料废弃物而死亡[2]，这些塑料颗粒也会通过海产品富集被人类摄入。近期荷兰的一项研究首次在人体血液中发现了微塑料颗粒，表明这些颗粒可以在体内传播，可能威胁人类健康[3]。若不采取任何措施，到2040年，预计每年流入海洋的塑料将增加近3倍，达2 900万t，相当于全球海岸线每米有50 kg塑料(图1)；到2050年，仅塑料制造业就将消耗约占全球石油能源的20%[4]，而每年产生的CO2排放将达到65亿t[5]。塑料污染日益加剧，塑料垃圾引发的环境问题备受关注。

图1 管理不当预计塑料垃圾增长情况[4]

为了解决这个日益严重的问题，建立塑料的可持续利用并循环再生的模式，塑料的生物解聚和高值化研究无疑成为绿色新希望。为实现塑料的回收利用，废弃塑料都需解聚成单体才能被微生物利用，以塑料的解聚物为原材料获得高附加值产品，特别是可降解材料，如聚羟基脂肪酸酯(PHA)，是一个重要的途径。目前，以欧洲国家和中国为首的来自世界各地的14个合作伙伴组成的联盟“MIX-UP”，致力于使用细菌进行混合塑料的生物降解和回收再利用，研究有效利用混合塑料废物流的新方法，以解决工业大规模长期使用混合塑料后产生的问题。除了重复使用和回收传统塑料外，该联盟的研究目标也包括将塑料混合物升级为更有价值的生物材料，以达到可持续发展的目的。

PHA是微生物利用多种碳源发酵产生的高分子聚酯的总称，在微生物体内，PHA 以疏水性颗粒的形式存在，在积累量高的细菌体内，PHA 含量(质量分数)可以超过80%；PHA 单体种类也比较多元化，如 3-羟基丁酸(3-hydroxybutyrate,3HB)、4-羟基丁酸(4-hydroxybutyrate,4HB)、3-羟基己酸(3-hydroxyhexanoc acid,HHX)和3-羟基戊酸(3-hydroxyvaleric acid,3HV)等[6]。PHA可由生物合成并具有与石油基化学塑料相似的性质，得益于其良好的性能，如生物相容性、疏水性、生物可降解性等，PHA被应用于可降解塑料和生物医学材料等方面，被视为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)等传统石油基化学塑料的优质替代品，也被认为是解决“白色污染”的一种“绿色塑料”[6]，但PHA生产的高成本和不稳定性阻碍了其商业化进程。在PHA工业化生产的优化中，目前的研究思路是如何利用废弃塑料解聚后的产物再来加工生产PHA，以达到低成本绿色制造PHA，该研究思路已经成为生物材料领域的研究热点[7-8]。

近年来，针对塑料对环境的污染问题以及如何高值化再利用废弃塑料[9]的研究已经取得一定的进展。基于合成生物学技术，在不产生污染的条件下，构建具有生物解聚功能的微生物底盘菌或酶模块，进一步设计底盘菌的代谢途径，以塑料的解聚物为底物生产高值化合物PHA，是解决PHA生产成本高及市场化问题的途径之一。生物制造PHA在塑料再利用的研究中可归纳为 “生物降解→高值化生物转化→全局微生物代谢流”，为塑料的再利用提供有效的方法，尤其对于PHA和其他重要材料提供绿色环保的再生思路。

本文综述了塑料解聚进展、塑料单体的再利用特别是PHA相关的再利用方面的研究进展和不同塑料单体前体底物向不同PHA单体生成的路线设计，以期获得PHA和其他高附加值产品，打造高效的微生物“降塑再造”技术平台。

1 塑料解聚与对应的塑料单体

目前主要以高分子量的合成树脂以及石油资源为原料通过化学合成得到各种塑料，包括PET、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)等。由于塑料的稳定性和高分子量等特性，石油基塑料在自然环境中很难被直接降解，然而，用焚烧法处理塑料不仅会形成更严重的有毒空气污染物，而且还产生大量的碳排放。因此，对废弃塑料进行回收和再利用可以为全球塑料问题提供可持续的解决方案，也是当前研究的热点和难点[10]。

目前，塑料处理的方法包括物理法、化学法和生物法。物理法通常包括废弃塑料经造粒和改性后作为塑料的新料被二次利用，主要包括一、二级回收。一级回收是对未受污染和损坏的塑料进行回收，便于再次使用，虽然回收成本偏低，但是重复使用的持久性和实用性不是很理想[8]。二级回收是将废弃塑料作为回收原料，通过分离、清洗和研磨等工序后与其他材料共同加工，产品大多用在包装和建筑等领域。二级回收受产品使用的多样性以及原料混合的不均一性限制，这给二次利用带了困难[10]。如使用废弃材料低密度聚乙烯(PE-LD)与松木废料(PWW)制备复合材料，该种复合材料随着PWW 占比的提高，在加工温度范围内的热稳定性也会随之增加[11]，因此通过实际应用情况调节 PWW 的含量，同样是低成本的废弃塑料作为工业加工原料的选择之一。

目前，应用较多的化学法是热解法、化学溶解法等，主要包括三、四级回收。热解法是指在催化剂作用下，塑料高温裂解，长分子链分解成更小的产物(如塑料油)，以此作为生产其他塑料的原料，实现“石油—新塑料—废塑料—塑料油—新塑料” 的塑料循环经济闭环式产业链，但是热解法不但需要广泛优化的原材料，而且整个过程需要加热，所以总体来说它是一种耗能和环境不友好的方法[12-13]。化学溶解法主要包括醇解法、氨解法和水解法[14]，主要是利用塑料大分子酯键的不稳定性将塑料溶解，根据不同化学试剂反应降解的方式，可以分为甲醇、乙醇醇解法，甲胺、乙胺和丁胺氨解法以及浓H2SO4水解法。例如，PET在不同pH下发生水解，最常用的是浓H2SO4水解法，即在90 ℃、最低H2SO4质量分数为80%时，可实现PET完全降解[15]。虽然该法条件温和，但若要循环使用高浓度H2SO4以及从H2SO4中分离和净化塑料单体，成本非常高[15]。同时，化学降解法易产生有毒气体和固体废弃物，也不是环境友好的降解方法。

生物降解法是指利用微生物将塑料废弃物分解转化成小分子物质，包括需氧微生物和厌氧微生物两类降解方式。在有氧条件下，需氧微生物将塑料大分子转化为H2O、CO2、矿物质和一些有机体。在无氧条件下，厌氧微生物将其转化为CO2、腐殖质和甲烷。生物降解最大的优势是不会留下潜在有害物质[16-17]，是最有前景的方法。

目前，废弃塑料通过物理、化学和生物法降解获得相应的单体小分子，常用塑料及其主要降解成分见表1。由此可见，塑料单体的种类颇多，大多可以被微生物发酵再利用，生产PHA等高分子可降解材料以及其他高价值产品。同时，如果利用微生物法来降解塑料，塑料单体又被微生物再利用，不但对环境相当友好，而且有利于废弃资源的再生利用，所以这成为当今研究的热点。

表1 常用塑料及主要的降解成分

2 塑料单体的再利用

通过定向挖掘可利用塑料降解物单体的微生物，解析其利用途径，结合合成生物学、代谢工程改造手段，优化或设计新的代谢路径，可以获得能够利用塑料降解物单体参与中心碳代谢的菌株或者合成新的高值化学品的菌株。

塑料降解物成分多样，主要可分为有机酸、有机醇、芳香类化合物和脂肪烃类化合物，微生物利用它们为底物的代谢途径已经被解析[4]。特别是利用塑料降解物单体重新合成生物可降解塑料PHA，这不仅能够废物利用，降低PHA的生产成本，而且还有可能引入特有的官能团，改善PHA性能。

目前，在自然条件下，细菌合成PHA单体的途径已发现14种[30]，其中最常见也是在代谢工程改造中最为成熟的是与短链PHA合成相关的乙酰CoA和琥珀酰CoA生成聚羟基丁酸酯(PHB)途径以及与中长链PHAMCL/LCL-PHA合成相关的β-氧化途径和脂肪酸从头合成途径(图2)[31-32]。

图2 PHA的主要生物合成途径[30-31]

2.1 有机酸类

己二酸(adipic acid，AA)是一种重要的工业原料，也是PU等塑料的降解物之一，其降解途径首先在不动杆菌Acinetobacterbaylyi中被发现[32]。己二酸首先在琥珀酰CoA转移酶的催化下形成己二酰CoA，再脱氢生成2，3-脱氢己二酰CoA，接着在水合酶催化下生成3-羟基己二酰CoA，然后脱氢生成3-酮基己二酰CoA，最后在酰基CoA硫解酶催化下生成琥珀酰CoA和乙酰CoA，它们可以进入三羧酸循环(TCA)参与细菌的生长和代谢，也可以作为PHA单体的前体物质，经β-酮基硫解酶(PhaA)和乙酰乙酰辅酶A还原酶(PhaB)催化生成羟丁酰辅酶A，再由PHA聚合酶(PhaC)催化得到PHA聚合物。近期，Ackermann等[33]通过定向进化和基因组整合dcaAKIJP基因簇的方法获得了1株能够高效利用己二酸生长的恶臭假单胞菌P.putidaKT2440，同时发现，在限氮条件下该菌株能够利用己二酸合成PHA，最终PHA含量达到细菌干质量的25%。

2.2 有机醇类

2.2.1 乙二醇

乙二醇是PET、PU等塑料的降解物之一。在恶臭假单胞菌P.putidaKT2440中，乙二醇首先在醇脱氢酶的催化下转化为乙醇醛，然后被醛脱氢酶还原为乙醇酸，接着在乙醇酸氧化酶(GlcDEF)的作用下生成乙醛酸[34]，生成的乙醛酸可以在异柠檬酸裂解酶的催化下与丁二酸缩合形成异柠檬酸进入TCA循环，也可以通过苹果酸合成酶与乙酰CoA形成苹果酸进入TCA循环。此外，在P.putidaJM37中存在的乙醛酸羧化酶(Gcl)，可催化乙醛酸生成酒石酸半醛，然后在羟基丙酮酸异构酶和酒石酸酯半醛还原酶(GlxR)的作用下生成甘油酸，最后磷酸化后进入糖酵解途径，可生成乙酰CoA[23]。Franden等[23]在P.putidaKT2440中过表达gcl、glxR和glcDEF后发现，这显著增强了菌株对乙二醇的耐受力(2 mol/L)和利用能力(0.5 mol/L)，而且改造后的菌株能够利用乙二醇合成MCL-PHA，PHA含量可达32%。

2.2.2 1，4-丁二醇(1,4-BDO)

1，4-丁二醇是PU、PBT和PBAT等塑料的降解物之一。虽然野生型P.putidaKT2440能够以1,4-BDO为唯一碳源生长，但速度非常缓慢。Li等[35]通过定向进化分离出生长速度显著提高的突变菌株，并进行基因组学测序和蛋白组学分析，解析了1,4-BDO降解的基因组和代谢途径。首先，1,4-BDO被氧化为4-羟基丁酸，这一步主要由PP_2674-2680基因簇内编码的高表达的脱氢酶催化生成，4-羟基丁酸盐可以通过3种可能的途径进行代谢：①氧化为琥珀酸；②CoA活化并随后氧化为琥珀酰CoA；③经β-氧化转化为乙醇酰CoA和乙酰CoA。4-羟基丁酸CoA、乙酰CoA和琥珀酰CoA均是PHA合成的单体或前体物质，在限氮条件下，P.putidaKT2440能够积累PHA，如果在发酵过程中补加辛酸，PHA含量最高可达到64%[26]。

2.3 芳香类塑料降解物

2.3.1 对苯二甲酸(terepththalic acid,TPA)

TPA是PET的主要降解物。丛毛单胞菌Comamonastestosteroni可以TPA为唯一碳源生长，TPA的降解途径首先在此菌株中被详细解析[26]。TPA在微生物胞内首先经1，2-双加氧酶和脱氢酶两步作用生成中间产物原儿茶酸，原儿茶酸的进一步降解则具有物种特异性[36]，因为不同的降解途径会直接影响碳的利用率。如果通过邻位裂解或者儿茶酚降解生成琥珀酰CoA、乙酰CoA和2分子CO2，这样8个碳原子只保留6个；如果通过间位裂解得到丙酮酸和草酰乙酸，可保留7个碳原子。Kenny等[37]利用热降解PET产生的TPA作为唯一碳源，培养恶臭单胞菌P.putidaGO16，以此开发了一种从TPA和甘油的混合物生产MCL-PHA的发酵工艺。Tiso等[38]研究发现，用工程化菌株P.putidaGO16可利用PET酶解产物——TPA和乙二醇，生产PHA和鼠李糖脂。

2.3.2 苯酚

苯酚是聚碳酸酯(例如PA)塑料的降解物之一。由于苯酚是煤炭和汽油中的主要污染物，也可用作防腐剂，所以很早就对苯酚的生物降解进行了研究。苯酚的降解始于苯酚羟化酶在邻位的单羟基化，生成儿茶酚，后续降解途径与TPA相似，通过邻位裂解或间位裂解产生琥珀酰CoA和乙酰CoA，或产生丙酮酸和草酰乙酸。在厌氧条件下，通过羧化作用生成4-羟基苯甲酸酯，CoA激活后通过β-氧化作用进一步降解。目前，利用苯酚作为唯一或主要碳源来生产高值化学品的研究较少，Zhang等[39]研究了以毒性工业废弃物苯酚作为碳源生产PHA的可行性，并考察碳氮比、pH、溶氧、温度、离子浓度及苯酚浓度等对微生物利用苯酚积累PHA的影响。Kanavaki等[40]研究发现，假单胞菌Pseudomonassp.phDV1可以苯酚为唯一碳源生长，并能够积累PHB。

2.4 脂肪烃类

2.4.1 脂肪烃

对PE和PP等塑料降解处理时会获得不同长度的脂肪烃。在微生物中，脂肪烃首先会被单加氧酶氧化为伯醇，然后进一步被氧化为对应的醛和脂肪酸，而脂肪酸经酰基CoA合成酶活化后进入β-氧化最终被降解为乙酰CoA。能利用脂肪烃合成PHA的菌株有食油假单胞菌P.oleovorans[41]、富养罗尔斯通氏菌Cupriavidusnecator[42]和绿脓假单胞菌P.aeruginos[22]等菌株。除了以乙酰CoA的形式参与PHA合成外，近期Li等[43]研究发现，在假单胞菌P.entomophila中，通过弱化β-氧化途径，在中长碳链的脂肪酸中9～18位的碳可被催化生成MCL/LCL-PHA单体，同时以葡萄糖为碳源获得短链单体3HB，经过筛选PhaC，可实现短链与中长链PHA共聚，最终获得具有特殊热性能和力学性能的PHA。

2.4.2 苯乙烯

苯乙烯是PS塑料的单体。微生物中的苯乙烯降解途径主要有3条[44]：①侧链乙烯基的氧化途径是苯乙烯的主要降解途径，在苯乙烯单氧酶的催化下转化为氧化苯乙烯，然后通过侧链氧化转化为苯乙酸，环活化，再经β-氧化生成乙酰CoA进入TCA循环或转化为PHA；②苯乙烯在苯乙烯双加氧酶作用下生成苯乙烯顺式乙二醇，再被氧化为3-乙烯基邻苯二酚，进一步转化为丙酮酸进入中心代谢；③在戈登氏菌GordoniarubripertinctaCWB2中，苯乙烯经单氧酶激活侧链后，通过谷胱甘肽转化为苯乙酸，最终被降解为2分子乙酰CoA和琥珀酰CoA[45]。恶臭假单胞菌P.putida[20]、肠杆菌Enterobacterspp.[46]等菌株均能够利用苯乙烯合成PHA。表2总结了塑料降解物用于PHA生物合成的研究情况。

表2 用于PHA生物合成的塑料降解物

3 塑料单体向不同PHA单体的生成路线设计

生产成本是PHA大范围应用的重要限制因素，虽然塑料单体作为底物合成PHA可实现资源的循环再利用，但是如何提高不同塑料单体到PHA的转化率依然是实现塑料单体最大化利用、降低PHA成本的关键问题。不同塑料单体到不同PHA单体的固有理论转化率不同，在塑料单体被再利用时，可优先选择生产理论转化率比较高的PHA单体，这有利于指导提高实际生产过程中的转化率，实现塑料单体的最大化利用，也有利于实现真正意义上的绿色低碳循环经济。同样，Tiso等[48]在2022年综述了塑料降解为单体的途径，并计算了它们对工业上较常见产品的理论产量，由此提出，塑料的单体是化石基产品的碳源替代物，碳的转化率而非产品的产量是决定生化循环升级再利用的关键因素。可见，塑料单体发酵的意义重大，在发酵过程中，转化率又是碳循环的一个关键点。基于此，我们总结了文献研究的不同种类塑料单体到不同种类PHA的代谢路径(图3)、具体的反应过程(表3)及相应的理论转化率等参考指标(表4)，并应用相关的理论分析后以建立相关的塑料单体的利用策略。我们着重选取了6种来自不同类型且具有一定代表性的废弃塑料单体进行分析。

表3 塑料降解物用于PHA生物合成的反应式

图3 塑料单体合成不同PHA的代谢途径

己二酸的代谢产物为琥珀酰CoA和乙酰CoA，琥珀酰CoA可作为聚四羟基丁酸酯(P4HB)和聚三羟基戊酸酯(P3HV)合成的前体，而乙酰CoA可作为聚三羟基丁酸酯(PHB)、聚三羟基丙酸酯(P3HP)和P3HV合成的前体(图3)。此外，乙酰CoA可通过脂肪酸从头合成途径和反向β-氧化循环合成中长链的PHA。之前的研究已被证明己二酸可被A.baylyi作为唯一碳源利用[32]，通过在P.putida中过表达己二酸代谢通路中的相关基因，可使其利用己二酸作为唯一碳源产PHA[33]。从表4的转化率结果来看，己二酸到PHA前体的转化率最高可达66%，但是在假单胞菌中，实际的转化率只有9.2%左右[33]。从表4的热力学变化可知，在己二酸利用的过程中，只有生成P3HP和P3HA这样的中长链PHA在热力学上是有利的，但是从己二酸到P3HP和P3HA的过程较长，在实际的代谢改造中难以调节相应的代谢通量。所以在利用己二酸生产PHA的过程中，为使过程更绿色高效，应综合考虑生产过程中碳转化率的高低，热力学上是否有利以及过程是否过长而难以调节，以碳转化率、吉布斯自由能变化和反应步骤数为参考指标，分别将3个参考指标按优劣程度从高到低分为5分、4分、3分、2分和1分，在生产PHA过程中将3个参考指标的得分进行累加，以总分进行评价比较(表4)后发现，用己二酸生产P4HB较优。

表4 塑料单体合成不同PHA的比较分析

乙二醇在微生物胞内的主要利用过程是被降解为乙醛酸后再进入TCA循环和PHA生成过程[48]，在之前的研究中，大多以假单胞菌作为底盘细胞实现乙二醇的循环再利用。目前关于乙二醇作为唯一碳源到特定PHA的碳转化率大约只有3.1%[33]，离理论最大转化率还有较大差距。通过对乙二醇生产各种PHA过程的碳转化率、热力学变化和反应过程长短进行综合分析后可以推断，乙二醇可能更适合用来生产中长链PHA。

通过metacyc等代谢数据库查询到1，4-丁二醇的降解中间产物巴豆酰CoA(crotonyl-CoA)除可直接流向4-羟基丁酰CoA外，也可通过恶庚英CoA 水解酶(PaaZ)直接流向PHB的前体。目前1，4-丁二醇作碳源，通过外源添加辛酸，PHA的得率可超过60%，但是碳转化率不到9%[33]，然而理论上，1，4-丁二醇最高可实现151%的P3HP的碳转化率。综上可知，1，4-丁二醇用来生产P3HP或者中长链P3HA可能更优。

对苯二甲酸与己二酸降解过程类似，可通过代谢中间产物3-氧代己二酰CoA转化为乙酰CoA和琥珀酰CoA，再经过各种PHA合成通路相关酶的参与，来生产各类短中长链PHA。通过添加甘油作为共底物培养，P.putidaGO16的PHA生产强度达到108.8 mg/(L·h)[37]，由于是混合底物，所以碳转化率难以计算。而对苯二甲酸到P4HB的理论最大转化率为52%，同时综合得分情况分析后推断，对苯二甲酸更适合用于生产P4HB。

苯酚可通过开环氧化成3-氧代己二酸进入与对苯二甲酸类似的降解过程，Zhang等[39]通过调节混合培养体系中的碳氮比、溶氧量和pH等条件可实现以苯酚作为碳源生产PHA，产率超过65%，但是由于苯酚的强烈生长抑制性，最后的细胞生物量也仅2 g/L左右。可见，在有限的生长条件下，如何最大化利用苯酚则是最应该关注的问题，同时从综合得分情况来看，苯酚作为碳源来生产P3HP对于提升苯酚的循环利用可能更有利。

脂肪烃可从聚乙烯降解过程产生，以十六烷或棕榈酸为代表，棕榈酸是自然界分布最广泛、含量最丰富的多不饱和脂肪酸[49]，十六烷经过单加氧酶等催化转化成棕榈酸，然后进入β-氧化，最终被降解为乙酰CoA，每一次β-氧化循环会产生1分子乙酰CoA，需要8次循环，十六烷即可完全降解为乙酰CoA，再以乙酰CoA为前体合成各类短链PHA，但是在合成中长链的P3HA时，需要敲除β-氧化的后半循环部分(图3)[43]。可见，十六烷更适合用来生产P4HB和长链的P3HB。

综上可知，对6种废弃塑料单体(己二酸、乙二醇、1，4-丁二醇、对苯二甲酸、苯酚和十六烷)为原料生产5种利用率较高的PHA(包括PHB、P4HB、P3HV、P3HP、P3HA)的利用策略进行评价，以综合得分为指标可知：用己二酸生产P4HB较优；乙二醇更适合用来生产中长链PHA，如P3HP和P3HA；1，4-丁二醇用来生产P3HP或者中长链P3HA更优；对苯二甲酸与己二酸降解过程类似，对苯二甲酸生产P4HB更优、苯酚用于生产P3HP更佳；十六烷更适合生产P4HB和长链的P3HA。

4 结论与展望

随着塑料生产量和堆积量的不断增加，废弃塑料的回收与再利用成为发展塑料循环经济的关键。PHA由于其良好的生物可降解性、生物相容性以及种类和性能的多样性等特点，受到广泛关注，然而生产成本和热力学性能依然是制约PHA生物塑料大规模生产的最大难题。塑料降解物主要的单体己二酸、乙二醇、1，4-丁二醇、对苯二甲酸、苯酚、苯乙烯和脂肪烃等都可被用于微生物的PHA合成，并通过设计和优化相关的代谢通路，有效筛选高效的通路和相关的酶以及全局代谢流调控，增强微生物对塑料单体的利用能力，提高PHA的产量。这些成果充分证明了基于合成生物学的微生物资源筛选、关键酶元件的挖掘，进而实现塑料单体的高值化利用将是推动废弃塑料资源循环利用的有效途径。

1)废弃塑料通常大量掺杂混合物，针对特定的塑料分离回收、降解，耗时耗力，成本花费较高或仍存在环境污染问题。废弃塑料的物理降解方法存在的常见问题有：塑料制品重复使用后，持久性和实用性降低；在二次利用过程中，混合产物的不均一性会引起塑料制品的多样化。热解法则存在不同塑料热解温度和压强差异较大、耗能大的问题；催化剂的毒副作用和释放有毒气体等引起环境不友好的问题。

2)生物酶解法的优势是通过酶催化作用让物质自身分解。由于生物酶解催化的机制不确定性、菌种和相应酶的限制，所以最终的催化效率较低，因此，继续深入了解生物酶解技术的作用机制、筛选高效的酶和提高酶解速率具有重要的意义。同时，以降解物来高值化生产可降解材料PHA，可以达到绿色生物制造目的，综合循环利用废弃资源，变废为宝。然而，废弃塑料解聚后的单体种类较多，生物利用率参差不齐。特别是单体的利用，在面临着可用的菌种少和酶源有限等问题的同时，更存在实际生产中酶活效率低、菌种对于不同废弃塑料单体的耐受性差异较大、底物利用率及转化率偏低等一系列问题，这是以后研究的重点，也亟待突破瓶颈。

3)提高不同塑料单体向PHA的转化率是提高PHA产量和降低成本的关键。比如，在筛选高效酶的基础上进一步提高酶活性、选择耐受性良好的菌株以及综合评估代谢通路的能量消耗、反应偏好性和反应步骤等因素，来进一步提高转化率。定向进化，如用辐射(紫外线和可见光谱)和常压室温等离子体(ARTP)诱变处理是目前筛选酶和菌株的高效方法。同时，基于分析发现不同塑料单体到不同PHA单体的固有理论转化率不同，通过参照不同种类塑料单体到不同种类PHA的代谢路径、相应的理论转化率、吉布斯自由能变化和相应的反应步骤等参考指标，分析比较塑料单体的代谢策略，以期获得最适单体和相应菌株高产PHA的利用途径和方法。

4)总结塑料单体向PHA转化的利用途径，并调节其与底盘菌之间的适配情况，甚至开发几种菌体混合发酵的应用工艺。以底物转化率、能量和反应步骤为指标，总结不同种类塑料单体到不同种类PHA转化偏好性以指导实际的PHA生产。同样也可以利用生物信息学技术分析不同菌种酶和底物的适配性，通过定向进化、高通量筛选来改造酶反应的效率。进一步，可以考虑混合底物的混合培养发酵生产高值化产品，达到资源综合利用的目的。从节约酶的成本考虑，有机醇都需要脱氢，苯环类物质都需要氧化开环，这可通过高通量的手段筛选广谱性的酶，统一的代谢路径催化有机醇和苯环类物质，详细分析中间产物是否可以重叠使用，这样尽量减少代谢反应步骤，节约酶成本，实现酶的高效利用和高效生产。

综合围绕“生物降解→高值化生物转化→全局微生物代谢流” 这一路线，对现有研究进行总结，可以发现，虽然在废弃塑料的降解、PHA的转化率、代谢调控方面(如高效酶、广谱酶的筛选和一酶多用等)存在诸多问题，但是利用废弃塑料的降解产物生产PHA，进一步提高PHA的市场竞争力和应用前景，可为绿色环保的塑料循环经济提供有效平台和方法。