Aquatic environments account for half of the global methane emissions, with freshwater wetlands being the most significant contributors. Methane is oxidized by methanotrophs in soils under aerobic conditions, partially offsetting these methane fluxes. In addition, some methanotrophs can accumulate polyhydroxyalkanoate (PHA) as an energy storage molecule. In this study, we investigated how the enrichment of PHA-accumulating methanotrophic communities was affected by varying resource availability (i.e., C and N concentrations) at a fixed C/N ratio. High $CH_4$ enrichment was established from an engineering perspective while low $CH_4$ enrichment was set up based on ammonium concentrations in the natural environment. Resource availability altered C-based cell yields, suggesting the significant impacts of C resource concentrations on methanotrophic enrichments. A PHA accumulation test demonstrated that only high $CH_4$ enrichments harbored PHA-accumulating methanotrophs. 16S rRNA gene amplicon sequencing revealed that variable nutrient-supplying conditions influenced microbial community compositions and diversity. The Methylocystis genus was dominant in the high $CH_4$ enrichment leading to a less diverse microbial community, whereas higher diversity was observed in the low $CH_4$ enrichment.
전세계 메탄 발생량의 절반이 물환경에서 발생하고 있으며, 특히 습지 생태계는 물환경 중에서도 메탄 가스가 가장 많이 발생하는 자연 환경으로 알려져 있다. 메탄산화균은 이러한 메탄 발생량의 일부를 호기조건에서 산화 시켜 상쇄할 수 있으며, 특정 메탄산화균은 바이오폴리머의 일종인 Polyhydroxyalkanoate (PHA) 형태로 탄소를 저장할 수 있다. 본 연구에서는 미국 워싱턴 주의 Washington Lake 주변에 위치한 습지로부터 토양 샘플을 채집하고, 고농도 및 저농도의 탄소 및 질소 영양원을 각각 주입하여 메탄산화균을 배양하였다. 두 가지 조건 모두에서 C/N 비율은 동일하게 설정하였으며, 탄소 및 질소 영양원 농도가 메탄산화균의 군집 구성과 바이오폴리어 축적에 미치는 영향을 탐구하였다. 고농도 환경은 공학적 측면에서 메탄산화균 배양에 가장 일반적으로 이용되는 메탄과 암모늄 농도를 토대로 설정하였으며, 저농도 환경은 자연환경에서의 암모늄 농도를 기준으로 고농도 환경에서의 C/N 비율을 동일하게 적용하여 메탄 농도를 설정하였다. 이러한 영양원 농도의 차이는 미생물 군집의 탄소 소비량 기준 세포 수 변화에 영향을 미쳤으며, 고농도 영양원 주입을 통해 배양한 메탄산화균 군집에서만 바이오폴리머가 축적되었다. 16S rRNA amplicon sequencing 분석 결과, 탄소 및 질소 영양원 농도가 미생물 군집의 구성과 다양성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 고농도 영양원 주입 환경에서 배양한 미생물 군집에서는 Methylocystis가 높은 비율로 우점하였으며, 결과적으로 다양성이 낮은 미생물 군집이 형성되었다.
