Wastewater treatment plants contributed approximately 6% of anthropogenic methane sources. Methanotrophs, capable of converting methane into polyhydroxybutyrate (PHB), provide a viable solution for utilizing methane as a carbon source and activated sludge as seed culture for PHB production. However, maintaining and enriching PHB-accumulating methanotrophic enrichment is challenging. This research investigated the potential of Methylosinus trichosporium OB3b in bioaugmenting PHB accumulating methanotrophic enrichment within activated sludge to enhance PHB production. Waste-activated sludges with varying ratios of M. trichosporium OB3b (1:0, 1:1, 1:4, and 0:1) were cultivated. This result revealed substantial growth and methane consumption in waste-activated sludge with M. trichosporim OB3b-amended cultures, particularly in a 1:1 ratio. Enhanced PHB accumulation, reaching 37.1% in the same ratio culture, indicated the dominance of type II methanotrophs. Quantification of methanotrophs by digital polymerase chain reaction showed gradual increases in type II methanotrophs, correlating with increased PHB production. However, while initial bioaugmentation of M. trichosporium OB3b was observed, its presence decreased in subsequent cycles, indicating the dominance of other type II methanotrophs. Microbial community highlighted the successful enrichment of type II methanotrophs-dominated cultures due to the addition of M. trichosporium OB3b, outcompeting type I methanotrophs. Methylocystis and Methylophilus were the most abundant in M. trichosporium OB3b-amended cultures. Therefore, the bioaugmentation strategies, leveraging M. trichosporium OB3b, could significantly enhance PHB production and foster enrichments of PHB accumulating methanotrophs in activated sludge. These findings could be dedicated to integrating PHB production in wastewater treatment plants, providing a sustainable solution for resource recovery.
하수처리장은 인류가 방출하는 메탄의 약 6%를 생성한다. Type II 메탄자화균은 이러한 하수처리장에서 발생하는 메탄을 활용하여 Polyhydroxybutyrate (PHB)를 생성할 수 있으며, 하수 슬러지를 씨드로 활용하여 PHB를 생산하는 메탄자화균을 혼합배양할 수 있다. PHB를 생성하는 메탄자화균을 우세하게 혼합배양하는 것은 어렵다. 이 연구는 하수 슬러지 내 PHB를 축적하는 메탄자화균의 우점화를 위해 Methylosinus trichosporium OB3b의 영향을 조사했다. M. trichosporium OB3b를 포함한 다양한 비율의 하수 슬러지 (1:0, 1:1, 1:4, 0:1) 를 배양했다. M.trichosporium OB3b가 첨가된 하수 슬러지에서 상당한 성장과 메탄 소비가 관찰되었으며, 특히 1:1 비율에서 뚜렷한 효과를 보였다. 같은 비율의 배양에서는 37.1%에 이르는 PHB 축적이 관찰되었다. 디지털 중합효소연쇄반응을 통한 메탄자화균의 양적 분석은 PHB 생산량과 Type II 메탄자화균의 증가 사이의 연관성을 보여주었다. 초기에는 M.trichosporium OB3b이 우점하였으나, 이후에는 다른 Type II 메탄자화균의 우세한 것으로 보인다. 미생물 군집 분석 결과, M. trichosporum OB3b의 첨가로 인한 Type II 메탄자화균의 우점화를 재확인하였으며 Methylocystis와 Methylophilus가 가장 높은 비율로 차지하였다. 따라서 M.trichosporium OB3b를 활용한 Type II 메탄자화균 우점화 전략은 PHB 생산을 향상시킬 수 있으며 활성 슬러지 내 PHB 축적 메탄자화균의 우점화를 촉진할 수 있다. 이러한 연구 결과는 하수 처리장에서 PHB 생산을 통합하는데 기여하며, 자원 회수에 대한 지속 가능한 솔루션을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
