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Bioaugmentation of anaerobic digesters with the enriched lignin-degrading microbial consortia through a metagenomic approach
Chemosphere ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-03-30 , DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141831 Ibrahim Cem Ozsefil 1 , Ibrahim Halil Miraloglu 1 , E Gozde Ozbayram 2 , Bahar Ince 1 , Orhan Ince 3
Chemosphere ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-03-30 , DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141831 Ibrahim Cem Ozsefil 1 , Ibrahim Halil Miraloglu 1 , E Gozde Ozbayram 2 , Bahar Ince 1 , Orhan Ince 3
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The recalcitrance of lignin impedes the efficient utilization of lignocellulosic biomass, hindering the efficient production of biogas and value-added materials. Despite the emergence of anaerobic digestion as a superior alternative to the aerobic method for lignin processing, achieving its feasibility requires thorough characterization of lignin-degrading anaerobic microorganisms, assessment of their biomethane production potential, and a comprehensive understanding of the degradation pathway. This study aimed to address the aforementioned necessities by bioaugmenting seed sludge with three distinct enriched lignin-degrading microbial consortia at both 25 °C and 37 °C. Enhanced biomethane yields was detected in the bioaugmented digesters, while the highest production was observed as 188 mLN CH4 gVS in digesters operated at 37 °C. Moreover, methane yield showed a significant improvement in the samples at 37 °C ranging from 110% to 141% compared to the control, demonstrating the efficiency of the enriched lignin-degrading microbial community. Temperature and substrate were identified as key factors influencing microbial community dynamics. The observation that microbial communities tended to revert to the initial state after lignin depletion, indicating the stability of the overall microbiota composition in the digesters, is a promising finding for large-scale studies. Noteworthy candidates for lignin degradation, including , , , sp. , and were identified in the bioaugmented samples. PICRUSt2 predictions suggest that the pathway and specific proteins involved in anaerobic lignin degradation might share similarities with those engaged in the degradation of aromatic compounds.
中文翻译：
通过宏基因组方法利用富集的木质素降解微生物群落对厌氧消化器进行生物增强
木质素的顽抗性阻碍了木质纤维素生物质的有效利用，阻碍了沼气和增值材料的高效生产。尽管厌氧消化已成为木质素加工好氧方法的一种更好的替代方法，但要实现其可行性，需要对木质素降解厌氧微生物进行彻底的表征，评估其生物甲烷生产潜力，并全面了解降解途径。本研究旨在通过在 25°C 和 37°C 下用三种不同的富集木质素降解微生物群落对种子污泥进行生物强化来解决上述必需品。在生物强化消化器中检测到生物甲烷产量增加，而在 37 °C 下运行的消化器中观察到最高产量为 188 mLN CH4 gVS。此外，与对照相比，37°C 下样品的甲烷产量显着提高，范围为 110% 至 141%，证明了富集木质素降解微生物群落的效率。温度和基质被确定为影响微生物群落动态的关键因素。木质素消耗后微生物群落倾向于恢复到初始状态的观察结果表明消化池中总体微生物群组成的稳定性，这对于大规模研究来说是一个有希望的发现。值得注意的木质素降解候选者，包括 、 、 、 sp。 ，并在生物增强样品中得到鉴定。 PICRUSt2 预测表明，厌氧木质素降解所涉及的途径和特定蛋白质可能与芳香族化合物降解所涉及的途径和特定蛋白质有相似之处。
更新日期：2024-03-30
中文翻译：
通过宏基因组方法利用富集的木质素降解微生物群落对厌氧消化器进行生物增强
木质素的顽抗性阻碍了木质纤维素生物质的有效利用，阻碍了沼气和增值材料的高效生产。尽管厌氧消化已成为木质素加工好氧方法的一种更好的替代方法，但要实现其可行性，需要对木质素降解厌氧微生物进行彻底的表征，评估其生物甲烷生产潜力，并全面了解降解途径。本研究旨在通过在 25°C 和 37°C 下用三种不同的富集木质素降解微生物群落对种子污泥进行生物强化来解决上述必需品。在生物强化消化器中检测到生物甲烷产量增加，而在 37 °C 下运行的消化器中观察到最高产量为 188 mLN CH4 gVS。此外，与对照相比，37°C 下样品的甲烷产量显着提高，范围为 110% 至 141%，证明了富集木质素降解微生物群落的效率。温度和基质被确定为影响微生物群落动态的关键因素。木质素消耗后微生物群落倾向于恢复到初始状态的观察结果表明消化池中总体微生物群组成的稳定性，这对于大规模研究来说是一个有希望的发现。值得注意的木质素降解候选者，包括 、 、 、 sp。 ，并在生物增强样品中得到鉴定。 PICRUSt2 预测表明，厌氧木质素降解所涉及的途径和特定蛋白质可能与芳香族化合物降解所涉及的途径和特定蛋白质有相似之处。
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