폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate; PHA)는 순수 미생물 기반의 생분해성 바이오플라스틱으로 전 세계적인 폐플라스틱 오염과 관련 법적 규제에 대응하기 위한 핵심 대안으로 주목받고 있다. 하지만, PHA의 상용화는 미생물의 탄소원, 정화, 살균 과정에 소요되는 비용으로 인해 생산단가가 높은 실정이며, 현재까지는 저비용 탄소원에 초점을 맞춘 PHAs 생산 연구가 진행되고 있다. 매립지 침출수는 많은 양의 유기물, 높은 미생물 다양성, 고염도의 특성을 가진 폐수로, 고염도 폐수를 활용하여 PHA를 생산할 경우, 비호염균의 미생물 성장을 억제하여 탄소원과 멸균 과정에 소요되는 비용을 동시에 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 고염도 폐수인 매립지 침출수를 활용한 PHA 생산 가능성 평가를 목표로, PHA 생합성 효소(PhaC) 검출을 통해 일반 하수처리시설 내 활성슬러지과 매립지 침출수의 PHA 축적 포텐셜을 평가 및 비교하고 PHA 축적을 위한 최적 활성슬러지 선별을 위한 수치화 연구를 수행하였다. 또한, 현재까지 진행된 PHA 축적 가능성 연구는 conventional PCR을 활용한 PHA 축적 박테리아 존재 유무만 판단하는 연구로 digital PCR을 활용한 객관적이며 정량적인 접근법은 필수적이다.
하수처리시설과 매립지 폐수 내 PHA 생합성 효소 검출 결과, PHA Class I, I', III phaC gene은 검출이 되지 않았으며, PHA IV phaC gene은 40%의 DNA 양성율을 확인하였다. PHA Class II phaC1/C2 gene의 경우 다른 생합성 효소 유전자와는 다르게 바탕시료와 모든 폐수 시료에서 100 bp 아래 두께와 밝기가 비슷한 밴드를 식별하였으며, 이를 통해 프라이머 다이머 현상이 발생한 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해, 포워드와 리버스 프라이머의 3' end 방향 프라이머 시퀀스를 일부 제거하여 PHA Class II phaC1/C2 gene 프라이머를 개선하였다. 결과적으로, PHA Class II phaC1/C2 gene은 시료의 90% 양성 임을 확인하였다. Digital PCR을 수행한 결과, 모든 시료에서 PHA Class II phaC1/C2 gene과 PHA Class IV phaC gene이 검출되었으며, 이는 conventional PCR보다 dPCR의 민감도가 매우 높아 검출된 것으로 판단된다. 또한, 모든 폐수 시료에서 PHA Class II phaC1/C2 gene의 농도가 PHA Class IV phaC gene보다 상대적으로 높은 것을 확인하였으며, 이는 폐수 내 Pseudomonas species가 Bacillus species 보다 지배적으로 존재하기 때문에 나타난 것으로 판단된다.
결론적으로, 일반 하수처리시설과 매립지 침출수의 PHA Class II phaC1/C2 gene 농도 범위는 각 2.77x107 - 2.10x108, 6.14x108 - 7.59x108 GC/mL이며, PHA Class IV phaC gene의 경우 2.85x105 - 6.77x105 GC/mL, 5.36x105 - 2.88x106 GC/mL로, 매립지 침출수 내 PHA 생합성 효소가 일반 활성슬러지와 비슷한 양으로 존재하는 것을 통계적으로 확인하였으며, 매립지 침출수는 충분한 PHA 생산 가능성을 가지고 있으며, 이를 박테리아 탄소원으로 활용 시 고염도 특성으로 인해 PHA 생산 소요비용의 감축이 기대된다. 추후, 본 연구의 시료 크기, 지역별로 다른 미생물 다양성 등으로 매립지 침출수의 대표성을 가질 수 없기 때문에, 보다 많은 관련 연구 수행이 필요하다.