La remoción carbono-nitrógeno es una opción atractiva para la remoción de nitrógeno en presencia de una fuente rica en carbono orgánico, siendo una alternativa viable para la reducción de la carga orgánica y la recuperación de energía a través de la producción de biogás rico en metano. Sin embargo, la dinámica de poblaciones microbianas se podría ver afectada debido a la competencia por sustratos entre las bacterias desnitrificantes y arqueas metanógenas, provocando un bajo rendimiento de metano. Debido a esto la presente investigación tiene como objetivo estudiar las poblaciones microbianas que intervienen en la remoción combinada de carbono y nitrógeno dentro de un reactor anaerobio de biopelícula para producir biogás. Se empleó un Reactor Anaerobio Híbrido (RAH) con un volumen útil de 2.19 L el cual fue inoculado con ExtendosphereTM colonizado. El RAH fue operado bajo condiciones mesofílicas manteniendo la temperatura en un rango de 35 ± 2 °C y un pH de 7 ± 2 . La vida operativa del reactor se dividió en cuatro etapas, dos de remoción de carbono (Etapa 1 y 4) , sirviendo la Etapa 4 para evaluar la reversibilidad del sistema y dos de remoción carbono-nitrógeno (Etapa 2 y 3). En todas las etapas se empleó la fracción líquida de los residuos sólidos orgánicos como fuente de carbono, la cual fue suministrada con una carga volumétrica aplicada de 5 gDQO/L·d. En las Etapas 2 y 3 se empleó NaNO3 como fuente de nitrógeno, con una relación C/N (gDQO/gN-NO3-) de 30 y 15, respectivamente. El RAH fue monitoreado por medio del análisis del afluente y efluente determinando pH, alcalinidad, DQOT, DQOS, SST, SSV. Así mismo, en las Etapas 2 y 3 se monitoreó la remoción de nitratos mediante un método fotométrico. La captación del biogás producido se recolectó mediante un sistema de desplazamiento gas-líquido. La caracterización de la composición microbiana se realizó mediante la extracción de ADN genómico de muestras de biopelícula adherida a los soportes, determinando las poblaciones presentes en el RAH por medio de secuenciación metagenómica shotgun de baja profundidad. Finalmente, se correlacionaron las variables operativas y microbianas mediante análisis de componentes principales. En las Etapas de remoción de carbono se obtuvieron remociones de DQO de hasta el 99 % con una producción de biogás superior a los 5.5 L (0.64 Lbiogás/gDQOremovidos). Por su parte en las etapas de remoción carbono-nitrógeno se obtuvieron remociones del 100 % N-NO3- con una remoción de DQO superior al 97 %, sin embargo, la producción de biogás disminuyó considerablemente a 2.5 L (0.281 Lbiogás/gDQOremovidos). Se obtuvieron en total de 7,992 OTUs, 199 correspondientes para el dominio Archaea y 7,793 para el dominio bacteria. La producción de metano se llevó a cabo por principalmente por la vía acetótrofa, a cargo de la especie Methanothrix soehngenii, así mismo se observó que esta especie competía por la fuente de carbono (acetato) con bacterias desnitrificantes, lo que provocó un bajo desempeño del reactor en función a la producción y rendimiento de biogás en las etapas de remoción combinada carbono-nitrógeno. El análisis permitió conocer las competencias por sustrato presentes dentro del reactor y observar la relación existente entre las especies.