新型弗氏柠檬酸杆菌CT2降解氯霉素的代谢途径、毒性评估及基因组解析

为解决氯霉素(CAP)环境污染问题，研究人员从发酵蚕沙中分离出高效降解菌株Citrobacter freundii CT2，通过UPLC-HRMS和HPLC鉴定出10种代谢产物及5条降解途径(乙酰化/丙酰化/丁酰化/脱水/氧化)，证实终产物无毒。该研究为CAP污染生物修复提供了新策略。

　　

抗生素污染已成为全球性环境挑战，其中氯霉素(CAP)因其在畜牧水产业的滥用和持久性残留备受关注。这种广谱抗生素不仅会引发再生障碍性贫血等健康风险，更棘手的是，动物体内40-90%的原药会通过排泄物进入环境，在土壤和水体中累积后破坏微生物群落、诱发耐药基因传播。传统物理化学处理方法成本高昂且效率有限，而现有降解菌株普遍存在代谢路径单一、中间产物毒性不明等问题。在此背景下，中国农业科学院蚕业研究所的研究团队从发酵蚕沙中分离到一株具有应用潜力的高效降解菌，相关成果发表在《Environmental Technology》上。

研究采用16S rRNA基因测序鉴定菌种，通过HPLC分析降解动力学，结合UPLC-HRMS和核磁共振(NMR)鉴定代谢产物。采用ECOSAR模型和藻类生长抑制实验评估毒性，并完成全基因组测序和功能注释。实验样本包括从制药厂废水处理系统采集的ABR(厌氧折流板反应器)和COT(接触氧化池)水样。

在菌株鉴定与降解特性方面，扫描电镜显示CT2为革兰阴性短杆菌(0.45-0.76 μm宽)，生理生化试验显示其甲基红和柠檬酸利用阳性。该菌能以CAP为唯一碳氮源，在25 mg/L浓度下24小时降解效率达96.29%，符合一级动力学模型(R²>0.9)。添加葡萄糖可使降解速率常数(k_obs)从0.061提升至0.248，但高浓度CAP(150 mg/L)会显著抑制菌体生长(OD₆₀₀仅0.082)。

代谢途径解析发现5条并行路线：乙酰化途径产生CAP-3-acetyl(C1-363)和1,3-diacetyl-CAP(C2-405)；丙酰化和丁酰化途径分别生成C3-377和C5-391；脱水途径产生C6-302；C1-C2键氧化断裂则生成对硝基苯甲醛(P1-150/PNBD)，最终转化为3,4-二羟基苯甲酸(P3-153/PCA)。值得注意的是，这是首次在CAP降解菌中发现丙酰化和丁酰化修饰。

毒性评估显示，虽然中间产物C2-405对绿藻的急性毒性(EC₅₀=0.03 mg/L)高于母药，但终产物PCA的毒性降至"无害"等级。在废水修复实验中，CT2对制药废水中10 mg/L CAP的72小时去除率达100%，且核心代谢路径与实验室条件一致。

基因组分析揭示CT2含5426个基因，其中48个CAP耐药基因，包括编码乙酰转移酶的catB3/catII基因和硝基还原酶基因nfsA/nfnB。脂肪酸代谢相关基因(fadA/fadJ/fadK)可能参与丙酰化过程，而醛脱氢酶基因mhpF可能催化PNBD向PNBA的转化。

该研究不仅拓展了CAP微生物降解的路径多样性，更通过多组学技术验证了降解过程的生态安全性。菌株CT2在真实废水中的稳定表现，为其在抗生素污染环境修复中的应用提供了理论支撑。未来研究可针对acyl-CoA转移酶系统开展蛋白功能验证，并探索菌剂固定化技术以提升实际应用效能。