氯霉素（CAP）作为一种典型的卤代硝基芳香类抗生素,具有潜在的遗传毒性和致癌性,且CAP还对污水处理系统中活性污泥微生物群落功能有明显的抑制作用。目前在不同自然环境和生物样本中仍能检测到CAP残留（0.07-47400 ng/L）及其ARGs。因此,深度去除CAP、识别和阻控ARGs的传播是环境领域当务之急。微生物是介导抗生素/抗菌剂类新兴风险污染物降解转化的主要驱动者。然而,目前能够高效降解并矿化CAP的细菌资源十分匮乏,完整的CAP分解代谢途径及对应的分子机制尚不清楚,同时亟待挖掘代谢活性的分子标记对CAP分解代谢/抗性活动进行识别。本研究旨在从污水处理厂活性污泥中深入挖掘新型高效CAP降解/矿化细菌,并采用多学科等方法系统研究CAP降解过程,构建完整CAP分解代谢途径。此外,克隆并表征参与CAP降解的关键酶基因（簇）以明确其相应酶学分子催化机理。针对水环境中普遍检出的CAP及其ARGs问题,以污水处理厂活性污泥作为初始接种物,获得了高效的CAP降解矿化菌液（命名为DCAP）。DCAP能以CAP作为唯一碳、氮和能源,可在24 h内好氧完全降解50 mg/L的CAP,同时伴随TOC的去除和Cl-的释放。此外,碳源葡萄糖的加入使CAP降解效率在初始阶段显著降低。硝基苯甲酸（PNBA）作为降解中间代谢产物可为富集菌群DCAP提供碳氮源,且25 mg/L的PNBA能在24 h内被DCAP完全降解。高通量测序分析表明,鞘脂菌属Sphingobium是DCAP微生物群落中的优势菌属,相对丰度在63.4%-69.2%。富集菌群中大多数细菌都能降解包括PNBA在内的芳香族化合物,表明这些菌属参与CAP的分解代谢。在152次长期传代进化的情况下,富集菌群DCAP仍能保持CAP高降解效率和微生物群落的稳定性。针对CAP矿化/降解菌资源匮乏的情况,从富集菌群DCAP中分离获得了纯培养细菌Sphingobium sp.CAP-1,在30 h内能完全降解50 mg/L的CAP。与DCAP相同的是,菌株CAP-1也能以CAP作为唯一碳、氮和能源生长,并受到外加碳源葡萄糖的抑制阻遏作用。除PNBA、对硝基苯甲醛（PNBD）和原儿茶酸（PCA）外,还利用核磁共振（NMR）和高分辨质谱技术鉴定到了CAP的侧链C3位羟基氧合产物（O-CAP）。菌株CAP-1能将氧化产物O-CAP转化为PNBA。PNBA进一步转化为PCA并开环生成三羧酸循环（TCA）的产物草酰乙酸和丙氨酸,最终矿化CO2和H2O。基于基因组测序和比较蛋白质组分析,定位并鉴定到了参与PNBA分解代谢进入TCA的全部功能基因簇、催化CAP转化为O-CAP的氧化酶基因（cmo）和菌胶团形成与调控完整基因簇。基于高通量组学信息、生理生化和降解产物分析化学数据,构建了关键氧化反应介导的细菌完全分解代谢CAP的一条新途径。针对CAP降解分子机制尚不清晰及代谢性分子标记匮乏的科学问题,克隆表征了菌株CAP-1中负责催化CAP到O-CAP的氧化酶Cmo,该酶与生化功能鉴定的葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶家族氨基酸相似性为41.05%,Cmo催化反应最适温度和p H为30℃和7.4;在10-30℃范围内或者中性条件下,Cmo稳定性最高。不同种类的阳离子对Cmo的催化活性影响不同。其中,1m M Co2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+和Ag+对Cmo活性有明显的抑制作用,而相同浓度的Zn2+和Mg2+对Cmo活性有微弱的促进作用。不同种类的化学抑制剂和洗涤剂对Cmo催化活性均有不同程度的抑制作用。其中,1 m M碘乙酸、氮三乙酸（NTA）、苯甲磺酰氟（PMSF）、焦碳酸二乙酯（DEPC）和0.1%十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对Cmo活性抑制最强烈,抑制率为85.23%-98.30%。酶动力学参数Km值为183.94±11.20μM,kcat值为125.48±7.63 s-1。基于同源建模和分子对接,定位了氧化酶Cmo与CAP结合的活性氨基酸位点:Ala344、Tyr380、Met474、Gly99和Asn518。本研究为污染环境的微生物强化处理提供高效CAP降解/矿化细菌资源和理论指导,为CAP在实际环境中微生物介导的归趋、转化活性提供了指示基因。