Arsenic (As) ranks among the priority metal(loid)s that are of public health concern. In the environment, arsenic is present in different forms, organic or inorganic, featured by various toxicity levels. Bacteria have developed different strategies to deal with this toxicity involving different resistance genetic determinants. Bacterial strains of Rhodococcus genus, and more in general Actinobacteria phylum, have the ability to cope with high concentrations of toxic metalloids, although little is known on the molecular and genetic bases of these metabolic features. Here we show that Rhodococcus aetherivorans BCP1, an extremophilic actinobacterial strain able to tolerate high concentrations of organic solvents and toxic metalloids, can grow in the presence of high concentrations of As(V) (up to 240 mM) under aerobic growth conditions using glucose as sole carbon and energy source. Notably, BCP1 cells improved their growth performance as well as their capacity of reducing As(V) into As(III) when the concentration of As(V) is within 30-100 mM As(V). Genomic analysis of BCP1 compared to other actinobacterial strains revealed the presence of three gene clusters responsible for organic and inorganic arsenic resistance. In particular, two adjacent and divergently oriented ars gene clusters include three arsenate reductase genes (arsC1/2/3) involved in resistance mechanisms against As(V). A sequence similarity network (SSN) and phylogenetic analysis of these arsenate reductase genes indicated that two of them (ArsC2/3) are functionally related to thioredoxin (Trx)/thioredoxin reductase (TrxR)-dependent class and one of them (ArsC1) to the mycothiol (MSH)/mycoredoxin (Mrx)-dependent class. A targeted transcriptomic analysis performed by RT-qPCR indicated that the arsenate reductase genes as well as other genes included in the ars gene cluster (possible regulator gene, arsR, and arsenite extrusion genes, arsA, acr3, and arsD) are transcriptionally induced when BCP1 cells were exposed to As(V) supplied at two different sub-lethal concentrations. This work provides for the first time insights into the arsenic resistance mechanisms of a Rhodococcus strain, revealing some of the unique metabolic requirements for the environmental persistence of this bacterial genus and its possible use in bioremediation procedures of toxic metal contaminated sites.

Quartzite caves located on table-top mountains (tepuis) in the Guyana Shield, are ancient, remote, and pristine subterranean environments where microbes have evolved peculiar metabolic strategies to thrive in silica-rich, slightly acidic and oligotrophic conditions. In this study, we explored the culturable fraction of the microbiota inhabiting the (ortho)quartzite cave systems in Venezuelan tepui (remote table-top mountains) and we investigated their metabolic and enzymatic activities in relation with silica solubilization and extracellular hydrolytic activities as well as the capacity to produce antimicrobial compounds. Eighty microbial strains were isolated with a range of different enzymatic capabilities. More than half of the isolated strains performed at least three enzymatic activities and four bacterial strains displayed antimicrobial activities. The antimicrobial producers Paraburkholderia bryophila CMB_CA002 and Sphingomonas sp. MEM_CA187, were further analyzed by conducting chemotaxonomy, phylogenomics, and phenomics. While the isolate MEM_CA187 represents a novel species of the genus Sphingomonas, for which the name Sphingomonas imawarii sp. nov. is proposed, P. bryophila CMB_CA002 is affiliated with a few strains of the same species that are antimicrobial producers. Chemical analyses demonstrated that CMB_CA002 produces ditropolonyl sulfide that has a broad range of activity and a possibly novel siderophore. Although the antimicrobial compounds produced by MEM_CA187 could not be identified through HPLC-MS analysis due to the absence of reference compounds, it represents the first soil-associated Sphingomonas strain with the capacity to produce antimicrobials. This work provides first insights into the metabolic potential present in quartzite cave systems pointing out that these environments are a novel and still understudied source of microbial strains with biotechnological potential.