Abstract The peptidoglycan cell wall is essential for the survival and shape maintenance ofbacteria. 1 For decades it was thought that only penicillin-binding proteins (PBPs) effected peptidoglycan synthesis. Recently, it was shown that RodA, a member of the Rod complex involved in side wall peptidoglycan synthesis, acts as a peptidoglycan polymerase. 2–4 RodA is absent or dispensable in many bacteria that contain a cell wall; however, all of these bacteria have a RodA homologue, FtsW, which is a core member of the divisome complex that is essential for septal cell wall assembly. 5,6 FtsW was previously proposed flip the peptidoglycan precursor Lipid II to the peripasm, 7,8 but we report here that FtsW polymerizes Lipid II. We show that FtsW polymerase activity depends on the presence of the class B PBP (bPBP) that it recruits to the septum. We also demonstrate that the polymerase activity of FtsW is required for its function in vivo . Our findings establish FtsW as a peptidoglycan polymerase that works with its cognate bPBP to produce septal peptidoglycan during cell division.

Increasing Neisseria gonorrhoeae resistance to ceftriaxone, the last antibiotic recommended for empiric gonorrhea treatment, poses an urgent public health threat. However, the genetic basis of reduced susceptibility to ceftriaxone is not completely understood: while most ceftriaxone resistance in clinical isolates is caused by target site mutations in penA , others lack these mutations. Here, we show that penA -independent ceftriaxone resistance has evolved multiple times through distinct mutations in rpoB and rpoD . We identify five mutations in these genes that each increase resistance to ceftriaxone, including one mutation that arose independently in two lineages, and show that clinical isolates from multiple lineages are a single nucleotide change from ceftriaxone resistance. These RNA polymerase mutations result in large-scale transcriptional changes without altering susceptibility to other antibiotics, reducing growth rate, or deranging cell morphology. These results underscore the unexpected diversity of pathways to resistance and the importance of continued surveillance for novel resistance mutations.

In most well-studied rod-shaped bacteria, peptidoglycan is primarily crosslinked by penicillin binding proteins (PBPs). However, in mycobacteria L,D-transpeptidase (LDT)-mediated crosslinks are highly abundant. To elucidate the role of these unusual crosslinks, we characterized mycobacterial cells lacking all LDTs. We find that LDT-mediated crosslinks are required for rod shape maintenance specifically at sites of aging cell wall, a byproduct of polar elongation. Asymmetric polar growth leads to a non-uniform distribution of these two types of crosslinks in a single cell. Consequently, in the absence of LDT-mediated crosslinks, PBP-catalyzed crosslinks become more important. Because of this, Mycobacterium tuberculosis is more rapidly killed using a combination of drugs capable of PBP and LDT inhibition. Thus, knowledge about the single-cell distribution of drug targets can be exploited to more effectively treat this pathogen.

ABSTRACT Some bacteria survive in nutrient-poor environments and resist killing by antimicrobials by forming spores. The cortex layer of the peptidoglycan cell wall that surrounds mature spores contains a unique modification, muramic-δ-lactam, that is essential for spore germination and outgrowth. Two proteins, the amidase CwlD and the deacetylase PdaA, are required for muramic-δ-lactam synthesis in cells, but their combined ability to generate muramic-δ-lactam has not been directly demonstrated. Here we report an in vitro reconstitution of cortex peptidoglycan biosynthesis, and we show that CwlD and PdaA together are sufficient for muramic-δ-lactam formation. Our method enables characterization of the individual reaction steps, and we show for the first time that PdaA has transamidase activity, catalyzing both the deacetylation of N -acetylmuramic acid and cyclization of the product to form muramic-δ-lactam. This activity is unique among peptidoglycan deacetylases and is notable because it may involve the direct ligation of a carboxylic acid with a primary amine. Our reconstitution products are nearly identical to the cortex peptidoglycan found in spores, and we expect that they will be useful substrates for future studies of enzymes that act on the spore cortex.