Recently, high cell-density (HCD) cultivation has become an important tool for production of many microbial products. However, to the best of our knowledge, no study regarding HCD fermentation, overproduction and purification of thermostable bacteriophage lysin has been reported. Here, by employing a glucose-limited fed-batch strategy, we performed high density fermentation of the host Escherichia coli BL21(DE3) cells, compared the efficiency of high pressure homogenization, ultrasonication and thermolysis in bacterial cell disruption after HCD cultivation, and purified TSPphg, a thermostable lysin derived from extremophilic bacteriophage TSP4. On the 20-L scale, the overproduction level of TSPphg was up to 67.8 ± 0.7%. In total, we obtained a broth titer of 3322.8 ± 26 mg/L TSPphg with a purity of 95.5 ± 0.7% from a bacterial cell mass of 86.3 ± 4.9 g/L after 26 h of fermentation. The overall productivity of TSPphg was 127.8 ± 1 mg/L/h. Additionally, the antimicrobial activity of purified TSPphg against both Gram-negative (Escherichia coli O157) and Gram-positive (Staphylococcus aureus) pathogenic bacteria was further confirmed by scanning electron microscope analysis. Summarily, for the first time, we have established a relatively stable and efficient HCD cultivation and purification process for recovery of thermostable lysins from extremophilic Thermus bacteriophages. Our results provide insights into the strategies for time-saving and cost-effective production of antimicrobial proteins to replace or supplement antibiotics in the current age of mounting antibiotic resistance.

中文翻译：

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高细胞密度发酵，噬菌体溶素TSPphg的表达和纯化，溶脂素TSPphg是来自极端嗜热栖热菌TSP4的热稳定抗菌蛋白。

最近，高细胞密度（HCD）培养已成为生产许多微生物产品的重要工具。然而，据我们所知，尚未报道有关HCD发酵，热稳定噬菌体溶素的过量生产和纯化的研究。在这里，通过采用葡萄糖受限的分批补料策略，我们对宿主大肠杆菌BL21（DE3）细胞进行了高密度发酵，比较了高压均质化，超声处理和热分解对HCD培养后细菌细胞破坏的效率，并进行了纯化TSPphg，一种衍生自极端噬菌体TSP4的热稳定溶素。在20升规模上，TSPphg的超量生产水平高达67.8±0.7％。总共，我们从86个细菌细胞中获得了3322.8±26 mg / L TSPphg的肉汤滴度，纯度为95.5±0.7％。发酵26小时后为3±4.9 g / L。TSPphg的总生产率为127.8±1 mg / L / h。另外，通过扫描电子显微镜分析进一步证实了纯化的TSPphg对革兰氏阴性（大肠杆菌O157）和革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）致病细菌的抗菌活性。综上所述，我们首次建立了一种相对稳定和有效的HCD培养和纯化方法，用于从极端嗜热的Thermus噬菌体中回收热稳定的溶菌素。我们的结果提供了在当前耐药性不断提高的时代，以节省时间和成本效益的方式生产抗菌蛋白来替代或补充抗生素的策略的见解。通过扫描电子显微镜分析进一步证实了纯化的TSPphg对革兰氏阴性（大肠杆菌O157）和革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）致病菌的抗菌活性。综上所述，我们首次建立了一种相对稳定和有效的HCD培养和纯化方法，用于从极端嗜热菌体嗜热菌中回收热稳定的溶菌素。我们的结果提供了在当前耐药性不断提高的时代，以节省时间和成本效益的方式生产抗菌蛋白来替代或补充抗生素的策略的见解。通过扫描电子显微镜分析进一步证实了纯化的TSPphg对革兰氏阴性（大肠杆菌O157）和革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）致病菌的抗菌活性。综上所述，我们首次建立了一种相对稳定和有效的HCD培养和纯化方法，用于从极端嗜热的Thermus噬菌体中回收热稳定的溶菌素。我们的结果提供了在当前耐药性不断提高的时代，以节省时间和成本效益的方式生产抗菌蛋白来替代或补充抗生素的策略的见解。综上所述，我们首次建立了一种相对稳定和有效的HCD培养和纯化方法，用于从极端嗜热的Thermus噬菌体中回收热稳定的溶菌素。我们的结果提供了在当前耐药性不断提高的时代，以节省时间和成本效益的方式生产抗菌蛋白来替代或补充抗生素的策略的见解。综上所述，我们首次建立了一种相对稳定和有效的HCD培养和纯化方法，用于从极端嗜热的Thermus噬菌体中回收热稳定的溶菌素。我们的结果提供了在当前耐药性不断提高的时代，以节省时间和成本效益的方式生产抗菌蛋白来替代或补充抗生素的策略的见解。