تبدأ عملية التصنيع الحيوي بالمعالجة الأولية، وهي المرحلة التي تُزرع فيها الخلايا ويُصنع المنتج. قد تكون هذه الخلايا بكتيريا، أو خميرة، أو خلايا حشرية، أو خلايا ثديية. تُزرع هذه الخلايا في مفاعلات حيوية ضمن ظروف مُحكمة. والهدف هو تحقيق أقصى كثافة للخلايا وإنتاجية للمنتج. كل ما يليها يعتمد على ما يحدث في هذه المرحلة.

تتضمن عملية المعالجة الأولية عدة خطوات. تبدأ بتطوير سلالة خلوية مستقرة وعالية الإنتاجية. ثم تُزرع الخلايا الأولية لتوسيع حجمها من قارورة صغيرة إلى حجم كافٍ لمفاعل الإنتاج الحيوي. وتُحسّن بيئة الزراعة لتوفير العناصر الغذائية اللازمة للخلايا. وتُضبط معايير العملية، مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والأكسجين المذاب، واستراتيجية التغذية، لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد. ويتراوح حجم مفاعل الإنتاج الحيوي من بضعة لترات إلى آلاف اللترات.

يُعد اختيار نظام التعبير الجيني أمرًا بالغ الأهمية. فالبكتيريا سريعة ورخيصة، لكنها لا تستطيع إجراء تعديلات ما بعد الترجمة المعقدة. أما الخميرة، فتستطيع تعديل البروتينات، ولكن ليس بنفس طريقة الخلايا البشرية. وتنتج خلايا الثدييات بروتينات مطوية ومعدلة بشكل صحيح، لكنها بطيئة ومكلفة. وتُستخدم خلايا الحشرات في بعض اللقاحات والبروتينات. ويعتمد الاختيار على المنتج.

تُمثل عمليات المعالجة الأولية نقطة التقاء علم الأحياء بالهندسة. فالتغيرات الطفيفة في الظروف قد تُحدث تأثيرات كبيرة على الإنتاجية والجودة. إنها عملية معقدة وديناميكية تتطلب مراقبة وتحكمًا دقيقين.