Biofremstilling begynder med opstrøms forarbejdning. Det er det stadie, hvor cellerne dyrkes, og produktet dannes. Cellerne kan være bakterier, gær, insektceller eller pattedyrceller. De dyrkes i bioreaktorer under kontrollerede forhold. Målet er at maksimere celletætheden og produktudbyttet. Alt nedstrøms afhænger af, hvad der sker her.

Opstrømsbehandling har flere trin. Udvikling af cellelinjer skaber en stabil, højproducerende cellelinje. Frøkultur udvider cellerne fra et lille hætteglas til et volumen, der er stort nok til produktionsbioreaktoren. Medieoptimering leverer de næringsstoffer, cellerne har brug for. Procesparametre, som temperatur, pH, opløst ilt og fodringsstrategi, kontrolleres for at maksimere produktiviteten. Produktionsbioreaktoren kan variere fra et par liter til tusindvis af liter.

Valget af ekspressionssystem er vigtigt. Bakterier er hurtige og billige, men kan ikke udføre komplekse posttranslationelle modifikationer. Gær kan modificere proteiner, men ikke på samme måde som menneskeceller. Pattedyrceller producerer korrekt foldede og modificerede proteiner, men er langsomme og dyre. Insektceller bruges til nogle vacciner og proteiner. Valget afhænger af produktet.

Opstrøms forarbejdning er der, hvor biologi møder ingeniørkunst. Små ændringer i forholdene kan have stor effekt på udbytte og kvalitet. Det er en kompleks, dynamisk proces, der kræver omhyggelig overvågning og kontrol.