Die Bioproduktion nutzt lebende Systeme zur Herstellung von Produkten im industriellen Maßstab. So werden Insulin, Impfstoffe und Enzyme für Waschmittel produziert sowie einige Kunststoffe und Chemikalien synthetisiert. Bei den lebenden Systemen handelt es sich meist um gentechnisch veränderte Bakterien, Hefen oder Säugetierzellen. Sie werden in großen Behältern gezüchtet, mit Nährstoffen versorgt und zur Produktion des gewünschten Moleküls genutzt.

Der Prozess umfasst mehrere Stufen. In der vorgelagerten Aufbereitung werden die Zellen und das Kulturmedium vorbereitet. Durch Fermentation oder Zellkultur vermehren sich die Zellen und das Produkt wird hergestellt. Die nachgelagerte Aufbereitung reinigt das Produkt, indem Zellen, Zelltrümmer und Verunreinigungen entfernt werden. Jede Stufe muss präzise gesteuert werden. Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff- und Nährstoffgehalt beeinflussen die Ausbeute. Verunreinigungen können eine Charge im Wert von Millionen von Dollar ruinieren.

Die Bioproduktion ist kapitalintensiv. Eine einzelne Anlage kann Hunderte Millionen Dollar kosten und der Bau Jahre dauern. Sie unterliegt zudem strengen Regulierungen. Die FDA und die Europäische Arzneimittel-Agentur (EMA) legen Standards für die gute Herstellungspraxis fest. Jede Charge muss auf Identität, Reinheit, Wirksamkeit und Sicherheit geprüft werden.

Der Bereich wächst, da immer mehr Produkte von der chemischen Synthese auf die biologische Produktion umgestellt werden. Die Herausforderung liegt in der Skalierung. Was in einem Ein-Liter-Kolben funktioniert, muss auch in einem 10.000-Liter-Tank funktionieren. Das ist nicht immer einfach.