Bioproductie begint met upstream processing. Dit is de fase waarin cellen worden gekweekt en het product wordt gevormd. De cellen kunnen bacteriën, gisten, insectencellen of zoogdiercellen zijn. Ze worden gekweekt in bioreactoren onder gecontroleerde omstandigheden. Het doel is om de celdichtheid en de productopbrengst te maximaliseren. Alles wat daarna komt, hangt af van wat hier gebeurt.

De upstream-verwerking bestaat uit verschillende stappen. De ontwikkeling van een cellijn creëert een stabiele, hoogproductieve cellijn. Door middel van zaadcultuur worden de cellen vanuit een klein buisje vermeerderd tot een volume dat groot genoeg is voor de productiebioreactor. Optimalisatie van het kweekmedium zorgt voor de benodigde voedingsstoffen voor de cellen. Procesparameters, zoals temperatuur, pH, opgeloste zuurstof en voedingsstrategie, worden gecontroleerd om de productiviteit te maximaliseren. De productiebioreactor kan variëren van enkele liters tot duizenden liters.

De keuze van het expressiesysteem is belangrijk. Bacteriën zijn snel en goedkoop, maar kunnen geen complexe post-translationele modificaties uitvoeren. Gist kan eiwitten modificeren, maar niet op dezelfde manier als menselijke cellen. Zoogdiercellen produceren correct gevouwen en gemodificeerde eiwitten, maar dit proces is traag en kostbaar. Insectencellen worden gebruikt voor sommige vaccins en eiwitten. De keuze hangt af van het product.

De upstream-verwerking is waar de biologie en de techniek samenkomen. Kleine veranderingen in de omstandigheden kunnen grote gevolgen hebben voor de opbrengst en de kwaliteit. Het is een complex, dynamisch proces dat nauwlettende monitoring en controle vereist.