تاریخچه بیوتکنولوژی صنعتی به تولید صنعتی و بزرگ مقیاس پنی سیلین بر می گردد. سال 1928 الکساندر فلمینگ در بیمارستانی در لندن برای جداسازی باکتری استافیلوکوکوس اورئوس که موجب دمل و تورم پوستی در انسان می شود در کار و تلاش بود. روش مورد استفاده فلمینگ در واقع رشد دادن باکتری در سطح یک محلول مغذی بود. یکی از ظرف های حاوی محیط کشت او سهوا با ذره ای خارجی آلوده شد و واضحا چنین ظرف آلوده ای باید از کار کنار گذاشته می شد ولی توجه و دقت وی به آن ظرف از آن جهت بود که هیچ باکتری در نزدیکی آن ماده خارجی رشد نکرده بود. این مشاهده برای فلمینگ یک آزمایش شکست خورده نبود چرا که از دید وی از بین رفتن باکتری ها در واقع به دلیل وجود یک عامل ضد باکتریایی باید انجام شده باشد. با جداسازی آن ذره خارجی و آزمایش های بیشتر مشخص شد که عامل مذکور یک نوع قارچ معمولی از گونه پنسیلیوم است که در مسیر تحقیقات بعدی به نام پنسیلیوم نوتاتم شناخته شد. فلمینگ با روش های موجود در آن زمان توانست مقدار بسیار کمی از ماده ترشح شده را به صورت عصاره ای همراه با سایر ناخالصی ها به دست آورد. در ادامه تحقیق مشخص شد که این ماده استخراجی خاصیت ضد میکروبی فوق العاده ای دارد، و او این محصول را پنیسیلین نامید. وی از کشت مذکور به دقت مراقبت می کرد ولی عملا نتایج کار وی تا یک دهه بدون استفاده بود. جنگ جهانی دوم عامل و محرکی برای کشف پنیسیلین شد. در آن زمان از ماده سولفا به عنوان آنتی بیوتیک استفاده می شد ولی این ماده فعالیت و عملکرد محدودی داشت و به یک آنتی بیوتیک قوی نیاز جدی احساس می شد. چند محقق کار فلمینگ را ادامه دادند و در اکسفورد آزمایشهایی را انجام دادند و توانستند مقدار کمی از پنیسیلین را برای درمان تعدادی حیوان آزمایشگاهی استفاده کنند. استفاده از این ماده برای درمان تعدادی بیمار نیز مورد استفاده قرار گرفت. برای ساخت پنیسیلین در مقدار زیاد به تلاش همه جانبه متخصصین علوم زیستی، میکرو شناسان و مهندسین نیاز بود. در ابتدا برای تولید پنیسیلین از روش تخمیر تلاش چندانی صورت نگرفت و بیشتر تحقیقات بر روی ساخت شیمیایی آن متمرکز بود. اگرچه در این راه موفقیت های زیادی حاصل شده بود ولی تهیه پنیسیلین از روش های شیمیایی بسیار دشوار بود. برای تولید پنیسیلین به روش های تخمیری متخصصین علوم زیستی برای یافتن گونه ای که توانایی تولید بالای پنیسیلین را داشته باشد، تلاش زیادی کردند و درنهایت توانستند یک گونه تولید کننده آن را که با نام پنیسیلیوم کریسوژنوم بود را از یک طالبی قارچ زده در بازار میوه فروشی در ناحیه ای در ایالت ایلینویز امریکا جدا کنند. با وجود یافتن این گونه ولی تولید آن هنوز هم ناچیز بود و نیاز بود تا این تولید را افزایش داد. روش های کشت مختلفی برای این قارچ امتحان شد. نهایتا کشت غوطه ور انتخاب شد که در آن کشت کاملا سترون انجام می شد. مشکلات عمده ای در راه تولید با مقیاس بالا برای پنیسیلین وجود داشت. به عنوان مثال به هوای کاملا تمییز و میکروب زدایی شده و تمییز نیاز بود. از آنجا که در این فرمنتورها همزدن نیاز بود بنابراین به آب بندهایی نیاز بود تا از ورود میکروبهای خارجی به داخل فرمنتور جلوگیری کند. مسئله تامین اکسیژن نیز یکی از چالش های این فرمنتور ها بود. از همه مهمتر جلوگیری از آلوده شدن فرمنتور بود که باعث مشکلات عدیده ای می شد. علاوه بر همه این مشکلات خالص سازی پنیسیلین نیز بسیار مشکلات زیادی وجود داشت که نهایتا با ابداعات جدید و فن آوریهای ویژه توانستند آن را تخلیص کنند. مثلا مشخص شد که با تغییر pH و استخراج مایع مایع می توان آن را خالص سازی کرد.
کسب این موفقیت ها به دلیل همکاری همه جانبه همه متخصصین در آن زمان بود. شرکت مرک متوجه شد که نمی توان افرادی را پیدا کرد که در هر دو زمینه مهندسی و زیست شناسی تخصص و تجربه داشته باشد و به همین دلیل برای هریک از ابعاد کار (زمینه مهندسی و زمینه زیستی) یک مهندس شیمی و یک میکروب شناس را به کار گرفت. این همکاری بین دو گروه باعث توسعه بیشتر فرایند شد. این پیشرفت ها به عوامل متعددی بستگی داشت از جمله شناخت فیزیولوژی قارچ در تخمیر، مسیرهای سوخت و ساز زیستی این میکروارگانیسم، ساختار مولکولی پنی سیلین و روش های ایجاد تغییر و جهش های ژنتیکی و انتخاب ژنتیکی قارچ و عوامل عملیاتی در طراحی و کنترل فرآیند بود. قبل از تولید پنی سیلین هیچ مهندس شیمی نبود که در زمینه علوم زیستی آموزشی دیده باشد. ولی با ظهور آنتی بیوتیک های جدید مفهوم مهندس زیست شیمی یا مهندس زیست فرآیند ایجاد شد.
