Chất chuyển hóa có thể được chia làm hai nhóm: những chất được tạo ra ở pha sinh trưởng của sinh vật, gọi là chất chuyển hóa sơ cấp và những chất ra đời ở pha cân bằng, gọi là chất chuyển hóa thứ cấp. Một vài ví dụ về chất chuyển hóa sơ cấp là ethanol, acid citric, acid glutamic, lysine, vitamin và polysaccharide. Một vài ví dụ về chất chuyển hóa thứ cấp là penicillin, cyclosporin A, gibberellin, và lovastatin.[9]

Chất chuyển hóa sơ cấp

Chất chuyển hóa sơ cấp là các hợp chất được làm ra trong sự trao đổi chất thông thường của sinh vật ở pha sinh trưởng. Ví dụ điển hình là ethanol hoặc acid lactic được tạo ra trong đường phân. Acid citric được tạo ra nhờ một vài chủng Aspergillus niger (nằm trong chu trình acid citric) nhằm acid hóa môi trường và ngăn chặn các chất cạnh tranh chiếm hữu. Chất glutamic được tạo ra nhờ một vài chủng loài Micrococcus[12] và Corynebacterium chuyên sản xuất lysine, threonine, tryptophan và các amino acid khác. Tất cả những hợp chất này ra đời trong khâu "kinh doanh" thông thường của tế bào và bị thải ra môi trường. Do đó không cần phải phá cấu trúc tế bào để thu hồi sản phẩm.

Chất chuyển hóa thứ cấp

Chất chuyển hóa thứ cấp là những hợp chất ra đời ở pha cân bằng; ví dụ như penicillin ngăn ngừa vi khuẩn sinh trưởng, song có thể cạnh tranh với nấm mốc Penicillium để giành nguồn nguyên liệu. Một số vi khuẩn như loài Lactobacillus có thể sản xuất bacteriocin nhằm ngăn các vi khuẩn cạnh tranh sinh trưởng. Những hợp chất này có giá trị rõ rệt với con người nhằm ngăn vi khuẩn sinh trưởng, dưới dạng kháng sinh hoặc sát trùng (như gramicidin S). Thuốc diệt nấm như griseofulvin cũng được tạo thành làm chất chuyển hóa thứ cấp.[9] Thông thường chất chuyển hóa thứ cấp không được tạo ra nếu có glucose hoặc các nguồn carbon khác có thể kích thích sinh trưởng,[9] và như chất chuyển hóa sơ cấp, chúng bị thải vào môi trường xung quanh mà không làm vỡ màng tế bào.

Trong những ngày đầu của ngành công nghệ sinh học, đa phần dược phẩm sinh học được tạo ra ở E. coli; đến năm 2004, nhiều dược phẩm sinh học hơn được sản xuất ở tế bào nhân thực, như tế bào CHO, thay cho vi sinh vật, song sử dụng hệ thống lò phản ứng sinh học tương tự nhau.[6] Hệ thống nuôi cấy tế bào côn trùng cũng được đưa vào sử dụng ở thập niên 2000.[13]