Основой биотехнологии как науки в процессе ее формирования стала микробиологическая промышленность. Микроорганизмы, по сравнению с другими объектами, имеют следующие преимущества: высокая скорость роста; использование для жизнедеятельности дешевых субстратов; устойчивость к заражению чужой микрофлорой. Именно благодаря таким признакам микроорганизмов за последние годы микробиологическая промышленность приобрела принципиально новые черты: микроорганизмы стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохимических процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные производить, синтезировать ценные и сложные химические соединения. Ключевым моментом в развитии биотехнологии микроорганизмов было открытие и начало производства антибиотиков [Герасименко, 1989]. На сегодняшний день благодаря биотехнологии микроорганизмов получены следующие соединения: алкалоиды, аминокислоты, антибиотики, антиметаболиты, антиоксиданты, белки, витамины, гербициды, ингибиторы ферментов, инсектициды, ионофоры, коферменты, липиды, нуклеиновые кислоты, нуклеозиды и нуклеотиды, окислители, органические кислоты, пигменты, поверхностно активные вещества, полисахариды, антипухолевые агенты, растворители, фитогормоны, ферменты и т.д. [Сассон, 1997]. Значительный вклад в развитие биотехнологии как науки в целом и биотехнологии микроорганизмов в частности внесли исследования петербургского академика К. С. Кирхгофа, который в 1814 году открыл явление биологического катализа и попытался биокаталитически получить сахар из доступного сырья [Мишунин, Шевченко, 1989]. В 1891 г. в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях. В 1916-1917 гг. российский биохимик А. Н. Коленев пытался разработать способ, который позволил бы руководить процессом ферментации природного сырья при производстве табака [Мишунин, Шевченко, 1989]. Академик А. Н. Бах и его ученики разработали рекомендации по совершенствованию технологии хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства чая и табака и т.д., а также рекомендации для повышения урожая культурных растений путем управления протекающими в них биохимическими процессами. В первой половинке ХХ в. технологическое обеспечение микробиологических процессов было усовершенствовано. Начали внедрять специально подобранные чистые культуры микроорганизмов, которые направляли процесс в нужном направлении. В 1933 г. голландские учения А. Клюйвер и Л. Х. Ц. Перкин предложили основные технические приемы и подходы к оценке полученных результатов при глубинном культивировании грибов. Также осуществлялась разработка и внедрение технологии непрерывного культивирования. Одними из первых изучением непрерывных процессов занимались российские ученые С. В. Лебедев, М. Д. Утенков, Д. Н. Климовский [Попова, Попова, 2000]. Однако, несмотря на существенные достижения, природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой производительностью тех веществ, производство которых необходимо. Для биотехнологии важно использование высокопродуктивных штаммов микроорганизмов. Их создают направленным отбором спонтанных или индуцированных мутагенов. Получение таких штаммов занимает иногда много лет. В результате селекции производительность продуцентов может возрастать в сотни-тысяч раз. Например, в работе с Penicillium методами селекции выход пенициллина был увеличен примерно в 10 тыс. раз, по сравнению с исходным штаммом.  Отбору высокопродуктивных штаммов предшествуют тонкие манипуляции селекционера с исходным генетическим материалом. При этом используют весь спектр естественных способов рекомбинации генов, известных у бактерий, а именно: конъюгацию, трандукцию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) была успешно использована при создании штамма Pseudomonas putida, способного утилизировать парафины нефти [Герасименко, 1989]. Очень часто используют трансдукцию (перенос гена от одной бактерии к другой с помощью бактериофагов), и амплификацию, то есть увеличение числа копий нужного гена. У многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков и их регуляторы находятся не в основной хромосоме, а в плазмидах. Благодаря амплификациям можно увеличить количество плазмид в клетках и существенно увеличить производство антибиотиков [Герасименко, 1989]. Следующим подходом в генетико-селекционной работе является получение генетических рекомбинант путем слияния различных штаммов бактерий, лишенных клеточных стенок. Так, благодаря слиянию клеток 2-х штаммов Streptomyсes был сконструирован новый высокоэффективный штамм-продуцент рифампицина с. На микробиологической основе пытаются производить топливо: метан и спирт. Спирт, полученный микробиологическим путем, конкурирует с бензином по своим свойствам, а также по важным с точки зрения охраны природы показателям: продукты сгорания спирта не загрязняют окружающую природную среду. Микроорганизмы используют для производства белков одноклеточных организмов, которые являются кормом для животных. Перспективность микробиологического производства заключается в том, что во – первых, нет необходимости в больших площадях-один аппарат для получения кормовых дрожжей из парафинов нефти дает столько же белка, сколько содержится в урожае гороха с 18 тыс. га. Такое производство не зависит от климатических условий, его обслуживает небольшое количество рабочей силы [Смирнов, Иванов, 1986]. При выращивании микроорганизмов (преимущественно дрожжей) для этих целей в качестве питательного субстрата для их роста используют отходы других отраслей промышленности. Микробная биомасса некоторых культур используется в виде заквасок, например, для выпекания хлеба, производства пива, вин, спирта, уксуса, кисломолочных продуктов, сыров. Микробный белок (разрушенные клетки дрожжей или бактерий) используется в качестве добавки в питательную среду при выращивании микроорганизмов для научных и практических целей. Еще одним важным направлением биотехнологии микроорганизмов является использование продуктов их жизнедеятельности. Продукты жизнедеятельности по природе и по назначению можно разделить на три группы. К первой группе относятся различные ферменты (целлюлозы, протеазы, липазы) и полисахариды. Сфера использования тех или иных веществ чрезвычайно широка — от пищевой и текстильной промышленности до нефтедобывающей. Вторую группу образуют первичные метаболиты, то есть вещества, которые необходимы для роста и развития самой клетки: аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды, витамины. К третьей группе относятся вторичные метаболиты-вещества, которые не нужны для роста микроорганизмов. Их синтез наблюдается после исчерпания микробными клетками источника углерода и энергии. В эту группу входят антибиотики, токсины, алкалоиды, факторы роста [Герасименко, 1989]. Микроорганизмы выращивают с использованием двух методов-периодическое и непрерывное культивирование. При периодическом методе культуру засевают в питательную среду и культивируют в условиях соответствующей температуры, аэрации, перемешивания. Культура растет сначала медленно, постепенно ее рост ускоряется и достигает максимума (логарифмическая фаза роста). Концентрация углерода и энергии постепенно снижается, начинают накапливаться продукты обмена. Следовательно наступает период, когда прирост клеток прекращается, а затем клетки отмирают. Отрицательно-доливной способ заключается в том, что из сосуда, в котором культивируются микроорганизмы изымают часть клеток и продукты обмена и вносят соответствующий объем питательной среды. Если процедуру выполнять часто с определенной периодичностью, то можно перейти к непрерывному способу культивирования микроорганизмов [Герасименко, 1989]. Микроорганизмы используют как биогенные агенты для трансформации некоторых веществ, очистки вод, почв, воздуха. Для извлечения металлов из простых и сложных руд (биотехнология металлов) используют тионовые бактерии. Важна роль микроорганизмов в создании, поддержании и сохранении почвенного плодоношения. Микроорганизмы участвуют в образовании гумуса, трансформируют ядовитые вещества в неядовитые или детоксицируют их. В биотехнологии микроорганизмов благодаря широкому спектру исследований выделяют почвенную биотехнологию, одним из направлений которой является использование микроорганизмов для инокуляции (обработки семян) растений с целью создания симбиоза между азотофиксирующим микроорганизмом и растением. Благодаря этому можно уменьшить внесение минеральных азотных удобрений или не вносить их вообще. Еще одним направлением является использование микроогранизмов для борьбы с болезнями растений: растения обрабатывают определенными бактериями, которые уменьшают размножение патогенных форм микроорганизмов [Смирнов, Иванов, 1986].