微生物工程的發展可分為三個時期。
一、微生物工程的孕育時期
微生物工程的基本目標是通過微生物發酵生產人類所需要的產品。微生物的發酵作用從數十億年前地球上出現微生物時就存在的。這就是自然發酵或天然發酵。
在發現微生物，並認識了它們的作用後，西方科學家在微生物發酵的研究方麵做出了重要的貢獻。值得特別提出來的是：
①Aa~thonyLeeuwenhock(荷蘭，1632～1723)於1675年用自製顯微鏡發現了微生物(當時叫微動體)；
②18世紀LouisPasteur(法國，1822--1895)第一次證明酒精發酵是由酵母菌引起的，並得出結論：不同微生物進行的化學反應可以產生不同的化合物；
③RoberKoch(德國，1843--1910)建立了微生物純培養技術，獲得不同微生物純培養物(純種)，為有效地控製不同類型微生物及獲取不同代謝產物奠定了基礎，為微生物工程或微生物工業建立起了關鍵的作用；
④E．C．Hansen(丹麥，1842--1990)研究引起啤酒酒精發酵的酵母菌，開創了用純種酵母菌發酵啤酒的新紀元；⑤EdwardBuchner(德國，1860--1917)於1897年證明酒精發酵過程中由微生物產生的酶叫酒化酶(zymase)催化一係列生化反應的結果，從而闡明了微生物發酵的化學反應本質。同時也表明，存在於任何生物體內酶的重要價值。
20世紀初，生物化學與微生物學的相互滲透，發現人體所需要的許多維生素和其他生長因子，可以通過微生物工程獲得，麵包酵母、乳製品和多種酶製劑都可以通過微生物工程獲取。在這個時期，表現出以下主要特點：①通過在固體培養基上培養微生物，容易得到純培養物，為獲取微生物純種創造了條件，從而建立了微生物純培養技術；②開創了人工控製發酵過程，並且建立了提取發酵產品的工藝，為進一步擴大生產發酵產品創造了條件；③發明了用於液體通氣培養微生物的大型生物及反應器——發酵罐，為實現大規模發酵生產奠定了基礎。
二、微生物工程發展時期
20世紀上半期是微生物工程的發展時期。第一次世界大戰時期，英國和德國曾分別發明了丙酮、丁醇發酵和甘油發酵生產的工藝，這些產品被用來製造火藥。青黴素是由英國細菌學家AlexanderFleming(1881～1955)在1928年發現，但在當時沒有引起重視，直到20世紀40年代初，為適應第二次世界大戰救助傷員的需要，美國對青黴素進行了大規模的生產。青黴素及後來陸續發現的多種抗生素，如鏈黴素、氯黴素、金黴素、土黴素、四環素等相繼進入工業化生產，形成了抗生素工業，開創了微生物工業的新紀元。
由於抗生素工業興起而誕生的大型發酵罐，為微生物工程的發展提供了關鍵的設備，也為後來許多微生物發酵產品如酶製劑、維生素、有機酸、氨基酸、核酸等相關物質的發酵生產奠定了基礎，後來以石油為原料生產飼料酵母、檸檬酸、水楊酸、長鏈二羧酸等有機酸，沿用了這些設備。直到今天，發酵罐仍然是微生物工程中不可或缺的基本設備。
三、微生物工程的現代時期
微生物工程現代時期最顯著的特點，是采用通過現代生物技術構建的新型生物，借助發酵或細胞培養途徑生產人類所需要的產品。1973年人類通過基因工程手段構建了第一個“工程菌”，用這種“工程菌”生產出了人生長激素釋放抑製因子，隨後又生產了胰島素、幹擾素、白細胞介素—2以及其他一些細胞因子，還有一些氨基酸、酶製劑都能通過“工程菌”進行生產。進入21世紀，利用“工程菌”生產工業產品已成為微生物工程的主流發展方向。
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