О.Е. Мелькина в 2000 году поступила на факультет экологии и природопользования Московского государственного университета инженерной экологии, который окончила в 2005 году по специальности «инженер-эколог». С 2005 по 2008 год обучалась в аспирантуре при ФГУП (позднее ФГБУ) «ГосНИИгенетика», в лаборатории генетики бактерий. В 2010 году защитила кандидатскую диссертацию по специальности «Генетика» с присуждением степени кандидата биологических наук. Работа была посвящена исследованию регуляции системы Quorum sensing I типа АТФ-зависимыми протеазами и шаперонами. С 2008 года работает в лаборатории генетики бактерий в должности инженера, младшего научного сотрудника, научного сотрудника, старшего научного сотрудника. В 2020 году в составе лаборатории генетика бактерий переведена в Национальный исследовательский центр «Курчатовский Институт» в должности старшего научного сотрудника. С 2023 года возглавила лабораторию генетики бактерий Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, Геномного центра «Развитие генетических технологий для промышленной микробиологии».
