Wiele osób zastanawia się, jak niskie temperatury wpływają na mikroorganizmy – zwłaszcza
na bakterie. Pytania typu: czy mróz je zabija, czy bakterie „śpią” w lodzie, czy lód jest ich wrogiem czy sprzymierzeńcem – są szczególnie ciekawe, bo dotyczą zarówno biologii życia na ziemi, jak
i zasad przechowywania żywności czy nawet poszukiwania życia poza naszą planetą.
Czym są bakterie i jak działają temperatury?
Bakterie to proste, jednokomórkowe organizmy, które potrafią żyć w bardzo zróżnicowanych warunkach – od gorących źródeł termalnych po lodowate gleby i jeziora. Do życia potrzebują:
- wody,
- odpowiedniej temperatury,
- składników odżywczych,
- sprzyjającego środowiska.
Ich metabolizm i aktywność biologiczna są silnie zależne od środowiska, w którym się znajdują. Temperatura jest jednym z kluczowych czynników wpływających na to, czy bakterie mogą
się rozmnażać, spowalniać swój metabolizm, czy przetrwać w stanie uśpienia.
Kiedy wkładamy jedzenie do zamrażarki, często myślimy: „Teraz bakterie zginą”. Zima kojarzy
się z czystością, mrozem i „wymrażaniem” zarazków. Ale czy rzeczywiście bardzo niska temperatura działa na bakterie jak środek dezynfekujący? Czy lód jest ich wrogiem? A może… sprzymierzeńcem?
Jak to w biologii – odpowiedź jest bardziej złożona.
Temperatura jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na ich aktywność. Większość bakterii chorobotwórczych najlepiej rozwija się w temperaturze zbliżonej do temperatury ludzkiego ciała, czyli około 37°C, ale kiedy temperatura spada – ich życie się zmienia. W temperaturach bliskich 0°C bakterie nie rozmnażają się tak szybko. Ich metabolizm (czyli wszystkie procesy życiowe zachodzące w komórce) wyraźnie zwalnia. Gdy temperatura spada poniżej zera: woda w środowisku zaczyna zamarzać, ruch cząsteczek spowalnia, reakcje chemiczne w komórce przebiegają znacznie wolniej. Wiele bakterii przechodzi wtedy w stan przypominający biologiczne „uśpienie”. Nie rosną, nie dzielą się, ale mogą pozostać żywe.
Pamiętajcie jednak, że zamrożenie nie oznacza automatycznie śmierci bakterii. Zamrażanie może uszkodzić komórki bakteryjne, ale nie zawsze je niszczy całkowicie. Dlaczego? Bo podczas powolnego zamrażania w komórkach mogą tworzyć się kryształki lodu. Te kryształki mogą:
- uszkadzać błony komórkowe,
- rozrywać struktury wewnętrzne,
- zaburzać równowagę osmotyczną.
Część bakterii w takich warunkach ginie. Jednak wiele z nich potrafi przetrwać. Co ciekawe,
w laboratoriach, bakterie przechowuje się w temperaturach nawet −80°C lub w ciekłym azocie (−196°C). W takich warunkach mogą przetrwać latami – a po rozmrożeniu znów się namnażać.
To dowód, że bardzo niska temperatura nie musi ich zabijać – może je po prostu „zamrozić w czasie”.
Największe uszkodzenia często nie powstają w trakcie samego zamrażania, ale podczas cykli zamrażania i rozmrażania. Wielokrotne zmiany temperatury osłabiają struktury komórkowe, zmniejszają przeżywalność, powodują większy stres biologiczny.
Dlatego powtarzalne rozmrażanie żywności może zmniejszyć liczbę bakterii – ale nadal nie daje gwarancji ich całkowitego zniszczenia. Nie wszystkie bakterie są takie same. W przyrodzie istnieją mikroorganizmy zwane psychrofilami – to bakterie przystosowane do życia w niskich temperaturach. Można je znaleźć: w lodowcach, w arktycznych jeziorach, w wiecznej zmarzlinie, pod antarktycznym lodem. Niektóre z nich potrafią prowadzić aktywny metabolizm nawet w temperaturach poniżej 0°C. Wytwarzają specjalne białka chroniące je przed uszkodzeniem przez lód i zmieniają skład swoich błon komórkowych, aby pozostały elastyczne mimo zimna.
Dla bakterii, lód nie jest wrogiem – jest naturalnym środowiskiem.
Czy mróz jest sprzymierzeńcem bakterii? – To zależy od sytuacji.
Dla bakterii chorobotwórczych w żywności: mróz zwykle hamuje ich rozwój, ale nie zawsze je zabija, po rozmrożeniu mogą znów się namnażać. Dla bakterii przystosowanych do zimna: lód może być środowiskiem życia, może chronić je przed konkurencją innych mikroorganizmów, może nawet zabezpieczać je przed promieniowaniem czy wysychaniem. W pewnym sensie lód może działać
jak „konserwant biologiczny”.
Bakterie dzieli się funkcjonalnie np. na:
- psychrofile – gatunki zdolne do życia i wzrostu w niskich temperaturach (również poniżej zera),
- mezofile – preferujące umiarkowane temperatury,
- termofile – żyjące w bardzo wysokich temperaturach.
Analizując badania naukowe, można stwierdzić, że:
- Mróz nie jest zwykle skutecznym zabójcą bakterii
Zamrożenie rzadko powoduje całkowite zniszczenie wszystkich bakterii, szczególnie jeśli zachowane są odpowiednie warunki ochronne (np. w obecności substancji stabilizujących).
- Mróz usypia metabolizm
W niskich temperaturach bakterie wchodzą w stan spowolnionego metabolizmu. W tym stanie
nie mogą rosnąć ani się rozmnażać, ale przetrwać potrafią – i po powrocie do cieplejszego środowiska mogą znowu stać się aktywne.
- Mróz może jednak uszkadzać komórki
Wielokrotne cykle zamrażania i rozmrażania oraz kryształki lodu wewnątrz komórek mogą uszkadzać błony i prowadzić do obniżenia przeżywalności bakterii.
- Niektóre bakterie są odporne lub aktywne w niskich temperaturach
Bakterie Psychrofilne (zimnolubne) mogą aktywnie funkcjonować nawet w środowisku lodowym – ich metabolizm i struktury komórkowe są przystosowane do zimna np. Pseudomonas
Podsumowując, z punktu widzenia biologii:
- Mróz nie zabija większości bakterii automatycznie, ale może uszkadzać ich strukturę
i ograniczać przeżywalność. - Większość bakterii w niskich temperaturach nie rozmnaża się, lecz przechodzi w stan spowolnionej aktywności metabolicznej.
- Po powrocie do cieplejszych warunków bakterie mogą się „obudzić” i znów być aktywne.
- Niektóre bakterie są ekstremofilami i aktywnie funkcjonują w bardzo zimnych środowiskach.
W związku z tym mróz jest raczej hamulcem aktywności biologicznej, a nie jednoznacznym zabójcą mikroorganizmów. Lód nie zawsze jest wrogiem – czasem jest środowiskiem, w którym bakterie potrafią przetrwać przez długi czas, a nawet pozostawać biologicznie gotowe
do reaktywacji.
Źródła:
- Survival of pathogenic bacteria under low temperatures and freeze-thaw cycles — Yersinia enterocolitica study.
- Many bacteria slow metabolism in cold and survive as dormant cells.
- Lactic acid bacteria survival at different freezing temperatures (−196 °C to −40 °C).
- Different bacteria show variable freeze-thaw resilience in environmental samples.
- Bacteria found living under thick ice layers in cold environments.
