Psychrophile („kälteliebende“) Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, haben eine bevorzugte Wachstumstemperatur von weniger als 59° Fahrenheit (15° Celsius). Bakterien, die bei solch kalten Temperaturen wachsen können, aber eine hohe Wachstumstemperatur bevorzugen, werden als psychrotroph bezeichnet.

Die Entdeckung der psychrophilen Mikroorganismen und das zunehmende Verständnis ihrer Funktionsweise haben das Bewusstsein für die Vielfalt des mikrobiellen Lebens auf der Erde erhöht. Bislang wurden mehr als 100 Arten psychrophiler Bakterien aus der Tiefsee isoliert. Diese Umgebung ist sehr kalt und neigt nicht zu Temperaturschwankungen. Psychrophile Bakterien sind in den fast eiskalten Gewässern der Arktis und der Antarktis reichlich vorhanden. In der Antarktis wurden sogar Bakterien aus ständig mit Eis bedeckten Seen isoliert. Andere Umgebungen, in denen psychrophile Bakterien vorkommen, sind Wolkentröpfchen in großer Höhe.

Psychrophile Bakterien sind wirklich an ein Leben bei kalten Temperaturen angepasst. Die Enzyme der Bakterien sind strukturell instabil und funktionieren nicht einmal bei Zimmer- oder Umgebungstemperatur richtig. Außerdem enthalten die Membranen psychrophiler Bakterien viel mehr von einer bestimmten Art von Lipid als bei anderen Bakterienarten. Das Lipid ist bei niedrigeren Temperaturen geschmeidiger, so wie Margarine bei Kühltemperaturen geschmeidiger ist als Butter. Die erhöhte Fließfähigkeit der Membran ermöglicht chemische Reaktionen, die andernfalls bei einer halbgefrorenen Membran zum Erliegen kommen würden. Bei einigen Psychrophilen, insbesondere solchen aus der Antarktis, hat man festgestellt, dass sie mehrfach ungesättigte Fettsäuren enthalten, die in Prokaryoten im Allgemeinen nicht vorkommen. Bei Zimmertemperatur wäre die Membran solcher Bakterien so flüssig, dass das Bakterium sterben würde.

Abgesehen von ihrer ökologischen Kuriosität haben psychrophile Bakterien auch einen praktischen Nutzen. Durch die Nutzung der Enzyme dieser Organismen können Funktionen wie die Reinigung von Kleidung in kaltem Wasser durchgeführt werden. In den arktischen und antarktischen Ökosystemen bilden die Bakterien außerdem einen wichtigen Teil der Nahrungskette, die das Leben von komplexeren Lebewesen unterstützt. Darüber hinaus sind einige Arten von Psychophilen, darunter Listeria monocytogenes, in der Lage, bei Kühltemperaturen zu wachsen. Dadurch können kontaminierte Lebensmittel verderben, was zu Krankheiten führen kann, wenn sie verzehrt werden. Listeriose, eine Form der Meningitis, die beim Menschen auftritt, ist eine ernste Gesundheitsbedrohung, insbesondere für Menschen, deren Immunsystem entweder nicht ausgereift oder aufgrund von Krankheiten oder therapeutischen Maßnahmen geschwächt ist. Andere Beispiele für solche krankheitsverursachenden Bakterien sind Aeromonas hydrophila, Clostridium botulinum und Yersinia enterocolitica.

Siehe auch Extremophile