ES2254745T3 - Sustratos cromogenos enzimaticos y metodo para la deteccion de actividad de beta-d-ribofuranosidasa. - Google Patents

Sustratos cromogenos enzimaticos y metodo para la deteccion de actividad de beta-d-ribofuranosidasa.

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Abstract

â-D-ribofuranósido de indoxilo de fórmula II en la que R1-4 son independientemente H, haluro, nitro o grupos alquilo C1-6 y R5 es H, alquilo C1-6 o aralquilo o un derivado sustituido del â-D-ribofuranósido de indoxilo.

Description

Sustratos cromógenos enzimáticos y método para la detección de actividad de \beta-D-ribofuranosidasa.
La presente invención se refiere a sustratos cromógenos enzimáticos.
Los sustratos enzimáticos indicadores comprenden una parte escindible por enzima (p. ej., un monosacarilo) y una parte que forma un indicador detectable en la escisión (p. ej. un grupo cromógeno o fluorógeno). Se conocen un gran número de sustratos enzimáticos basados en glucósidos y se utilizan extensamente en microbiología, biología molecular y otros campos. Se han sintetizado y utilizado con fines de detección glucósidos de carbohidratos muy diferentes. Las enzimas detectadas por estos glucósidos son con frecuencia grupos específicos (es decir, presentan especificidad relativamente pequeña hacia una parte del sustrato sobre el que actúan) y por consiguiente pueden tolerarse una amplia variedad de aglucones (es decir partes de indicador). Por esta razón, en el caso de la \beta-galactosidasa se han utilizado \beta-galactósidos muy diferentes en la detección de la misma. Los ejemplos incluyen \beta-D-galactósidos de o-nitrofenilo, p-nitrofenilo, indoxilos (5-bromo-4-cloro-3-indolilo y 6-cloro-3-indolilo), 4-metilumbeliferilo, 2-naftilo, 6-bromo-2-naftilo, ciclohexenoesculetino (CHE), alizarina, naftol-ASBI- y fenil-\beta-D-galactósidos. Los glucósidos que contienen grupos de ácido glucurónico, glucosa, galactosa, manosa, mucosa, arabinosa, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina, ácido siálico, xilosa y carbohidrato de celobiosa están entre los que se encuentran más frecuentemente en aplicaciones de sustratos enzimáticos. Muchos de éstos, tal como los \beta-D-glucurónidos, \alpha- y \beta-D-galactopiranósidos y \alpha- y \beta-D-glucopiranósidos han encontrado uso extendido en la identificación y enumeración de bacterias en áreas tales como la clínica, alimentación, veterinaria, medio ambiente y microbiología del agua. En el momento presente existen numerosos medios comerciales y kits de ensayo disponibles que contienen sustratos enzimáticos, que muestran la presencia de bacterias, levaduras y otros microorganismos mediante la generación de colonias o soluciones coloreadas.
El documento WO-A-03/035897 que comparte la misma fecha de prioridad con la presente solicitud, describe la síntesis de determinados derivados de \beta-D-ribofuranósido como sustratos cromógenos para la detección de la actividad del \beta-D-ribofuranósido mediante la generación de precipitados insolubles coloreados que se forman a partir de la parte de aglucón tras la escisión enzimática. La actividad de la \beta-D-ribofuranosidasa es una actividad enzimática capaz de escindir los grupos \beta-D-ribofuranosilo. El documento WO-A-03/035897 ilustra la utilidad de detectar la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa en la microbiología de diagnóstico. Una característica de muchas de las moléculas ejemplificadas descritas en el documento WO-A-03/035897 consiste en que los aglucones son derivados del catecol. Estos sustratos pueden ser utilizados convenientemente en medio sólido tal como los medios a base de agar-agar. Mediante la inclusión de una sal de hierro tal como el citrato férrico amónico en el medio, estos sustratos producen precipitados insolubles marrones o negros que indican claramente la zona de actividad enzimática. Esto es útil para distinguir microbios u otras entidades que poseen actividad de \beta-D-ribofuranosidasa de los que no la poseen. Una ventaja del precipitado marrón oscuro muy intenso o negro producido por sustratos tal como la 3',4'-dihidroxiflavona-4'-\beta-D-ribofuranósido cuando se utiliza en concentraciones adecuadas para diagnóstico es que puede enmascarar el color producido por otro sustrato cromógeno incorporado en el mismo medio para la detección de una actividad enzimática diferente. Los expertos en la materia pueden apreciar fácilmente que en determinadas circunstancias esto es un inconveniente cuando se trata de desarrollar medios de diagnóstico útiles que dependen de la observación de otras actividades enzimáticas además de la actividad de la \beta-D-ribofuranosidasa y simultáneamente
con ella.
Se ha publicado que los glucósidos de indoxilo de varios monosacáridos están disponibles con facilidad en el mercado. Por ejemplo el documento WO-A-99/50438 describe varios glucósidos de indoxilo incluyendo los glucósidos de N-metil-indoxilo. Los glucósidos de indoxilo están muy probados como sustratos enzimáticos cromógenos y han hallado amplia aplicación en microbiología de diagnóstico incluyendo su utilización en medios sólidos [M. Manafi, Int. J. Food Microbiol., 31, 45, (1996)]. Estos sustratos producen precipitados coloreados insolubles tras la escisión enzimática. El precipitado coloreado procede principalmente de dos moléculas de aglucón, indoxilo escindidas que se combinan mediante un proceso oxidativo para formar un colorante de índigo [S. Cotson y S. J. Holt, Proc. Roy. Soc. 8, 148, 506, (1958)].
Aunque los colores exactos observados de los precipitados insolubles pueden variar ligeramente dependiendo de las condiciones exactas en las que se producen y pueden estar influenciados, por ejemplo, por otros componentes presentes en los medios, el color del precipitado proporcionado por los grupos indoxilo principales normalmente utilizados en microbiología de diagnóstico puede describirse aproximadamente de la manera siguiente:
Indoxilo Color
5-bromo-4-cloroindoxilo Verde
5-bromo indoxilo Azul oscuro
indoxilo Azul
5-bromo-6-cloroindoxilo Magenta
6-cloroindoxilo Rosa
Escogiendo los colores de estos precipitados que están contrastando suficientemente, es posible diseñar medios de diagnóstico que detecten dos actividades enzimáticas simultáneamente utilizando dos o más sustratos de indoxilo diferentes en los que tanto el indoxilo como el carbohidrato o los grupos escindibles por la enzima son diferentes en cada sustrato. Los medios de esta naturaleza han sido descritos [J. N. Roth y W. J. Ferguson, US-A-5.210.022 (1993); D. G. Flowers y M. Sternfeld, US-A-5.364.767 (1994)]. Una particularidad de interés de los medios que contienen sustratos de indoxilo diferentes es que pueden formarse combinaciones de colores cuando dos de los buscados una vez están presentes las actividades enzimáticas en la misma entidad, y esto puede ayudar a conseguir un sistema de detección no selectivo para los microbios en investigación.
La técnica anterior contiene varios ejemplos de la síntesis química de glucósidos de. indoxilo Todos estos ejemplos descritos emplean haluros de azúcar peracilados como el donante de glucosilo, en el caso de los glucurónidos, el bromuro de metil triacetilglucuronilo equivalente [K. Yoshida et al., Anal. Biochem., 58, 77, (1974); K. Yoshida et al., Chem. Pharm. Bull., 32, 1759 (1975); A. N. Ley et al., Can. J. Microbiol. 34, 690, (1988); S. Wolfe y R. J. Bowers, EP-A-0284725A2, (1988)]. El receptor de glucosilo es un derivado de 1-acetilindoxilo de fórmula general (I) o, en un ejemplo, 3-acetil-5-bromo-4-cloroindoxilo
1
(1) V^{1-3}= H o halógeno, V^{4}= H o CO_{2}Me
\vskip1.000000\baselineskip
La mayoría de estos métodos están basados en glucosilaciones estimuladas y por consiguiente pueden considerarse que pertenecen a la glucosilación clásica de tipo Michael (reacción en alcohol) o su variación desarrollada por Mannich (reacción en acetona/agua). El primer análisis de un glucósido de indoxilo, \beta-D-glucopiranósido de indoxilo (indicán vegetal) fue descrito por Robertson en 1927 [A. Robertson, J. Chem. Soc., 1937, (1927)] utilizando las condiciones del tipo Mannich. Él logró condensar el 1-acetilindoxilo (I, V = H) con acetobromoglucosa mediante la utilización de hidróxido de potasio en acetona acuosa para preparar el producto intermedio glucósido de indoxilo peracetilado. La desacetilación proporcionó el \beta-D-glucopiranósido de indoxilo requerido. Sin embargo, prefirió otra vía para el producto intermedio peracetilado, citando la dificultad de entonces para preparar el 1-acetilindoxilo como razón para esto. Su vía alternativa implicaba la condensación de indoxil-2-carboxilato de metilo (I, V^{1-3} = H, V^{4} = CO_{2}Me) con acetobromoglucosa, además mediante la ayuda de hidróxido de potasio en acetona acuosa. Sin embargo, se requirieron varias etapas adicionales antes de que pudiera obtenerse el producto final debido a la necesidad de descarboxilar el núcleo de indol en la posición 2, proceso que implica forzar las condiciones de calentamiento con acetato de sodio en anhídrido acético a 160ºC. La vía que implica el acoplamiento de un haluro de azúcar protegido con el indoxil-2-carboxilato de metilo apropiado ha tenido poca aplicación adicional [A. Robertson y R. B. Waters, J. Chem. Soc., 72, (1931); Ley et al., loc. cit.; S. Wolfe y R. J. Bowers, loc. cit.]. La vía más expeditiva proporcionada por el acoplamiento directo de 1-acetilindoxilo con un haluro de azúcar totalmente acilado (el más frecuente es el acetobromoazúcar) ha sido el método habitual de elección. Esto impide la necesidad de una etapa de descarboxilación. Los 1-acetilindoxilos necesarios (1, V^{4} = H) se obtienen muy fácilmente por los métodos desarrollados por Holt y Sadler [S. J. Holt et al., J. Chem. Soc., 1217, (1958); c.f. S. J. Holt y P. W. Sadler, Proc. Roy. Soc. B, 148, 481, (1958)]. Tras el acoplamiento de los 1-acetilindoxilos con un haluro de azúcar peracilado, la desprotección de tipo Zemplén (metóxido de sodio en metanol) proporciona el producto final glucósido de indoxilo. Este método fue seleccionado por Anderson y Leaback [F. B. Anderson y D. Leaback, Tetrahedron, 12, 236; (1961)] para la síntesis de tres glucósidos a base de 5-bromo-3-indolilo. En un ejemplo de ellos, el 1-acetil-5-bromoindoxilo (1, V^{2} = Br,V^{1},V^{3},V^{4} = H) se acopló con acetobromogalactosa mediante la utilización de hidróxido de sodio en acetona acuosa. Tras la recuperación del producto intermedio peracetilado, el producto final se obtuvo directamente tras la desprotección con metóxido de sodio metanólico y preparación. Recientemente se ha descrito la síntesis de un disacárido 5-bromo-3-indolilo a partir del acetobromoazúcar a través de las condiciones de Anderson y Leaback [S. Kaneko et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 64, 741, (2000)]. La gama de monosacáridos de indoxilo halogenados fue ampliada más por Horwitz y colaboradores [J. P. Horwitz et al., J. Med. Chem., 7, 574, (1964)]. En una síntesis de estos investigadores, se acopló 1-acetil-5-bromo-4-cloroindoxilo (X-OH) (I, V^{11} = Cl, V^{2} = Br, V^{3-4} = H) con acetobromogalactosa en las condiciones utilizadas por Anderson y Leaback. Tras la desprotección del galactósido de indoxilo peracetilado obtuvieron 5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-galactopiranósido (X-gal). X-Gal es actualmente el glucósido de indoxilo encontrado más extensamente utilizado en microbiología de diagnóstico así como en otros campos tal como la microbiología molecular. En la misma publicación, Horwitz y colaboradores emplearon también 3-acetil-5-bromo-4-cloroindoxilo [S. J. Holl y P. W. Sadler, loc. cit.] como producto intermedio. Utilizando este reactivo fue necesario eliminar el grupo 3-acetilo con sodio en metanol para generar la sal sódica de indoxilo in situ antes de tratarlo con acetobromoglucosa. Debido a que las condiciones de la reacción condujeron también a la eliminación de todos los demás grupos protectores de acetilo, se obtuvo en una sola etapa el glucósido totalmente desprotegido, \beta-D-glucopiranósido de 5-bromo-4-cloro-3-indolilo (X-glucósido). Sin embargo esta vía presenta tres inconvenientes distintos. En primer lugar, los 3-acetilindoxilos son más difíciles de preparar que los 1-acetilindoxilos. En segundo lugar, su estabilidad muy reducida les hace más difíciles de trabajar con ellos. En tercer lugar, debido a que la reacción es "en un recipiente" y el rendimiento es bajo, existe una cantidad sustancial de residuo muy coloreado que ha de ser eliminado antes de que el producto pueda emplearse de forma útil como sustrato enzimático y esto es muy engorroso de realizar de forma satisfactoria a gran escala de
preparación.
Más recientemente, Berlin y Saber [W. Berlin y B. Sauer, Anal. Biochem., 243, 171, (1996)] describieron la dificultad con la reacción básica favorecida entre 1-acetil-5-bromoindoxilo (I, V^{2} = Br, V^{1}, V^{3}, V^{4} = H) y un bromuro de perbenzoil-arabinofuranosilo. Sin embargo, fueron capaces de lograr una reacción de glucosilación utilizando triflato de plata como catalizador en diclorometano. Estas condiciones representan una variación de la reacción clásica de Koenigs-Knorr [K. Toshima y K. Tatsuta, Chem. Rev., 93, 1503, (1993)].
Antes de la presente invención, no habían sido descritos los derivados de los \beta-D-ribofuranósidos de indoxilo.
Un primer aspecto de la presente invención proporciona un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo de fórmula II
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2
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en la que R^{1-4} son independientemente H, haluro, nitro o grupos alquilo C_{1-6} y R^{5} es H, alquilo C_{1-6} o aralquilo o un derivado sustituido o un éster del \beta-D-ribofuranósido de indoxilo.
Un segundo aspecto de la presente invención proporciona un procedimiento para la producción de un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según el primer aspecto de la presente invención; que comprende a) poner en contacto un \beta-D-ribofuranosiltricloroacetilamidato protegido con un compuesto de fórmula III
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3
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en la que R^{1-4} son independientemente H, haluro, nitro o grupos alquilo C_{1-6} y T^{5} es acilo, trialquilsililo u otros grupos protectores en presencia de un catalizador para formar un indoxil-\beta-D-ribofuranósido protegido; y b) eliminar los grupos protegidos.
Los grupos protegidos son fragmentos unidos a grupos de hidroxilo reactivo en \beta-D-ribofuranosilo o al nitrógeno del indoxilo para impedir las reacciones que tienen lugar que no se requieren. El grupo protector utilizado más frecuentemente es acetilo.
Un tercer aspecto de la presente invención proporciona un método para detectar actividad de \beta-D-ribofuranosidasa en una muestra que comprende:
a) poner en contacto la muestra con un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según el primer aspecto de la presente invención; en la que dicho \beta-D-ribofuranósido de indoxilo comprende un fragmento de \beta-D-ribofuranosilo y un fragmento de indoxilo, siendo escindible el grupo \beta-D-ribofuranosilo por la \beta-D-ribofuranosidasa del fragmento indoxilo que libera el fragmento indoxilo que forma un compuesto coloreado; y
b) sacar en conclusión si la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa está presente para detectar si se forma un compuesto coloreado a partir del fragmento indoxilo.
Según un cuarto aspecto de la presente invención se proporciona un kit que comprende
a) un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según el primer aspecto de la presente invención y
b) un componente para su utilización en la producción de un medio de crecimiento microbiano.
Según un quinto aspecto de la presente invención se proporciona una composición que comprende un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según el primer aspecto de la presente invención y otro componente.
En la escisión por \beta-D-ribofuranosidasa, el fragmento indoxilo de los \beta-D-ribofuranósidos de indoxilo produciría una gama de compuestos coloreados, como se indicó anteriormente diferente de los proporcionados por los \beta-D-ribofuranósidos derivados del catecol ejemplificados en el documento WO-A-03/035897. Además, a diferencia de los compuestos tales como los formados a partir del 3',4'-dihidroxiflavona-4'-\beta-D-ribofuranósido en un medio que contiene una sal de hierro, el compuesto coloreado producido por los \beta-D-ribofuranósidos de indoxilo tras la escisión enzimática no es probablemente para enmascarar completamente el color generado por un sustrato enzimático diferente (tal como el compuesto coloreado producido por una parte de indoxilo diferente unido a otro azúcar o grupo escindible por la enzima), incorporado en el medio para la observación de una actividad enzimática diferente. Además, se prevé que algunos medios cromógenos nuevos de la presente invención permitirían detectar la presencia de actividad de \beta-D-ribofuranosidasa mediante la utilización de un \beta-D-ribofuranósido cromógeno que está enmascarado por un segundo compuesto coloreado más intensamente liberado por una actividad enzimática diferente en la misma muestra tras su acción en un segundo sustrato enzimático cromógeno. Los expertos en la materia apreciarán que bajo determinadas circunstancias esto representa una ventaja cuando se trata de desarrollar medios de diagnóstico útiles que dependan de la observación de otras actividades enzimáticas además de la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa. Se consideró por consiguiente que la síntesis de \beta-D-ribofuranósidos de indoxilo y su aplicación como sustratos enzimáticos cromógenos es complementaria a la de los \beta-D-ribofuranósidos a base de catecol ejemplificados en el documento WO-A-03035897 y por consiguiente supera las limitaciones presentes en el diseño de nuevos medios cromógenos en los que la detección de la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa es crítica.
Los \beta-D-ribofuranósidos de indoxilo de la presente invención están definidos por la fórmula II anterior. Se prefiere generalmente que las posiciones R^{1} a R^{4} sean H, alquilo C_{1-6} o haluro y los haluros sean generalmente bromo o cloro. R^{5} puede ser alquilo C_{1-6} o aralquilo tal como bencilo, pero generalmente es H o metilo. Las partes de indoxilo especialmente preferidos se seleccionan de entre el grupo constituido por 5-bromo-4-cloro-3-indolilo (también denominado X), 5-bromo-6-cloro-3-indolilo, 5-bromo-3-indolilo, 6-cloro-3-indolilo, 3-indolilo, 4-cloro-3-indolilo, 6-bromo-3-indolilo, 6-fluoro-3-indolilo, 5,7-dibromo-3-indolilo, 4,5-dicloro-3-indolilo, 5-nitro-3-indolilo, 1-metil-3-indolilo, 5-bromo-4-cloro-1-metil-3-indolilo, 5-bromo-6-cloro-1-metil-3-indolilo, 5-bromo-1-metil-3-indolilo, 6-cloro-1-metil-3-indolilo, 4-cloro-1-metil-3-indolilo, 6-bromo-1-metil-3-indolilo, 6-fluoro-1-metil-3-indolilo, 5,7-dibromo-1-metil-3-indolilo, 5,6-dibromo-3-indolilo, 5,6-dibromo-1-metil-3-indolilo y 5-nitro-1-metil-3-indolilo y 4,5-dicloro-1-metil-3-indolilo.
El segundo aspecto de la presente invención proporciona un procedimiento para producir \beta-D-ribafuranósidos de indoxilo y fue desarrollado tras estudios prolongados y en profundidad realizados por el inventor.
Para proporcionar compuestos de la invención, se intentó en primer lugar tratar de acoplar 1-acetil-5-bromo-4-cloroindoxilo (X-OH) (1-acetil-5-bromo-4-cloroindol-3-ol) con acetobromo- o acetoclororribofuranosa en las condiciones utilizadas por Andersen y Leaback (loc. cit.) para preparar los glucósidos de 5-bromo-3-indolilo y por Horwitz y colaboradores (loc. cit.) para preparar X-Gal, siendo la molécula diana de la presente invención por consiguiente \beta-D-ribofuranósido de 5-bromo-4-cloro-3-indolil (X-\beta-D-ribofuranósido). Por lo tanto, la acetobromorribofuranosa o la acetoclororribofuranosa algo más estable [H. Zinner, Chem. Ber., 83, 153, (1950)] (preparadas ambas a partir de tetraacetato de \beta-D-ribofuranosa disponible en el mercado) y X-OH se trataron con la cantidad apropiada de hidróxido de sodio o de potasio en acetona acuosa. El análisis de las reacciones por tlc (durante la aparición de un nuevo producto activo por UV) y, cuando proceda, por aislamiento de algunos productos nuevos formados por cromatografía en columna en gel de sílice C60 seguido por análisis de rmn, demostró que ninguna de las reacciones producía el producto intermedio indoxil-ribofuranósido protegido esperado.
Se intentó a continuación la ribosilación utilizando el bromuro de tribenzoil-D-ribofuranosilo [S. Hanessian y A. G. Pernet, Can. J. Chem., 52, 1280, (1974)] y cloruro [H. M. Kissman et al., J. Amer. Chem. Soc., 77, 18, (1955)]. No obstante, tampoco se observó formación de producto en estas reacciones. Debido a la imposibilidad de acoplar X-OH a un haluro de ribofuranosilo peracilado bajo la influencia del hidróxido de potasio o de sodio, se buscó un procedimiento de glucosilación alternativo empleando estos haluros. La reacción de Koenigs-Knorr que utiliza haluros de azúcar protegidos es un procedimiento muy utilizado para construir O-glucósidos y ha sido aplicado ya en las series de indoxilo [W. Berlin y B. Sauer, loc. cit.]. Se desarrollaron al principio utilizando sales de plata como catalizador y como aceptor de haluro [W. Koenigs y E. Knorr, Chem. Ber., 34, 957, (1901)], el alcance de la reacción ha sido prolongado a lo largo de los años mediante la utilización de otros catalizadores metálicos [K. Toshima y K. Tatsuta, loc. cit.]. Varios de estos se exploraron durante el trabajo en la presente invención con los haluros de peracetil- y perbenzoilrribofuranosilo mencionados anteriormente. Utilizando los disolventes, acetonitrilo, cloroformo, diclorometano, éter dietílico, dimetilformamida, nitrometano o piridina, se trataron los siguientes catalizadores de glucosilación, todos sin éxito; carbonato de plata (I), cianuro de plata (I), óxido de plata (I), nitrato de plata (I), triflato de plata (I), carbonato de cadmio, bromuro de mercurio (II), cloruro de mercurio (II) y óxido de mercurio (II).
La imposibilidad de la reacción de Koenigs-Knorr para producir el glucósido deseado condujo a la evaluación de otros métodos de glucosilación que no entrañan el producto intermedio de un haluro de glucosilo en la etapa clave de acoplamiento. La utilización de donantes de glucosilo 1-O-acilados en las glucosilaciones (reacción de Helferich) se demostró por primera vez en 1933 [B. Helferich y E. Schmitz-Hillebrecht, Chem. Ber., 66, 378, (1933)). Esta reacción implica con frecuencia calentar un azúcar peracilado con un aglucón en presencia de un activador de ácido de Lewis tal como el ácido p-toluensulfónico (PTSA) o cloruro de cinc [E. M. Montgomery, N. K. Richtmyer y C. S. Hudson, J. Amer. Chem. Soc., 64, 690, (1942)]. El calentamiento del tetraacetato de \beta-D-ribofuranosa y X-OH con uno de los dos activadores no pudo proporcionar el producto deseado. Desde los experimentos iniciales de Helferich y colaboradores, el alcance de la reacción de Helferich ha sido más ampliado mediante la utilización de otros catalizadores y realizando la reacción en disolventes orgánicos. De hecho, la ribofuranosilación de compuestos aromáticos ha sido descrita utilizando \beta-D-ribofuranosas peraciladas en disolventes orgánicos con trifluoruro dietileterato de boro como catalizador [L. Kalvoda, Coll. Czech. Chem. Comm., 38, 1679 (1973) y el documento WO-A-03035897. Sin embargo, la sustitución de X-OH por los compuestos aromáticos utilizados en estos ejemplos no proporcionó el ribósido. Se intentaron reacciones de Helferich adicionales en acetonitrilo, cloroformo, diclorometano, 1,2-dicloroetano, éter dietílico y nitrometano con tetraacetato de \beta-D-ribofuranosa, tribenzoato de 1-O-aetil-\beta-D-ribofuranosa o tribenzoato de 1-p-nitrobenzoil-\beta-D-ribofuranosa y los siguientes catalizadores de ácido de Lewis; tricloruro de aluminio, trifluoruro dietileterato de boro, cloruro de hierro (III), cloruro de estaño (IV), triflato de TMS y PTSA. Ninguna reacción tuvo éxito.
Los tioglucósidos han demostrado ser versátiles como donantes de glucosilo [K. Toshima y K. Tatsuta, loc. cit.]. Un reactivo considerado adecuado para la ribosilación, el feniltio-\beta-D-ribofuranósido, se preparó convenientemente a partir del tetraacetato de \beta-D-ribofuranosa y tiofenol [G. Kim et al., Tetr. Lettr. 34, 7627, (1993)]. El tratamiento de este tioglucósido y X-OH con cloruro de mercurio (II) o sulfato de mercurio (II) como activador en diclorometano o nitrometano no pudo producir ninguna formación de ribósido. Crich y Smith han desarrollado recientemente un procedimiento de glucosilación basado en tioglucósidos que es suave y además ha sido aplicado a una gama de aglucones [D. Crich y M. Smith, J. Amer. Chem. Soc., 123, 9015, (2001)]. La glucosilación de Crich implica el tratamiento del tioglucósido apropiado y del aceptor de glucosilo con 1-bencenosulfonilpiperidina (BSP) y anhídrido trifluorometansulfónico (Tf_{2}O) en diclorometano a baja temperatura (-60ºC), con o sin la base 2,4,6-tri-terc-butilpirimidina (TTBP) impedida. Al aplicar estas condiciones a feniltio \beta-D-ribofuranósido y XOH, no se observó ninguna reacción, ni con ni sin presencia de TTBP.
Otro acceso todavía a los glucósidos que no implica un producto intermedio del 1-haluro en la etapa clave de glucosilación es el método de tricloroacetamidato de Schmidt [R. R. Schmidt, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 25, 212 (1986)]. Los tricloroacetamidatos de ribofuranosilo se han utilizado como donantes de ribofuranosilo en las síntesis de glucósidos [I. Chiu Machado et al., J. Carbohydr. Chem., 13, 465, (1994)]. El donante más adecuado para el acoplamiento con X-OH sería un tricloroacetamidato de ribofuranosilo peracilado. Esto es debido a que todos los grupos acilo en el producto acoplado protegido podrían eliminarse convenientemente en una etapa por el procedimiento de Zemplén descrito para otros indoxil-glucósidos. La síntesis de dos tricloroacetamidatos de ribofuranosilo peracilados ha sido descrita por Verez-Bencomo y colaboradores [I. Chiu-Machado et al., J. Carbohydr. Chem., 14, 551, (1995)]. El tricloroacetamidato de D-ribofuranosilo peracetilado, obtenido como otra mezcla anomérica, se utilizó con éxito por ellos para producir \beta-D-ribofuranósidos, aunque no se publicó su utilización con aglucones aromáticos. El punto de partida de su síntesis de este donante de ribosilo fue el 2,3,5-tri-O-acetil-\beta-D-ribofuranósido de metilo. Éste se prepara mediante acetilación del \beta-D-ribofuranósido de metilo con anhídrido acético [S. J. Angyal et al, Carbohydr. Res., 157, 83, (1986)]. El \beta-D-ribofuranósido de metilo se prepara de forma conveniente a partir de la ribosa [R. Barker y H. G. Fletcher Jr., J. Org. Chem., 26, 4605, (1981)]. La reacción del tricloroacetamidato de D-ribofuranosilo peracetilado con XOH en diclorometano a temperatura ambiente que utiliza triflato de TMS como catalizador proporcionó nuevo material que era activo a UV en la tlc. La separación de este material de otros compuestos por cromatografía en columna en gel de sílice C60 seguido de la preparación dio como resultado el aislamiento del peracetato de X-\beta-D-ribofuranósido del requisito esencialmente exento de cualquier impureza significativa. La desacetilación con una cantidad catalítica de metóxido de sodio en metanol, seguida de evaporación del solvente y de disgregación del sólido dio el X-\beta-D-ribofuranósido como un sólido con una pureza por XPLC de alrededor del 96%. [Condiciones HPLC: columna; gel de sílice 5 \mu de fase inversa C_{18} Chromosphere 250 mm \times 4,6 mm (ChromosExpress, Macclesfield, UK); disolvente: metanol/agua 1:1 v/v, caudal 1 ml/min; detección, UV a 290 nm; carga, 1 mg de producto en 1 g de disolvente, inyección 20 \mul; tiempo de la serie, 30 min; tiempo de retención aproximadamente
17 minutos].
El procedimiento descrito en el segundo aspecto de la presente invención se realiza generalmente en la etapa a) que se produce en un disolvente orgánico.
El procedimiento de la presente invención se realiza generalmente con el catalizador de la etapa a) que es un ácido de Lewis.
Es preferible que el procedimiento de la presente invención se realice con el tricloroacetamidato de \beta-D-ribofuranosilo protegido que se selecciona de entre el grupo constituido por tricloroacetamidato de 2,3,5-tri-O-acetil-\beta-D-ribofuranosilo y tricloroacetamidato de 2,3,5-tri-O-benzoil-\beta-D-ribofuranosilo.
Como se describió anteriormente T^{5} en la fórmula III puede ser acilo, un grupo protector de trialquilsililo u otro grupo protector. Los grupos protectores de trialquilsililo más útiles son trimetilsililo, t-butildimetilsililo, trietilsililo y triisopropilsililo. El grupo protector preferido en T^{5} es acetilo o trimetilsililo. Cuando se eliminan los grupos protectores durante la etapa b) T^{5} puede convertirse en R^{5}. Este puede ser el procedimiento seguido cuando T^{5} sea acetilo y R^{5} sea H. Como alternativa no puede producirse ningún cambio y T^{5} y R^{5} son idénticos. En otra forma de realización T^{5} puede modificarse en una etapa independiente para producir R^{5}. Por ejemplo, tras la etapa a) el producto intermedio puede tener un grupo acetilo en T^{5} que se desacetila selectivamente y una reacción posterior en el indoxil-N produce R^{5}. Una desprotección adicional tiene lugar, etapa b), antes de que se produzca el \beta-D-ribofuranósido de indoxilo.
Tal como se describió anteriormente, el tercer aspecto de la presente invención proporciona un método para detectar la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa en una muestra.
En este aspecto de la invención puede existir también una etapa preliminar en la que la muestra que contiene las células, normalmente células microbianas, se cultiva en o sobre un medio de cultivo.
En una forma de realización alternativa el método puede comprender también detectar una segunda actividad enzimática en la muestra y en la etapa a) la muestra se pone en contacto además con un segundo sustrato enzimático que comprende un fragmento escindible por la enzima que no es \beta-D-ribofuranosilo y un fragmento indicador que no es idéntico al del indoxil \beta-D-ribofuranósido, siendo dicho fragmento escindible por la enzima escindible por la segunda actividad enzimática que libera el fragmento indicador que forma un segundo compuesto detectable; y
c) sacar en conclusión si la segunda actividad enzimática está presente en la muestra detectando si se forma un segundo compuesto detectable a partir del fragmento indicador del segundo sustrato enzimático.
El segundo sustrato enzimático comprende un fragmento indicador que generalmente es un fragmento cromógeno, pero puede ser también un fragmento fluorógeno. Es preferible que el segundo sustrato enzimático comprenda un fragmento escindible por la enzima que es un fragmento de azúcar o un fosfato o un éster tal como un caprilato.
En el método del tercer aspecto de la presente invención la muestra puede comprender células vivas tales como bacterias u otros procariotas, hongos, organismos eucarióticos, cultivos celulares o alternativamente extractos celulares.
Es preferible que los métodos de detección de la presente invención se produzcan con la muestra en un medio sólido y el compuesto coloreado o los compuestos producidos sean insolubles.
En una forma de realización especialmente preferida de la presente invención el método del tercer aspecto de la presente invención comprende un medio sólido que contiene un indoxil \beta-D-ribofuranósido de la presente invención.
En una forma de realización del método el compuesto coloreado formado a partir de la parte de indoxilo del indoxil-\beta-D-ribofuranósido se observa simultáneamente con un compuesto coloreado formado a partir de un grupo cromógeno del segundo sustrato enzimático.
En una forma de realización alternativa el compuesto coloreado formado a partir del fragmento cromógeno del segundo sustrato enzimático enmascara el compuesto coloreado formado a partir del fragmento indoxilo del sustrato indoxil-\beta-D-ribofuranósido.
En una forma de realización alternativa del tercer aspecto de la presente invención la muestra está en un medio de cultivo microbiano líquido.
El cuarto aspecto de la presente invención, como se describió anteriormente, proporciona un kit para realizar la detección utilizando un indoxil \beta-D-ribofuranósido de la presente invención. Es preferible que el componente para su utilización en la producción de un medio sea para producir un medio de cultivo microbiano sólido.
Según un quinto aspecto de la invención, como se describió anteriormente, el otro componente en la composición es un componente del medio sólido. Alternativamente el otro componente puede ser otro sustrato enzimático cromógeno. Una composición de la presente invención puede comprender multitud de otros componentes suficientes para formar un medio de detección útil en la presente invención.
La presente invención se ilustra con más detalle mediante los ejemplos siguientes.
Ejemplo 1 Síntesis de 5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-ribofuranósido (X-\beta-D-ribofuranósido)
Se realizó la reacción en un matraz de dos bocas de 500 ml equipado con un agitador magnético.
A una mezcla de 2,3,5-tri-O-acetil-\alpha/\beta-D-ribofuranosil tricloroacetamida [I. Chiu-Machado et al., (1995), loc. cit.] (145,0 g) y tamices moleculares de 3 Å (2,0 g) en diclorometano anhidro (300 ml) se añadió X-OH anhidro (82,9 g) y la mezcla total se agitó a temperatura ambiente durante 10 min. El triflato de TMS (8 ml) se añadió a continuación en un parte mediante jeringuilla y la reacción se dejó agitar a temperatura ambiente durante 1 hora. La mezcla se vertió a continuación en diclorometano (3 l) y se lavó con hidróxido de sodio 1 M (4 \times 2 l). Se separó la capa orgánica, se filtró a través de celite y se concentró, al vacío, para reducir el volumen (aprox. 1 l). La capa orgánica se lavó más a continuación con hidróxido de sodio 1 M (6 \times 1 l) y agua desionizada (1 l). Después del secado (sulfato de magnesio) se filtró a través de celite y se concentró, al vacío, para dar el producto en bruto protegido como un sólido marrón oscuro (87,4 g).
El sólido marrón oscuro se examinó por tlc y se observó que contenía dos productos principales con valores de R_{f} de aproximadamente 0,37 (el \beta-ribofuranósido protegido) y 0,43. [Placas de gel de sílice, éter de petróleo 60/80, acetato de etilo 1:1 v/v, UV a 254 nm]. La cromatografía de flash del producto en bruto sobre gel de sílice C60 (600 g) utilizando como disolvente eluyente éter de petróleo 60/80/acetato de etilo/trietilamina 1:1:0,05 v/v/v dio el producto protegido como un aceite marrón (55 g). El aceite fue principalmente una mezcla del tetraacetato de X-\beta-D-ribofuranósido y del contaminante con R_{f} 0,43. Este aceite se absorbió en metanol caliente (30 ml) y después de dejarlo a temperatura ambiente se formó un precipitado. Tras 16 horas, se eliminó por filtración el sólido de color crema consistente casi enteramente en material con un valor de R_{f} 0:43 y se concentró el filtrado a 40ºC al vacío para dar el tetraacetato de X-\beta-D-ribofuranósido como un aceite marrón (33,6 g).
Se disolvió el tetraacetato de X-\beta-D-ribofuranósido (30 g) en metanol (200 ml) y se añadió gota a gota una solución de metóxido de sodio (preparada a partir de 1 g de sodio en 20 ml de metanol) hasta que la solución alcanzó el pH 10. Se dejó la solución reposar a temperatura ambiente durante 90 min, a continuación se concentró, al vacío, hasta un aceite alquitranado marrón. Se disgregó el aceite en acetona (500 ml). Precipitó un sólido gris y éste se eliminó por filtración al vacío. Se descartó el sólido y se concentró el filtrado al vacío, hasta un aceite marrón (19,3 g). Se disgregó el aceite con metanol (80 ml) y el producto precipitó como un sólido azul pálido que se recuperó por filtración (2,57 g). Se concentró el filtrado, al vacío y se disgregó con metanol (30 ml) para obtener una segunda recogida como un sólido de color crema pálido que se recuperó también por filtración (4,04 g). Se combinaron ambas recogidas y se lavaron con acetona fría (aprox. 20 ml) seguido de filtración para recuperar el compuesto del título como un sólido blanco (aprox. 2,5 g).
Ejemplo 2 Comparación de los atributos de los sustratos para \beta-D-ribofuranosidasa
Se produjeron los medios siguientes para demostrar la utilidad de los compuestos de la presente invención.
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Medio A (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-ribofuranósido (conocido también como X-\beta-D-
ribofuranósido, compuesto de la presente invención) 80 mg
6-cloro-3-indolil \beta-D-glucopiranósido 200 mg
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Medio B (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
3'4'-dihidroxiflavona-4'-\beta-D-ribofuranósido 300 g
6-cloro-3-indolil \beta-D-glucopiranósido 200 mg
Citrato férrico amónico 500 mg
Medio C (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-ribofuranósido (X-\beta-D-ribofuranósido) 80 mg
3,4-ciclohexenoesculetin-\beta-D-galactopiranósido 300 mg
isopropil-\beta-D-tiogalactopiranósido 30 mg
Citrato férrico amónico 500 mg
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Medio D (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-ribofuranósido (X-\beta-D-ribofuranósido) 80 mg
3',4'-dihidroxi-3-metoxiflavona-4'-\beta-D-galactopiranósido 300 mg
isopropil-\beta-D-tiogalactopiranósido 30 mg
Citrato férrico amónico 500 mg
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Medio E (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-ribofuranósido (X-\beta-D-ribofuranósido) 80 mg
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Medio F (componentes por litro)
Agar-agar de Columbia (Oxoid) 40 g
3',4'-dihidroxiflavona-4'-\beta-D-ribofuranósido 300 mg
Citrato férrico amónico 500 mg
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Los derivados de flavona utilizados en los medios B, D y F se sintetizan como se describe en el documento WO-A-03035897.
Todos los componentes se añadieron a 1 litro de agua desionizada y se esterilizaron al autoclave a 116ºC durante 10 minutos. Se prepararon placas de cultivo de agar-agar fundido a 50ºC y secado. Se prepararon varias cepas de referencia con características enzimáticas conocidas en una suspensión de aproximadamente 10^{8} cfu/ml utilizando un densitómetro. Se inoculó 10 \mul de esta suspensión en cada uno de los diferentes tipos de medios y se incubaron toda la noche a 37ºC. En la Tabla 1 se muestra el aspecto del cultivo de las diversas cepas probadas.
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(Tabla pasa a página siguiente)
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\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
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4
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El análisis descrito anteriormente indica que cuando el X-\beta-D-ribofuranósido (\beta-D-ribofuranósido de 5-bromo-4-cloro-3-indolilo) se probó con cepas de glucósido de Rose (\beta-D-glucopiranósido de 6-cloro-3-indolilo) que tanto la \beta-D-ribofuranosidasa como la \beta-glucosidasa producidas produjeron una mezcla de colores debido a la hidrólisis de ambos sustratos cromógenos (véase resultados para el medio A). Dichas colonias se distinguieron claramente de las que hidrolizaron únicamente uno o ninguno de los dos sustratos.
Este atributo de X-\beta-D-ribofuranósido no es presentado por el 3',4'-dihidroxiflavona-4'-\beta-D-ribofuranósido ya que el quelato de hierro de 3',4'-dihidroxiflavona enmascaró la presencia de cualquier actividad de \beta-glucosidasa (véase los resultados para el medio B). Precisamente como esta reacción de glucosidasa puede enmascararse, la propia hidrólisis del X-\beta-D-ribofuranósido puede ser enmascarada por otros cromógenos quelantes. Por ejemplo, los resultados en los medios C y D demuestran que la hidrólisis del X-\beta-D-ribofuranósido puede enmascararse cuando el 3,4-ciclohexenoesculetin-\beta-D-galactopiranósido o el 3'4'-dihidroxi-3-metoxiflavona-4'-\beta-D-galactopiranósido están presentes en el medio.
Los resultados demostrados anteriormente para el X-\beta-D-ribofuranósido demuestran las tres ventajas de la presente invención. En primer lugar los indoxil \beta-D-ribofuranósidos de la presente invención tienen capacidad para detectar la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa con gran sensibilidad y bajas concentraciones de sustrato. En segundo lugar, los indoxil \beta-D-ribofuranósidos de la presente invención pueden utilizarse simultáneamente con otros sustratos de indoxilo para producir un medio en el cual pueda generarse una multitud de colores.
En tercer lugar los indoxil \beta-D-ribofuranósidos de la presente invención pueden utilizarse también simultáneamente con quelación basada en sustratos que producen un indicador capaz de enmascarar el precipitado coloreado generado a partir de las partes de indoxilo después de la actividad de la \beta-D-ribofuranosidasa.

Claims (22)

1. \beta-D-ribofuranósido de indoxilo de fórmula II
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5
en la que R^{1-4} son independientemente H, haluro, nitro o grupos alquilo C_{1-6} y R^{5} es H, alquilo C_{1-6} o aralquilo o un derivado sustituido del \beta-D-ribofuranósido de indoxilo.
2. Compuesto de indoxilo según la reivindicación 1, en el que la parte de indoxilo se selecciona de entre el grupo constituido por 5-bromo-4-cloro-3-indolilo, 5-bromo-6-cloro-3-indolilo, 5-bromo-3-indolilo, 6-cloro-3-indolilo, 3-indolilo, 4-cloro-3-indolilo, 6-bromo-3-indolilo, 6-fluoro-3-indolilo, 5,7-dibromo-3-indolilo, 4,5-dicloro-3-indolilo, 5-nitro-3-indolilo, 1-metil-3-indolilo, 5-bromo-4-cloro-1-metil-3-indolilo, 5-bromo-6-cloro-1-metil-3-indolilo, 5-bromo-1-metil-3-indolilo, 6-cloro-1-metil-3-indolilo, 4-cloro-1-metil-3-indolilo, 6-bromo-1-metil-3-indolilo, 6-fluoro-1-metil-3-indolilo, 5,7-dibromo-1-metil-3-indolilo, 5,6-dibromo-3-indolilo, 5,6-dibromo-1-metil-3-indolilo, 5-nitro-1-metil-3-indolilo y 4,5-dicloro-1-metil-3-indolilo, preferentemente 5-bromo-4-cloro-3-indolilo.
3. Procedimiento para la producción de un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; que comprende:
a) poner en contacto un tricloroacetiimidato de \beta-D-ribofuranosilo protegido con un compuesto de fórmula (III)
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6
en la que R^{1-4} son independientemente H, haluro, nitro o grupos alquilo C_{1-6} y T^{5} es acilo, trialquilsililo u otros grupos protectores en presencia de un catalizador para formar un indoxil-\beta-D-ribofuranósido protegido; y
b) eliminar los grupos protegidos.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que T^{5} es un grupo acetilo o trimetilsililo.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4, que comprende además unas etapas intermedias entre la etapa a) y la etapa b) para convertir T^{5} en R^{5}.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el tricloroacetimidato de \beta-D-ribofuranosilo protegido que se selecciona de entre el grupo constituido por tricloroacetimidato de 2,3,5-tri-O-acetil-\beta-D-ribofuranosilo y tricloroacetimidato de 2,3,5-tri-O-benzoil-\beta-D-ribofuranosilo.
7. Método para detectar actividad de \beta-D-ribofuranosidasa en una muestra que comprende:
a) poner en contacto la muestra con un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según la reivindicación 1 ó 2; en la que dicho \beta-D-ribofuranósido de indoxilo comprende un fragmento de \beta-D-ribofuranosilo y un fragmento de indoxilo, siendo escindible el fragmento \beta-D-ribofuranosilo por la \beta-D-ribofuranosidasa del fragmento indoxilo que libera el fragmento indoxilo que forma un compuesto coloreado; y
b) sacar en conclusión si la actividad de \beta-D-ribofuranosidasa está presente para detectar si se forma un compuesto coloreado a partir del fragmento indoxilo.
8. Método según la reivindicación 7, que comprende una etapa preliminar de cultivo de la muestra en medio o sobre el mismo.
9. Método según la reivindicación 7 u 8, en el que una segunda actividad enzimática en la muestra se debe detectar también, en el que en la etapa a) la muestra se pone en contacto además con un segundo sustrato enzimático que comprende un fragmento escindible por la enzima que no es \beta-D-ribofuranosilo y un fragmento indicador que no es idéntico al del \beta-D-ribofuranósido de indoxilo, siendo dicho fragmento escindible por la enzima escindible por la segunda actividad enzimática que libera el fragmento indicador que forma un segundo compuesto detectable; y el método incluye:
c) sacar en conclusión si la segunda actividad enzimática está presente en la muestra detectando si se forma un segundo compuesto detectable a partir del fragmento indicador del segundo sustrato enzimático.
10. Método según la reivindicación 9, en el que el fragmento indicador del segundo sustrato enzimático es un fragmento cromógeno.
11. Método según la reivindicación 9, en el que el fragmento indicador del segundo sustrato enzimático es un fragmento fluorógeno.
12. Método según la reivindicación 9, en el que el fragmento escindible por la enzima del segundo sustrato enzimático es un fragmento de azúcar, un fosfato o un éster, preferentemente un caprilato.
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que la muestra es un medio sólido de crecimiento microbiano y dicho compuesto o compuestos coloreados son insolubles.
14. Método según la reivindicación 13, en el que el \beta-D-ribofuranósido de indoxilo está en el medio sólido.
15. Método según la reivindicación 10, en el que el compuesto coloreado formado en la etapa c) enmascara el compuesto coloreado formado en la etapa b).
16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12 ó 15, en el que la muestra está en un medio líquido.
17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 16, en el que la muestra es de origen bacteriano.
18. Kit que comprende
a)
un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según la reivindicación 1 ó 2; y
b)
un componente para su utilización en la producción de un medio de crecimiento microbiano.
19. Kit según la reivindicación 18, en el que el componente para su utilización en la producción de un medio es para la producción de un medio sólido.
20. Composición que comprende un \beta-D-ribofuranósido de indoxilo según la reivindicación 1 ó 2 y otro componente.
21. Composición según la reivindicación 20, en la que el otro componente es un componente de un medio microbiano sólido.
22. Composición según la reivindicación 20, en la que el otro componente es otro sustrato enzimático.
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