{"id":14833,"date":"2026-05-04T14:26:33","date_gmt":"2026-05-04T14:26:33","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/matteo-damian\/"},"modified":"2026-05-04T14:26:50","modified_gmt":"2026-05-04T14:26:50","slug":"matteo-damian","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/matteo-damian\/","title":{"rendered":"Matteo Damian"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":14834,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-14833","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Expanding the Biocatalytic Toolbox: Novel Reactivities and Engineering of Dehydrogenases","samenvatting":"Het proefschrift richt zich op de toepassing van oxidoreductasen, voornamelijk alcoholdehydrogenasen (ADH\u2019s), voor de ontwikkeling van nieuwe methodologie\u00ebn om het biokatalytische bereik van deze enzymen uit te breiden. Het onderzoek kan worden onderverdeeld in twee hoofdlijnen.\n\nIn het eerste deel (Hoofdstukken 2\u20135) worden alcoholdehydrogenasen onderzocht voor nieuwe transformaties, startend vanuit keton reductie en uitgebreid naar de synthese van carbonzuren, amiden, thio-esters en esters. In het tweede deel (Hoofdstukken 6\u20138) worden gebruikelijke biokatalytische transformaties toegepast in chemo-enzymatische cascades voor de synthese van waardevolle verbindingen.\n\nIn Hoofdstuk 2 worden twee nieuwe ADH\u2019s met een onconventionele selectiviteit voor de reductie van ketonen bestudeerd. Deze enzymen zijn NAD-afhankelijk en anti-Prelog selectief, wat hen zeldzaam en kostbaar maakt. Deze biokatalysatoren vertoonden een breed substraat bereik en een uitstekende enantioselectiviteit. Daarnaast werd de best presterende ADH getest in een opschalingsreactie met gevriesdroogde hele cellen, dit leidde tot resultaten vergelijkbaar met die op analytische schaal gebruikmakend van gezuiverd enzym, wat de toepasbaarheid ervan aantoont.\n\nMet de twee ADH\u2019s uit het vorige hoofdstuk, onderzoekt Hoofdstuk 3 de toepassing van ADH\u2019s in onconventionele omgevingen voor de synthese van amiden en thio-esters. Vijf alcoholdehydrogenasen waren in staat de oxidatie te katalyseren van het hemiaminaal of hemithioacetaal, gevormd door de aanval van respectievelijk een amine of thiol, om amiden of thio-esters te vormen. Het toevoegen van primaire alcoholen en aminen of thiolen resulteerde aldus in een nieuwe synthetische route voor acylderivaten. Dit onnatuurlijke gedrag van ADH\u2019s werd onderzocht met verschillende alcoholen in combinatie met diverse aminen en thiolen. Gerichte mutagenese (site-directed mutagenesis) verbreedde het scala aan substraten uit naar omvangrijkere aminen en thiolen, wat de bruikbaarheid van de transformatie heeft vergroot.\n\nIn Hoofdstuk 4 wordt de toepassing van de ADH\u2019s uit het vorige hoofdstuk onderzocht voor de oxidatie van de aldehyde-hydraatvorm tot carbonzuren. In Hoofdstuk 3 waren carbonzuren het enige bijproduct van de reactie; er werd verondersteld dat het verwijderen van thiolen en aminen uit het reactiemengsel zou leiden tot exclusieve vorming van het zuur. Bovendien werden twee ADH\u2019s ge\u00efdentificeerd die in staat zijn primaire alcoholen te oxideren tot carbonzuren en gelijktijdig aceton te reduceren tot isopropanol voor regeneratie van de cofactor. Op deze manier werd een methodologie met \u00e9\u00e9n enkel enzym ontwikkeld, die groener en duurzamer bleek dan andere methoden die in de literatuur beschreven staan.\n\nHoofdstuk 5 zet het onderzoek naar het oxidatieve potentieel van ADH\u2019s voort, ditmaal om de selectieve vorming van esters uit twee verschillende alcoholen mogelijk te maken. De transformatie werd uitgevoerd in organische oplosmiddelen om de concurrerende vorming van carbonzuren te vermijden, en daarnaast werd het enzym samen met de cofactor ge\u00efmmobiliseerd op glasparels. Na het vaststellen van de selectieve koppeling van alcoholen tot esters werd een gepakte bedreactor met het ge\u00efmmobiliseerde enzym en de cofactor samengesteld en werd de verestering in flow uitgevoerd. Het systeem behield meer dan tien dagen een hoge katalytische activiteit zonder detecteerbare uitloging (leaching). Enzymengineering verbreedde bovendien het scala aan substraten naar complexere combinaties van alcoholen.\n\nIn Hoofdstuk 6 wordt de combinatie van een door transaminase gekatalyseerde reductieve aminering en een organokatalytische amidering ge\u00efntroduceerd om optisch zuivere amiden te verkrijgen. De transaminase katalyseert een enantioselectieve reductieve aminering tot een chiraal amine-intermediair, dat vervolgens een amide vormt met een carbonzuur. Dit toont aan hoe de combinatie van biokatalyse en organokatalyse het synthetische bereik kan uitbreiden buitenom de natuurlijke reactiviteit van individuele enzymen.\n\nIn Hoofdstuk 7 werden vier chimere enzymen ontworpen voor selectieve keton reductie. Twee ADH\u2019s en twee aminedehydrogenasen (AmDH\u2019s) werden elk gefuseerd met een formiaatdehydrogenase (Cb-FDH). Zo werd een enkel katalytisch systeem verkregen dat in staat is het keton te reduceren tot de alcohol of amine en tegelijkertijd het supplementaire substraat (natriumformiaat) te oxideren voor cofactorregeneratie. De chimere enzymen vertoonden dezelfde activiteit als de oorspronkelijke enzymen, maar immobilisatiestudies toonden een hogere stabiliteit van de chimere enzymen aan. Daarnaast werd een gepakte bedreactor opgesteld met twee chimere enzymen om norephedrine te produceren in een continu flowsysteem.\n\nIn Hoofdstuk 8 wordt een chemo-enzymatische retrosynthetische analyse van dilevalol, een belangrijk antihypertensief farmaceutisch ingredi\u00ebnt (API), gepresenteerd. In deze analyse werd het gebruik van acht verschillende enzymen over een totaal van negen stappen verondersteld. De ontwikkelde methode bracht verschillende uitdagingen met zich mee en vereiste chemokatalytische stappen ter vervanging van de inactieve enzymen richting bepaalde intermediairen in de synthese. Er worden verschillende voorstellen gedaan voor de verdere ontwikkeling van deze aanpak.\n\nTot slot schetst Hoofdstuk 9 perspectieven en voorlopige resultaten die richting kunnen geven aan toekomstige ontwikkelingen in het gebruik van ADH\u2019s als oxidatieve katalysatoren, voortbouwend op de onnatuurlijke reactiviteit die in dit proefschrift is aangetoond.","summary":"The thesis focuses on the application of oxidoreductases, mainly alcohol dehydrogenases (ADHs), for the development of novel methodologies to expand the biocatalytic toolbox of these enzymes. It can be divided into two main research lines.\n\nIn the first part (Chapters 2-5), we explore alcohol dehydrogenase for novel transformations, starting from the reduction of ketones and extending to the synthesis of carboxylic acids, amides, thioesters, and esters. In the second part of this thesis (Chapters 6-8), we apply known biocatalytic transformations in chemoenzymatic cascades for the synthesis of valuable compounds.\n\nIn Chapter 2, two novel ADHs with an unconventional selectivity for the reduction of ketones are studied. These two enzymes are NAD-dependent anti-Prelog selective ADHs, which makes them rare and particularly valuable. These two biocatalysts showed a broad substrate scope and excellent enantioselectivity. Additionally, the best performing ADH was tested in a scale-up reaction using lyophilized whole cells, leading to a comparable result to the one obtained at analytical scale with the purified enzyme, demonstrating its applicability.\n\nStarting from the two ADHs studied in the previous chapter, Chapter 3 investigates the application of ADHs in non-conventional environments for the synthesis of amides and thioesters. Five alcohol dehydrogenases were found to catalyze the oxidation of the hemiaminal or hemithioacetal generated from the attack of an amine or a thiol, respectively, to yield amides and thioesters. Therefore, the addition of primary alcohols and amines or thiols led to a new synthetic pathway for the synthesis of these acyl derivatives. This non-natural behavior of these ADHs was explored using several alcohols in combination with diverse amines and thiols. Site-directed mutagenesis broadened the substrate scope to bulkier amines and thiols, expanding the applicability of the transformation.\n\nIn Chapter 4, the application of the ADHs used in the previous chapter for the oxidation of the aldehyde hydrate form to yield carboxylic acids is explored. In Chapter 3, carboxylic acids were the only by-product of the reaction; we envisioned that removing thiols and amines from the reaction mixture would lead to the sole formation of the acid. Moreover, to expand the application of this method, two ADHs capable of oxidizing primary alcohols to carboxylic acids, and, at the same time, reducing acetone to isopropanol to regenerate the cofactor were discovered. In this way, single enzyme methodology was reported, which proved to be greener and more sustainable compared to the other approaches described in the literature.\n\nChapter 5 continues investigating the oxidative potential of ADHs, this time to enable the selective ester formation from two different alcohols. The transformation was performed in organic solvents to eliminate the competing formation of carboxylic acids, and the enzyme, together with the cofactor, was immobilized onto glass beads. After establishing the selective coupling of the alcohols to form esters, a packed reactor bed with the immobilized enzyme and cofactor was prepared, and the esterification was performed in flow. The system maintained high catalytic activity with no detectable leaching for over ten days. Notably, enzyme engineering improved the substrate scope to include more complex combination of alcohols.\n\nIn Chapter 6, the combination of a transaminase-catalyzed reductive amination and an organocatalyzed amidation is introduced to yield optically pure amides. The transaminase catalyzes an enantioselective reductive amination to form a chiral amine intermediate, which subsequently undergoes amide formation with a carboxylic acid. This demonstrates how the combination of biocatalysis and organocatalysis can expand the synthetic toolbox beyond the native reactivity of individual enzymes.\n\nIn Chapter 7, four chimeric enzymes for the selective reduction of ketones were designed. In particular, two ADHs and two amine dehydrogenases (AmDHs), each fused with a formate dehydrogenase (Cb-FDH) were prepared. In this way, we obtained a single-catalyst capable of reducing the ketone to the alcohol or the amine and oxidizing the sacrificial substrate (sodium formate) to regenerate the cofactor. The chimeric enzymes proved to have the same activity as the native enzymes, but immobilization studies demonstrated a higher stability of the chimeric biocatalysts. Additionally, a packed-bed reactor was prepared using two chimeric enzymes to yield norephedrine in a continuous flow system.\n\nIn Chapter 8, a chemoenzymatic retrosynthetic analysis of dilevalol, an important antihypertensive active pharmaceutical ingredient (API), is presented. In this analysis, we envisioned the use of eight different enzymes for a total of nine steps. The developed method presented several challenges and required the use of chemocatalyzed steps to replace the inactivity of some enzymes toward some of the intermediates of the synthesis. Different proposals are presented for the future development of the approach.\n\nIn conclusion, Chapter 9 outlines perspectives and preliminary results that may guide future developments in the use of ADHs as oxidative catalysts, building on the non-natural reactivity uncovered throughout this thesis.","auteur":"Matteo Damian","auteur_slug":"matteo-damian","publicatiedatum":"27 mei 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/matteodamian?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/a14fad46-e5fd-4cee-bae6-d5f241a1180e\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18926","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Universiteit van Amsterdam","afbeeldingen":14835,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Universiteit van Amsterdam","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14833","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=14833"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14833\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":14836,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14833\/revisions\/14836"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/14834"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=14833"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=14833"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}