下村脩（2008年诺贝尔化学奖得主）
| Osamu Shimomura | |
| 出生 | 1928年8月27日 日本京都府福知山市 |
|---|---|
| 逝世 | 2018年10月19日（90岁） 日本长崎市 |
| 国籍 | 日本 |
| 母校 | 长崎医科大学 名古屋大学（博士） |
| 知名于 | 发现绿色荧光蛋白（GFP） 水母发光机制研究 |
| 奖项 | 诺贝尔化学奖（2008） 朝日奖（2007） |
| 研究领域 | 生物化学、发光生物学、海洋生物学 |
| 机构 | 普林斯顿大学 伍兹霍尔海洋生物学实验室 名古屋大学 波士顿大学 |
| 配偶 | 下村明美（Akemi Shimomura） |
| 子女 | 1子1女 |
生平
下村脩（Osamu Shimomura）于1928年8月27日出生于日本京都府福知山市的一个军人家庭。他的父亲是一名陆军军官，因此家庭常因父亲的调动而搬迁。1945年，第二次世界大战结束时，下村正在长崎——他亲历了原子弹爆炸的恐怖。当时他就读于长崎医科大学附属药学专门部，虽然距爆炸中心约三公里，但幸运地幸存下来。这段经历影响了他后来对生命的思考。
战后，下村在长崎医科大学（现长崎大学药学部）继续学习，1951年毕业。随后他在名古屋大学有机化学专业攻读研究生，师从平田義正（Yoshimasa Hirata）教授，并于1960年获得博士学位。在这里，他开始了一个改变生物学史的课题——研究一种名为"海萤"的甲壳动物的发光机制。
1960年，下村被派往美国普林斯顿大学进行合作研究。在那里，他遇到了普林斯顿大学的弗兰克·约翰逊（Frank Johnson）教授——一位研究海洋生物发光的先驱。此后数十年，下村一直与约翰逊合作，将研究重点聚焦于一种来自日本西海岸的发光水母——维多利亚多管发光水母（Aequorea victoria）。
1982年起，下村正式加入伍兹霍尔海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, Woods Hole）担任高级科学家，同时在波士顿大学兼任教授。他直到90岁仍在坚持研究工作。
学术生涯
下村的学术生涯可以用"慧眼如炬"来形容。在20世纪50年代末，当他开始研究水母发光现象时，完全没有人预料到这项研究会引出生物学史上最重要的工具之一。
下村最初的研究对象是海萤（Vargula hilgendorfii），这是一种生活在日本沿海的发光甲壳动物。他成功地从海萤中分离出了发光物质——海萤荧光素（luciferin）和催化氧化反应的酶——海萤荧光素酶（luciferase）。这项工作为他赢得了博士学位。
1961年，下村在华盛顿州的星期五港（Friday Harbor）收集了上万只维多利亚多管发光水母。他在实验室里小心地切下水母的发光边缘（称为"伞膜"），然后提取其中的发光物质。经过艰苦的工作，下村发现水母的发光不需要像海萤那样加入荧光素——水母自身合成了某种特殊的发光蛋白。
1962年，下村从水母中纯化出一种在钙离子存在下发出蓝绿色光（波长约470纳米）的蛋白质，并将其命名为"水母素"（aequorin）。更重要的是，他注意到在纯化过程中，含有水母素的溶液在紫外线下会发出亮绿色的荧光。他正确地将这种绿色荧光归因于另一种蛋白质——即后来震惊世界的"绿色荧光蛋白"（Green Fluorescent Protein, GFP）。
获奖成就
2008年，下村脩与马丁·查尔菲（Martin Chalfie）和钱永健（Roger Y. Tsien）共同获得诺贝尔化学奖，表彰他们"发现和改造了绿色荧光蛋白（GFP）"。下村一人获得一半奖金，查尔菲和钱永健各获得四分之一。
诺贝尔奖官方网站的描述指出："下村脩首先从水母中分离出了GFP，并证明了它在紫外光下发出绿光。这是整个GFP研究的基础。"这是对下村作为发现者地位的最高肯定。
然而，下村的诺贝尔之路颇为漫长——他的发现是在1962年做出的，但直到46年后的2008年才获得诺贝尔奖。部分原因是早期的生物学界并未充分认识到GFP的潜力。下村的其他荣誉包括：2007年朝日奖、2008年获得日本文化功劳者和文化勋章。
历史贡献
下村脩最核心的贡献是发现并初步表征了绿色荧光蛋白（GFP）。
- 1. GFP的发现（1962年）**：下村从维多利亚多管发光水母中纯化出GFP，并发现该蛋白质在受到紫外线或蓝光照射时会发出明亮的绿色荧光（发射峰值在509纳米处）。他正确地将此归因于蛋白质内部的一个发色团——由三个氨基酸（丝氨酸-酪氨酸-甘氨酸）经过自发环化和氧化反应形成的特殊结构。
- 2. 水母素（Aequorin）的发现与钙离子传感**：在发现GFP之前，下村就分离出了水母素。他发现这种蛋白质的发光严格依赖于钙离子（Ca²⁺）的存在。这一发现使得水母素本身成为了一种重要的钙离子指示剂，广泛应用于细胞生物学研究中。有趣的是，水母素发出的蓝光恰好可以激发GFP的绿色荧光——水母本身正是利用这种能量转移机制来实现绿色发光的。
- 3. 变体GFP的获得**：下村后期还从其他海洋生物中发现了其他颜色的荧光蛋白，扩充了这个家族的成员。他持续改进纯化方法，为后续的分子生物学改造奠定了物质基础。
- 4. 生物发光机理研究**：下村对水母发光体系（包括水母素、GFP和发光体中钙离子的调控作用）进行了系统的生物化学研究，阐明了这一精妙的"光转移"能量共振系统——水母素和GFP之间的生物发光共振能量转移（BRET）机制。
GFP的革命性意义在于：当GFP的基因被转入其他生物（如细菌、蠕虫、小鼠或人类细胞）后，这些生物会在紫外光下自发地发出绿色荧光。这使科学家能够以前所未有的方式"实时观察"活细胞中的蛋白质定位、运动以及基因表达活动。GFP被誉为"21世纪生物学最重要的工具之一"。
轶事典故
- 亲手采集研究材料**：下村的研究材料——维多利亚多管发光水母——需要到美国西海岸的星期五港野外采集。他在1961年夏天采集了上万只水母，亲手切下发光边缘用于实验。他回忆说："水母的身体几乎是透明的，切割时需要非常小心。"
- 用床单提取蛋白质**：在早期缺乏专业层析设备的情况下，下村使用了一种极其原始的方法纯化GFP——他将水母提取液倒在床单上，利用蛋白质在床单上不同速度的移动来完成初步分离。这件轶事成为GFP发现史上最著名的故事之一。
- 诺贝尔奖迟到46年**：从1962年发现GFP到2008年获得诺贝尔奖，中间隔了整整46年。这期间GFP的价值经历了长时间的沉寂。直到20世纪90年代，随着分子生物学和基因工程技术的发展，GFP的真正威力才被重新发现。
- 不喜照相机**：下村是一位纯粹的科学家，他一生最大的爱好就是实验。他在老年时期仍坚持每天到实验室工作，曾表示"实验比吃晚饭重要"。他性格十分低调内敛，对媒体的追逐常常感到困惑甚至厌烦。即使在获得诺贝尔奖之后，他也尽力回避公众场合。
- 诺贝尔演讲中的沉默**：在2008年诺贝尔奖颁奖典礼上，下村的演讲短得出奇。他只简明扼要地陈述了实验事实，没有渲染和修饰，正如他一贯的为人风格。在场听众被他那种"科学的纯粹"深深打动。
参考文献
1. Shimomura, O., Johnson, F. H., & Saiga, Y. (1962). Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. Journal of Cellular and Comparative Physiology, 59(3), 223-239. 2. Shimomura, O. (1979). Structure of the chromophore of Aequorea green fluorescent protein. FEBS Letters, 104(2), 220-222. 3. Shimomura, O. (2005). The discovery of aequorin and green fluorescent protein. Journal of Microscopy, 217(1), 1-15. 4. Shimomura, O. (2008). Nobel Lecture: Discovery of green fluorescent protein, GFP. 5. 诺贝尔奖官方网站：Osamu Shimomura - Biographical. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2008/shimomura/facts/ 6. Chalfie, M., & Kain, S. (Eds.). (2006). Green fluorescent protein: properties, applications and protocols. John Wiley & Sons.