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  1928年,下村修出生於京都福知山市。由於父親是大日本帝國陸軍軍官,因此下村修在滿洲國和大阪等地度過其年少時光,之後舉家遷往長崎諫早市,距離1945年8月長崎市原子彈爆炸的中心處有25公里。當時他是一個16歲的男孩,在原爆前曾親耳聽見博克斯卡號轟炸機的聲音。爆炸的閃光使下村失明瞭30秒,接著遭遇原爆帶來的「黑雨」。他在往後的11年裡克服了極大困難,獲得教育,並取得學術的成功。  在戰後的日本,下村的教育機會重重受限,他努力考入長崎醫科大學附屬專門部(今長崎大學藥學部)。由於大學校園被原爆摧毀,迫使藥學院搬到下村家附近的臨時校園。此一「地理條件」成為他踏入學界的偶然原因,最終帶來了意外的回報。下村於1951年獲藥學學士學位,並擔任實驗室助理直到1955年。  1956年,下村的長崎導師安排他到名古屋大學的研究室擔任助理。在平田研究室時期,他順利取得有機化學碩士學位(1958年),並在離開日本到普林斯頓大學就職前取得了有機化學博士學位(1960年)。在名大,平田指定下村接下一個具有挑戰性的任務,從一種甲殼亞門動物(學名"Vargula hilgendorfii",日文的「」)的粉碎遺體中確定它遇水發光的原因。這項任務使下村親自識別造成該現象的蛋白質,並將初步結果寫成論文《Crystalline Cypridina luciferin》發表在《》。這篇文章引起了普林斯頓的Frank Johnson教授的關注,Johnson在1960年成功招攬下村赴美一起工作。

  下村在普林斯頓大學生物系工作,為Johnson教授研究維多利亞多管發光水母,他們在華盛頓大學的富萊德港實驗室耗費許多夏日時光收集了這些材料。1962年,他們最終在小型、老鼠尺寸的維多利亞多管發光水母中成功發現水母素(英語:aequorin)與綠色熒光蛋白(英語:GFP)。此一分子生物學的重大發現同年發表在《科學》期刊,而GFP也逐漸成為生科研究的必備工具,但兩人依舊默默無聞。  下村於1980年離開普林斯頓,結束長達20年的博士後生涯。同年進入馬薩諸塞州的伍茲霍爾海洋研究所,兼任波士頓大學醫學院教授。他在2001年將自宅的一部分改建為「螢光蛋白研究室」持續研究,直到2008年獲得諾貝爾化學獎時仍未「退休」。

  2005年,下村修在日本雜誌《牛頓》的預測中,被視為可能獲得諾貝爾生理學或醫學獎的日本人。2008年10月6日,中國北京大學教授饒毅在個人的科學網部落格發表文章〈美妙的生物熒光分子與好奇的生物化學家〉介紹下村等人的成就。饒毅主張下村修應該獲得諾貝爾獎,但很可能遭到諾獎委員會忽略。兩天後,以為「今年也沒有」的下村獲知獲得諾貝爾化學獎後,大感意外。  在諾貝爾獎頒獎典禮中,授獎人首次以全程日語朗讀頌詞,以表達對下村修的敬意。

  儘管32歲開始定居美國,但下村修終身持有日本國籍。諾貝爾基金會也在2008年10月26日的頒獎出版物標示其為日本公民。他在《朝日新聞》的電話採訪中說: 在諾貝爾獎獲獎致詞中,下村修主張長崎原爆不具正當性: 此說也獲得洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Bette Korber(生物學家)、Gary Doolen(物理學家)背書,他們指稱「向蘇聯展示軍力」才是決策長崎原爆的首因。

  下村修的妻子明美(Akemi)也是有機化學家,兩人結識於長崎大學。他們兒子下村努是資訊安全及計算物理學專家,曾參與凱文·米特尼克的逮捕行動。女兒下村幸(Sachi Shimonmura)是維吉尼亞聯邦大學英語系的主任以及《Odd Bodies and Visible Ends in Medieval Literature》的作者。
下村修(,1928年-8月27日-2018年-10月19日),有機化學家、海洋生物學家,波士頓大學名譽教授。美國國家科學院外籍院士。文化勳章表彰。文化功勞者。